一种串联驱动式仿生机器鱼的制作方法

本发明属于机器鱼结构，特别涉及一种串联驱动式仿生机器鱼。

背景技术：

随着人类文明的发展，人们对海洋资源开发的兴趣也越发浓厚，海洋面积约占地球总面积的70％，伴随着科技发展的日新月异，人们开发和利用海洋资源的脚步逐渐加快，具有海洋勘测、海底探查、海洋打捞、海底物质探测、以及水下侦查与跟踪等功能的水下机器人，已成为探索海洋、开发海洋和海洋方位的重要工具。而随着海洋资源越来越受到国家及有关部门的重视，水下机器人已成为研究的热点。

仿生机器鱼作为水下机器人，具有低噪声、对环境扰动小等特点，目前研究的机器鱼有些采用鱼类的鱼鳍外形，通过模仿鱼类动作特点使其为机器鱼提供驱动力，但是诸如鱼鳍柔韧性及其自身协调能力的难以模仿使得机器鱼的控制较为复杂，难以达到期望目标；而使用螺旋桨等推进装置的机器鱼，因本身所具有的产生涡流、能量消耗大、噪声大及易缠绕水草等先天性缺陷，使其实用性大打折扣。

对于鱼类的推进模式研究始于20世纪初，根据推进部位不同分为两类：身体/尾鳍推进模式和中央鳍/对鳍模式，据估计85％的鱼类以身体/尾鳍推进模式(Body and/or caudal fin,BCF)作为常规推进模式，BCF推进通过躯干伸缩波动和尾鳍摆动形成推力，游动速度快、效率高、快速启动性能高，适合长时间、长距离、高速度的游动或需要瞬时加速或转向的场合。

当前仿生鱼类研究也集中在BCF仿生机器鱼，国内外仿生机器鱼的推进和转向主要依靠胸鳍和尾鳍的配合来实现相应的动作，然而这些方式需要复杂的机械结构和控制程序，既会影响到机器鱼的机动性能，也使得仿生机器鱼的推广和实际应用遇到困难。

技术实现要素：

本发明为实现上述目的采用如下技术方案：

本发明串联驱动式仿生机器鱼的结构特点是：包括外壳、驱动模块、电源模块、密封模块、控制模块及配重等附加模块。其特征为所述机器鱼驱动模块主体由壳体、胸鳍、连接件、支撑环架、舵机、大固定连接块、小固定连接块、螺钉、舵盘、尾鳍组成，并由所述螺钉分别将所述大固定连接块与所述连接件在左右两侧面固连，所述大固定连接块与所述支撑环架、所述舵盘在上下两端面接触连接，所述舵盘包括主副舵盘与所述舵机组成一个整体，所述舵机再由所述螺钉将所述小固定连接块固连，并在所述小固定连接块的上端面接触连接所述支撑环架，而在所述小固定连接块的右端面固连所述大固定连接块，这样依次按照上述装配方法连接各个部件，使所述驱动模块串联不少于4个所述舵机部件，在最后装配的所述小固定连接块右端面用所述螺钉连接所述尾鳍，所述机器鱼驱动模块的配重安装在所述大固定连接块的下端面，最终对所述机器鱼采取整体密封措施。

本发明串联驱动式仿生机器鱼密封模块特点在于：密封方案选取整体密封，即使用多张密封胶皮黏合成整体尺寸足够大的单层或多层鱼皮紧贴于所述机器鱼整体轮廓(除所述壳体外)。

本发明串联驱动式仿生机器鱼连接件特点在于：所述连接件截面为与所述支撑环架长、短半径比例相一致的椭圆形，所述连接件左侧轮缘与所述壳体轮缘配合，且所述轮缘位于外部，所述连接件右侧轮缘与所述密封胶皮紧密接触配合，且所述密封胶皮位于外侧，所述连接件在左侧布置有用于固定所述控制模块、电源模块、配重模块的固定架，所述固定架预留出一定数量和大小的装配孔，用于装配控制模块、电源模块等，并使所述固定架粘结于固定板上，所述固定板上布置有不少于一个的集线孔，使得电源线、数据线等通过，并布置四个连接件螺纹孔与所述小固定连接块固连。

本发明串联驱动式仿生机器鱼结构特点还在于：所述舵机串联连接而成，且其串联的个数不小于4个，并在所述舵机的上下两端面接触连接所述支撑环架。

本发明串联驱动式仿生机器鱼支撑环架特点在于：所述支撑环架截面为椭圆形，并在所述支撑环架中对称布置横向、纵向四根架杆，所述架杆分为与所述大固定连接块、小固定连接块配合的两种类型，与所述大固定连接块配合的横向架杆之间的高度尺寸为所述大固定连接块最大高度相同，宽度尺寸不小于所述大固定连接块最大宽度的1.5倍，以此为舵机的步进旋转留下空间，并在所述架杆的横向架杆对称布置4个支撑环架螺纹孔，其尺寸与所述螺钉，大、小固定连接块，舵盘相配。

本发明串联驱动式仿生机器鱼支撑环架特点还在于：所述支撑环架在每个舵机上布置2个，分别与所述大固定连接块、小固定连接块接触连接，且所述支撑环架的大小按照合适比例从左至右依次等比例缩小。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

首先，利用多舵机串联驱动，简化了仿生机器鱼的机械结构，使机器鱼既具有良好的机动性能，又具有效率高、传动简单、易于控制的优点。

其次，使用多层密封胶皮进行整体密封，既能做到优异的防水性能，又能使得机器鱼的游动过程中不起褶皱，保证了良好的外形，易于机器鱼动作的实现。

然后，采取双轮缘、多功能连接件来连接机器鱼壳体与部分驱动模块，有效地增强了机器鱼整体的密封性于可拓展性，并为后续配重模块、开关模块等的设计预留了空间。

最后，选择比例缩放阵列式支撑环架进行外部密封胶皮的支撑，使机器鱼外观具有与实际鱼体的相似性，还能加强鱼身的强度。

下面结合附图说明对本发明的串联驱动式仿生机器鱼作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为结构示意图的局部放大图。

图3为机器鱼配重简化图。

图4为连接件结构示意图。

图5为支撑环架的结构示意图。

图6为舵机与舵盘的装配简图。

图7为大固定连接块的结构示意图。

图中：1壳体，2胸鳍，3连接件，4支撑环架，5舵机，6大固定连接块，7小固定连接块，8螺钉，9舵盘，10尾鳍，301连接件左侧轮缘，302连接件右侧轮缘，303固定架，304装配孔，305固定板，306集线孔，307连接件螺纹孔，401架杆，402支撑环架螺纹孔，901主舵盘，902副舵盘。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明：

如图1至图7所示，一种串联驱动式仿生机器鱼，包括壳体1，胸鳍2，连接件3，支撑环架4，舵机5，大固定连接块6，小固定连接块7，螺钉8，舵盘9，尾鳍10，由所述螺钉8分别将所述大固定连接块6与所述连接件3在左右两侧面固连，所述大固定连接块6与所述支撑环架4、所述舵盘9其中包括主舵盘901、副舵盘902，在上下两端面接触连接，所述舵盘9与所述舵机5组成一个整体，所述舵机5再由所述螺钉8将所述小固定连接块7固连，并在所述小固定连接块7的上端面接触连接所述支撑环架4，而在所述小固定连接块7的右端面固连所述大固定连接块6，这样依次按照上述装配方法连接各个部件，使所述驱动模块串联4个所述舵机部件，在最后装配的所述小固定连接块7右端面用所述螺钉8连接所述尾鳍10，所述机器鱼驱动模块的配重安装在所述大固定连接块6的下端面，并最终对所述机器鱼采取整体密封措施，密封材料可选择硅胶膜。

进一步地，所述连接件左侧轮缘301与所述壳体1轮缘配合，且所述左侧轮缘301位于外部，所述连接件右侧轮缘302与所述密封胶皮紧密接触配合，并使所述密封胶皮位于外侧，所述连接件3在左侧布置有用于固定所述控制模块、电源模块、配重模块的固定架303，所述固定架303预留出一定数量和大小的装配孔304，用于装配控制模块、电源模块等，并使所述固定架303固连于固定板305上，所述固定板305上布置有不少于一个的集线孔306，使得电源线、数据线等通过，并布置四个连接件螺纹孔307与所述小固定连接块固连。

如图5所示，所述支撑环架4截面为椭圆形，并在所述支撑环架4中对称布置横向、纵向四根架杆401，所述架杆401分为与所述大固定连接块6、小固定连接块7配合的两种类型，与所述大固定连接块6配合的横向架杆之间的高度尺寸为所述大固定连接块6最大高度相同，宽度尺寸为所述大固定连接块6最大宽度的1.5倍，并在所述架杆401的横向架杆对称布置4个支撑环架螺纹孔402，进一步地，所述支撑环架4与在每个舵机上布置2个，分别与所述大固定连接块6、小固定连接块7接触连接，且所述支撑环架4的大小从左至右依次等比例缩小。

如图3所示，为机器鱼配重方案的简化图，在具体实施时，依据鱼体的整体对称结构，将机器鱼的重心控制在Y轴的负半轴，利用“不倒翁”原理使鱼在水中的姿态保持平衡。

如图1、图5所示，所述壳体1、所述支撑环架4材料可以为PC+ABS，并可采用3D打印加工。

如图4所示，所述连接件3材料可以为金属，以此增强连接的可靠性与稳定性。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明精神的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。