[实用新型]一种机器鱼的三关节结构

说明书

本实用新型公开了一种机器鱼的三关节结构，第一主驱动关节与第二主驱动关节之间、以及第二主驱动关节与第三主驱动关节之间沿鱼身体长方向设置有若干个从驱动关节，每个从驱动关节包括支撑环、脊椎骨铰链和脊椎骨铰链连接杆，多个从驱动关节的脊椎骨铰链首尾相连形成机器鱼的脊椎。本实用新型的三关节结构使机器鱼的运动自由度增多，使机器鱼游动起来更好的切合鱼类运动曲线，游动也更加接近真实的鱼类，且游动时没有再发生脱节现象；从驱动关节减轻了驱动杆的负荷，避免了驱动杆的断裂。

技术领域

本实用新型涉及仿生机器鱼技术领域，特别是一种机器鱼的三关节结构。

背景技术

现有机器鱼的关节结构，如申请号为201510557116X，实用新型名称为一种仿生智能机器鱼的摆动机构的专利，其鱼身包括三个主驱动关节，如图5所示，每个主驱动关节包括舵机(4)和驱动杆(3)，经本申请人多次实验经验得出，这种只有三个主驱动关节的结构，限制了机器鱼的摆动自由度，导致了其游动时容易发生脱节，且在驱动杆处中间部位容易发生断裂，根据研究分析得出：驱动杆既要承受摆动方向(即水平方向)上的力，又要承受自身重力(即垂直方向)，驱动杆所承受的合力较大，易在关节驱动杆连接处造成应力集中，因为容易导致断裂。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，在三个主驱动关节结构进行联动的基础上，并列增加从动关节脊椎骨铰链结构，以增加其自由度，避免游动出现脱节现象，增设的从动关节用以承受其自身重力，使驱动杆在垂直方向上不加约束，从而只受摆动方向上力的作用，不会造成驱动杆的断裂。

本实用新型采用的技术方案是：

一种机器鱼的三关节结构，包括三个主驱动关节，分别为第一主驱动关节、第二主驱动关节和第三主驱动关节，每个主驱动关节均包括一个舵机和驱动杆，驱动杆一端与舵机的输出轴连接，另一端与相邻驱动关节的舵机固定连接，第一主驱动关节与第二主驱动关节之间、以及第二主驱动关节与第三主驱动关节之间沿鱼身体长方向设置有若干个从驱动关节，每个从驱动关节包括支撑环、脊椎骨铰链和脊椎骨铰链连接杆，支撑环上具有用于固定脊椎骨铰链的卡槽，脊椎骨铰链具有第一连接部和第二连接部，第二连接部呈U型，第二连接部卡设于支撑环的卡槽中，第一连接部通过脊椎骨铰链连接杆与前一个从驱动关节的第二连接部转动连接，第二连接部通过脊椎骨铰链连接杆与后一个从驱动关节的第一连接部转动连接，多个从驱动关节的脊椎骨铰链首尾相连形成机器鱼的脊椎。

为了使从驱动关节标准化，方便进行加工，故脊椎骨铰链设计为统一尺寸，即每个脊椎骨铰链均相同。第一主驱动关节的舵机带动其上驱动杆转动，该驱动杆转动的同时带动与驱动杆另一端固定连接的第二主驱动关节的舵机转动，而第二主驱动关节的舵机自身又带动第二主驱动关节的驱动杆转动，如此传动，使鱼身摆动起来，各个主驱动关节之间连接的从驱动关节在鱼身摆动的同时，也随着鱼身一起摆动，增加了摆动自由度，避免了游动时出现脱节现象，游动更加符合真实鱼类的运动曲线。

多个支撑环的外部轮廓大小与机器鱼鱼身轮廓形状吻合，鱼皮包裹在这些支撑环上。

支撑环内部靠近鱼背处具有一个连接杆，该连接杆的上下两个端面上开设有用于卡接脊椎骨铰链第二连接部的卡槽，与主驱动关节的舵机相连的支撑环内部，于靠近鱼腹处具有一个用于卡接舵机的卡槽。

在每个主驱动关节的舵机与支撑环卡接处通过螺栓进行固定，以带动并限定从驱动关节运动。

进一步地，为了增加机器鱼的在水中的浮力，支撑环内部与脊椎骨铰链和舵机之间设置有泡沫，用防水锡纸、铝箔或者密封胶粘接。

为了减轻鱼身的重量，所述支撑环为碳素材料，脊椎骨铰链为塑料材料，脊椎骨铰链连接杆为铝合金材质，支撑环与脊椎骨铰链均采用3D打印制作而成。