一种飞鱼仿生机器人的制作方法

本实用新型属于仿生机器人领域，具体是指一种飞鱼仿生机器人。

背景技术：

仿生机器人技术日益成为各国研究的热点，生物经过上万年的进化，对环境的适应能力大为增强，而飞鱼作为一种能够跨介质飞行的海洋生物，对于人们研究水空两栖的飞行器有很大的借鉴意义。飞鱼是一种具有快速、高机动游动能力以及跃出水面在空中进行滑翔运动的海洋鱼类，拥有高超的运动技能。在水下，飞鱼将可折叠的胸鳍紧贴在身体两侧，减小水中的阻力，依靠身体尾部和尾鳍进行快速推进，能够以10m/s的速度跃出水面。一旦身体出水，飞鱼展开胸鳍，并以高达35hz的摆动频率继续拍动处于水中的尾鳍下叶，在水面继续加速滑行，最终达到将近20m/s的速度完全跃出水面。然后开始在空中进行滑翔运动，距离可以达到50m。当滑翔至水面时，飞鱼将尾鳍再次浸入水中，进行快速摆动，在水面进行加速滑行，实现连续的滑翔飞行运动，飞鱼高超的运动技巧能够有效地躲避捕食者并提高运动效率，这些高超的运动能力是其他鱼类所不具备的。

目前对仿生飞鱼的研究还不够深入，在国内主要是在滑翔机理的仿生，但并未实现飞鱼形态以及飞鱼结构上的完全模仿，尚未研制出能够依靠尾部推进实现水空两栖跨介质运动的仿生机器飞鱼样机，且现有的飞鱼仿生机器人在海域中工作时易招引鸟类注意，鸟类易对机器造成损失。

技术实现要素：

为解决上述现有难题，本发明提供了一种实现对飞鱼外形上的仿生，既可以空中滑翔又可以水下潜游，且可有效避免鸟类对机器的损害的飞鱼仿生机器人。

本实用新型采取的技术方案如下：本实用新型一种飞鱼仿生机器人，包括仿生飞鱼壳体、拾音器、集成多普勒雷达、超声波发生器、控制器、电源、无线通讯模块、胸鳍机构、重心调整组件和尾翼摆动机构，所述仿生飞鱼壳体为仿飞鱼形状设置，所述仿生飞鱼壳体从前到后依次包括仿生飞鱼头部、仿生飞鱼腹部和仿生飞鱼尾部，所述拾音器和集成多普勒雷达对称设于仿生飞鱼头部内且设于仿生飞鱼头部双眼位置处，拾音器和集成多普勒雷达可有效检测飞鱼仿生机器人在空中飞行时附近是否存在水鸟，所述超声波发生器设于仿生飞鱼头部内且设于仿生飞鱼头部嘴部位置处，超声波发生器可产生超声波驱赶飞鱼仿生机器人附近的鸟类，避免鸟类对机器造成损坏，所述控制器和电源设于仿生飞鱼腹部内，所述无线通讯模块设于仿生飞鱼腹部的背部位置且设于臀鳍位置处，所述重心调整组件设于仿生飞鱼腹部内且设于控制器和电源上，所述尾翼摆动机构设于仿生飞鱼腹部内且设于重心调整组件后端，所述仿生飞鱼腹部两侧对称设有胸鳍收纳槽，所述胸鳍机构对称设于仿生飞鱼腹部两侧且设于胸鳍收纳槽内，所述仿生飞鱼尾部贯穿仿生飞鱼腹部设于尾翼摆动机构上，尾翼摆动机构带动仿生飞鱼尾部模仿飞鱼尾部摆动，所述电源与控制器、拾音器、集成多普勒雷达、超声波发生器、无线通讯模块、胸鳍机构、重心调整组件和尾翼摆动机构电连接，电源为机器供电，所述控制器与拾音器、集成多普勒雷达、超声波发生器、无线通讯模块、胸鳍机构、重心调整组件和尾翼摆动机构电连接，控制器控制机器运动正常工作，所述仿生飞鱼壳体外部包覆设有一体成型的柔弹性防水仿生层。

进一步地，所述胸鳍机构包括胸鳍调整电机、调整转轴、固定转环、固定胸鳍杆、半旋胸鳍环、半旋胸鳍杆、全旋胸鳍环、全旋胸鳍杆和定位环，所述调整转轴可转动设于胸鳍收纳槽底壁，所述胸鳍调整电机设于仿生飞鱼腹部内部，所述胸鳍调整电机的输出端与调整转轴相连，胸鳍调整电机带动调整转轴转动，所述固定转环套接设于调整转轴外侧且固接设于胸鳍收纳槽底壁，所述固定胸鳍杆固接设于固定转环上且设于胸鳍收纳槽内，所述半旋胸鳍环可转动套接设于调整转轴上且设于固定转环上，所述全旋胸鳍环固定套接设于调整转轴上且设于半旋胸鳍环上方，所述半旋胸鳍环上壁设有半旋扇形块，所述全旋胸鳍环下壁设有全旋扇形块，所述半旋扇形块和全旋扇形块之间最大夹角为45°，所述定位环固定设于胸鳍收纳槽侧壁且套接设于调整转轴外侧，所述定位环设于全旋胸鳍环上方，所述全旋胸鳍环上方设有定位扇形块，所述定位环下壁设有限位扇形块，所述定位扇形块和限位扇形块之间的最大夹角为90°，保证全旋胸鳍环仅能旋转90°，所述定位扇形块和限位扇形块触接的两侧壁上设有压力传感器，压力传感器便于检测胸鳍是否撑开，所述半旋胸鳍杆设于半旋胸鳍环上，所述全旋胸鳍杆设于全旋胸鳍环上，所述固定胸鳍杆、半旋胸鳍杆和全旋胸鳍杆之间设有弹性胸鳍膜，保证飞行时空气阻力减小。

进一步地，所述仿生飞鱼尾部包括仿生尾翼、尾翼铰接杆、湿度传感器和传感器固定杆，所述尾翼铰接杆贯穿仿生飞鱼腹部设于尾翼摆动机构上，所述仿生尾翼固接设于尾翼铰接杆上，所述传感器固定杆设于仿生尾翼上，所述湿度传感器设于传感器固定杆上，所述湿度传感器用于检测机器飞行时是否下落至水面，便于控制机器继续摆动仿生尾翼保持滑翔。

进一步地，所述尾翼摆动机构包括固定板、摆动转盘固定板、摆动电机、摆动转盘、偏心摆动卡接轴和摆动卡接件，所述固定板固接设于仿生飞鱼腹部，所述摆动转盘固定板固接设于固定板上且与固定板呈倒t形连接设置，所述摆动转盘固接设于摆动转盘固定板远离重心调整组件的一侧壁，摆动转盘固定板对摆动转盘起到固定作用，所述摆动电机固接固定板上且设于重心调整组件和摆动转盘固定板之间，所述摆动电机的输出端贯穿摆动转盘固定板与摆动转盘的中心轴部相连，摆动电机带动摆动转盘转动，所述偏心摆动卡接轴偏心设于摆动转盘上，所述摆动卡接件中部可转动设于固定板上，所述摆动卡接件靠近摆动转盘的一侧壁设有竖向设置的卡接槽，所述偏心摆动卡接轴可竖向滑动卡接设于卡接槽内，所述尾翼铰接杆固接设于摆动卡接件远离摆动转盘的一侧，摆动转盘带动偏心摆动卡接轴圆周转动，偏心摆动卡接轴带动摆动卡接件往复摆动。

进一步地，所述重心调整组件包括柔性气囊和重心调整泵，所述柔性气囊内设有氦气，便于飞鱼仿生机器人飞行，所述柔性气囊包括前腹腔和后腹腔，所述重心调整泵设于前腹腔和后腹腔之间，所述重心调整泵的两端口分别设于前腹腔和后腹腔内，所述前腹腔内设有前压力传感器，所述后腹腔内设有后压力传感器，前压力传感器和后压力传感器便于检测机器的重心。

进一步地，所述控制器为stm32单片机。

进一步地，所述压力传感器外侧设有防水层，所述防水层为橡胶层，所述柔弹性防水仿生层为弹性橡胶材料制成，可有效避免机器进水漏电损坏。

进一步地，所述无线通讯模块为gprs远程无线传输模块，在网络覆盖内区域内可以快速组建数据通讯，实现实时远程数据传输。

进一步地，所述胸鳍调整电机为正反两相电机；所述摆动电机为调速电机，便于适应水下和飞行时尾翼的速度。

进一步地，所述重心调整泵为gm-0.5a正负压两用型隔膜真空泵。

采用上述结构本实用新型取得的有益效果如下：本方案一种飞鱼仿生机器人设计合理，成本低廉，操作简便，可较好地实现对飞鱼外形上的仿生，模仿飞鱼拍打尾翼获得滑翔的推力，既可以空中滑翔又可以水下潜游，且可有效避免鸟类对机器的损害。

附图说明

图1为本实用新型一种飞鱼仿生机器人侧视图；

图2为本实用新型一种飞鱼仿生机器人胸鳍机构的结构示意图；

图3为本实用新型一种飞鱼仿生机器人胸鳍机构的俯视图；

图4为本实用新型一种飞鱼仿生机器人内部结构示意图；

图5为本实用新型一种飞鱼仿生机器人胸鳍机构重心调整组件的结构示意图。

其中，1、仿生飞鱼壳体，2、拾音器，3、集成多普勒雷达，4、超声波发生器，5、控制器，6、电源，7、无线通讯模块，8、胸鳍机构，9、重心调整组件，10、尾翼摆动机构，11、仿生飞鱼头部，12、仿生飞鱼腹部，13、仿生飞鱼尾部，14、胸鳍收纳槽，15、柔弹性防水仿生层，16、胸鳍调整电机，17、调整转轴，18、固定转环，19、固定胸鳍杆，20、半旋胸鳍环，21、半旋胸鳍杆，22、全旋胸鳍环，23、全旋胸鳍杆，24、定位环，25、半旋扇形块，26、全旋扇形块，27、定位扇形块，28、限位扇形块，29、压力传感器，30、弹性胸鳍膜，31、仿生尾翼，32、尾翼铰接杆，33、湿度传感器，34、传感器固定杆，35、固定板，36、摆动转盘固定板，37、摆动电机，38、摆动转盘，39、偏心摆动卡接轴，40、摆动卡接件，41、卡接槽，42、柔性气囊，43、重心调整泵，44、前腹腔，45、后腹腔，46、前压力传感器，47、后压力传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施对本专利的技术方案作进一步详细地说明，本实用新型所述的技术特征或连接关系没有进行详细描述的部分均为采用的现有技术。

以下结合附图，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1-5所示，本实用新型一种飞鱼仿生机器人，包括仿生飞鱼壳体1、拾音器2、集成多普勒雷达3、超声波发生器4、控制器5、电源6、无线通讯模块7、胸鳍机构8、重心调整组件9和尾翼摆动机构10，所述仿生飞鱼壳体1为仿飞鱼形状设置，所述仿生飞鱼壳体1从前到后依次包括仿生飞鱼头部11、仿生飞鱼腹部12和仿生飞鱼尾部13，所述拾音器2和集成多普勒雷达3对称设于仿生飞鱼头部11内且设于仿生飞鱼头部11双眼位置处，所述超声波发生器4设于仿生飞鱼头部11内且设于仿生飞鱼头部11嘴部位置处，所述控制器5和电源6设于仿生飞鱼腹部12内，所述无线通讯模块7设于仿生飞鱼腹部12的背部位置且设于臀鳍位置处，所述重心调整组件9设于仿生飞鱼腹部12内且设于控制器5和电源6上，所述尾翼摆动机构10设于仿生飞鱼腹部12内且设于重心调整组件9后端，所述尾翼摆动机构10设于仿生飞鱼腹部12内，所述仿生飞鱼腹部12两侧对称设有胸鳍收纳槽14，所述胸鳍机构8对称设于仿生飞鱼腹部12两侧且设于胸鳍收纳槽14内，所述仿生飞鱼尾部13贯穿仿生飞鱼腹部12设于尾翼摆动机构10上，所述电源6与控制器5、拾音器2、集成多普勒雷达3、超声波发生器4、无线通讯模块7、胸鳍机构8、重心调整组件9和尾翼摆动机构10电连接，所述控制器5与拾音器2、集成多普勒雷达3、超声波发生器4、无线通讯模块7、胸鳍机构8、重心调整组件9和尾翼摆动机构10电连接，所述仿生飞鱼壳体1外部包覆设有一体成型的柔弹性防水仿生层15。

其中，所述胸鳍机构8包括胸鳍调整电机16、调整转轴17、固定转环18、固定胸鳍杆19、半旋胸鳍环20、半旋胸鳍杆21、全旋胸鳍环22、全旋胸鳍杆23和定位环24，所述调整转轴17可转动设于胸鳍收纳槽14底壁，所述胸鳍调整电机16设于仿生飞鱼腹部12内部，所述胸鳍调整电机16的输出端与调整转轴17相连，所述固定转环18套接设于调整转轴17外侧且固接设于胸鳍收纳槽14底壁，所述固定胸鳍杆19固接设于固定转环18上且设于胸鳍收纳槽14内，所述半旋胸鳍环20可转动套接设于调整转轴17上且设于固定转环18上，所述全旋胸鳍环22固定套接设于调整转轴17上且设于半旋胸鳍环20上方，所述半旋胸鳍环20上壁设有半旋扇形块25，所述全旋胸鳍环22下壁设有全旋扇形块26，所述半旋扇形块25和全旋扇形块26之间最大夹角为45°，所述定位环24固定设于胸鳍收纳槽14侧壁且套接设于调整转轴17外侧，所述定位环24设于全旋胸鳍环22上方，所述全旋胸鳍环22上方设有定位扇形块27，所述定位环24下壁设有限位扇形块28，所述定位扇形块27和限位扇形块28之间的最大夹角为90°，保证全旋胸鳍环22仅能旋转90°，所述定位扇形块27和限位扇形块28触接的两侧壁上设有压力传感器29，所述半旋胸鳍杆21设于半旋胸鳍环20上，所述全旋胸鳍杆23设于全旋胸鳍环22上，所述固定胸鳍杆19、半旋胸鳍杆21和全旋胸鳍杆23之间设有弹性胸鳍膜30；所述仿生飞鱼尾部13包括仿生尾翼31、尾翼铰接杆32、湿度传感器33和传感器固定杆34，所述尾翼铰接杆32贯穿仿生飞鱼腹部12设于尾翼摆动机构10上，所述仿生尾翼31固接设于尾翼铰接杆32上，所述传感器固定杆34设于仿生尾翼31上，所述湿度传感器33设于传感器固定杆34上，所述尾翼摆动机构10包括固定板35、摆动转盘固定板36、摆动电机37、摆动转盘38、偏心摆动卡接轴39和摆动卡接件40，所述固定板35固接设于仿生飞鱼腹部12，所述摆动转盘固定板36固接设于固定板35上且与固定板35呈倒t形连接设置，所述摆动转盘38固接设于摆动转盘固定板36远离重心调整组件9的一侧壁，所述摆动电机37固接固定板35上且设于重心调整组件9和摆动转盘固定板36之间，所述摆动电机37的输出端贯穿摆动转盘固定板36与摆动转盘38的中心轴部相连，所述偏心摆动卡接轴39偏心设于摆动转盘38上，所述摆动卡接件40中部可转动设于固定板35上，所述摆动卡接件40靠近摆动转盘38的一侧壁设有竖向设置的卡接槽41，所述偏心摆动卡接轴39可竖向滑动卡接设于卡接槽41内，所述尾翼铰接杆32固接设于摆动卡接件40远离摆动转盘38的一侧。

所述重心调整组件9包括柔性气囊42和重心调整泵43，所述柔性气囊42内设有氦气，所述柔性气囊42包括前腹腔44和后腹腔45，所述重心调整泵43设于前腹腔44和后腹腔45之间，所述重心调整泵43的两端口分别设于前腹腔44和后腹腔45内，所述前腹腔44内设有前压力传感器46，所述后腹腔45内设有后压力传感器47；所述控制器5为stm32单片机；所述压力传感器29外侧设有防水层，所述防水层为橡胶层，所述柔弹性防水仿生层15为弹性橡胶材料制成；所述无线通讯模块7为gprs远程无线传输模块；所述胸鳍调整电机16为正反两相电机；所述摆动电机37为调速电机；所述重心调整泵43为gm-0.5a正负压两用型隔膜真空泵。

具体使用时，打开电源6将该飞鱼仿生机器人放入水中，控制器5控制摆动电机37慢速转动，摆动电机37带动摆动转盘38慢速转动，摆动转盘38带动偏心摆动卡接轴39慢速圆周转动，偏心摆动卡接轴39的圆周转动可分为水平方向的往复运动和竖直方向的往复运动，偏心摆动卡接轴39的竖直方向的往复运动使得偏心摆动卡接轴39在卡接槽41内竖向往复滑动，偏心摆动卡接轴39的水平方向的往复运动带动摆动卡接件40慢速水平往复转动，摆动卡接件40带动尾翼铰接杆32和仿生尾翼31慢速水平摆动，使得飞鱼仿生机器人模仿飞鱼在水下游动，此时前腹腔44和后腹腔45内气体重量相等，且胸鳍机构8收纳于胸鳍收纳槽14内，湿度传感器33、拾音器2、集成多普勒雷达3、超声波发生器4此时断电不工作，当需要飞鱼仿生机器人滑翔时，远程发送指令给无线通讯模块7，无线通讯模块7发送信号给控制器5，控制器5控制湿度传感器33、拾音器2、集成多普勒雷达3、超声波发生器4通电工作，控制器5控制重心调整泵43将前腹腔44内的氦气抽入后腹腔45内使得机器重心后移，飞鱼仿生机器人斜向上倾斜，同时控制器5控制胸鳍调整电机16转动并控制摆动电机37快速转动，胸鳍调整电机16转动带动调整转轴17转动，调整转轴17转动带全旋胸鳍环22带动全旋胸鳍杆23旋转，全旋胸鳍杆23旋转45°后，全旋扇形块26与半旋扇形块25触接并带动半旋胸鳍环20转动，半旋胸鳍环20带动半旋胸鳍杆21转动，全旋胸鳍环22转动90°后定位扇形块27与限位扇形块28触接，压力传感器29受压发送信号给控制器5，控制器5控制胸鳍调整电机16停止转动，此时全旋胸鳍杆23和半旋胸鳍杆21带动弹性胸鳍膜30打开，摆动电机37带动摆动转盘38快速转动，摆动转盘38带动偏心摆动卡接轴39快速圆周转动，偏心摆动卡接轴39的水平方向的往复运动带动摆动卡接件40快速水平往复转动，摆动卡接件40带动尾翼铰接杆32和仿生尾翼31快速水平摆动，使得飞鱼仿生机器人模仿飞鱼快速摆动尾翼拍击获得滑翔的推力，当飞鱼仿生机器人脱离水面且飞行到一定高度后，湿度传感器33表面的水分减少，当湿度传感器33检测数值小于下限值时发送信号给控制器5，控制器5控制摆动电机37停止摆动，飞鱼仿生机器人保持滑翔，当飞鱼仿生机器人在重力作用下下滑掉落靠近水面时，由于飞鱼仿生机器人重心后移，尾部先接触水面即湿度传感器33先接触水面，当湿度传感器33大于上限值时发送信号给控制器5，控制器5控制摆动电机37继续快速摆动以便飞鱼仿生机器人再次滑翔，同时通过集成多普勒雷达3探测与拾音器2识别鸟类叫声结合识别附近是否存在鸟类，若存在，则控制器5控制超声波发生器4发出超声波驱赶鸟类，避免鸟类与机器碰撞等对机器造成损坏；当需要飞鱼仿生机器人停止滑翔落入水中时，远程发送指令给无线通讯模块7，无线通讯模块7发送信号给控制器5，控制器5控制湿度传感器33、拾音器2、集成多普勒雷达3、超声波发生器4断电停止工作，控制器5控制重心调整泵43将后腹腔45内的氦气抽入前腹腔44内使得机器重心平衡，当前压力传感器46和后压力传感器47检测的压力数值相等时，控制器5控制重心调整泵43停止工作，飞鱼仿生机器人重心复位保持水平，同时控制器5控制胸鳍调整电机16反向转动并控制摆动电机37慢速转动，胸鳍调整电机16反向转动带动调整转轴17反向转动，调整转轴17反向转动带动全旋胸鳍环22反向转动并带动全旋胸鳍杆23反向旋转，全旋扇形块26与半旋扇形块25触接并带动半旋胸鳍环20转动，半旋胸鳍环20带动半旋胸鳍杆21转动，全旋胸鳍环22转动90°后定位扇形块27与限位扇形块28触接，压力传感器29受压发送信号给控制器5，控制器5控制胸鳍调整电机16停止转动，此时全旋胸鳍杆23和半旋胸鳍杆21带动弹性胸鳍膜30闭合收纳于胸鳍收纳槽14内，摆动电机37带动仿生尾翼31慢速摆动模仿飞鱼在水下游动。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。