本發(fā)明屬于機(jī)器魚(yú)結(jié)構(gòu)，特別涉及一種串聯(lián)驅(qū)動(dòng)式仿生機(jī)器魚(yú)。

背景技術(shù)：

隨著人類(lèi)文明的發(fā)展，人們對(duì)海洋資源開(kāi)發(fā)的興趣也越發(fā)濃厚，海洋面積約占地球總面積的70％，伴隨著科技發(fā)展的日新月異，人們開(kāi)發(fā)和利用海洋資源的腳步逐漸加快，具有海洋勘測(cè)、海底探查、海洋打撈、海底物質(zhì)探測(cè)、以及水下偵查與跟蹤等功能的水下機(jī)器人，已成為探索海洋、開(kāi)發(fā)海洋和海洋方位的重要工具。而隨著海洋資源越來(lái)越受到國(guó)家及有關(guān)部門(mén)的重視，水下機(jī)器人已成為研究的熱點(diǎn)。

仿生機(jī)器魚(yú)作為水下機(jī)器人，具有低噪聲、對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小等特點(diǎn)，目前研究的機(jī)器魚(yú)有些采用魚(yú)類(lèi)的魚(yú)鰭外形，通過(guò)模仿魚(yú)類(lèi)動(dòng)作特點(diǎn)使其為機(jī)器魚(yú)提供驅(qū)動(dòng)力，但是諸如魚(yú)鰭柔韌性及其自身協(xié)調(diào)能力的難以模仿使得機(jī)器魚(yú)的控制較為復(fù)雜，難以達(dá)到期望目標(biāo)；而使用螺旋槳等推進(jìn)裝置的機(jī)器魚(yú)，因本身所具有的產(chǎn)生渦流、能量消耗大、噪聲大及易纏繞水草等先天性缺陷，使其實(shí)用性大打折扣。

對(duì)于魚(yú)類(lèi)的推進(jìn)模式研究始于20世紀(jì)初，根據(jù)推進(jìn)部位不同分為兩類(lèi)：身體/尾鰭推進(jìn)模式和中央鰭/對(duì)鰭模式，據(jù)估計(jì)85％的魚(yú)類(lèi)以身體/尾鰭推進(jìn)模式(Body and/or caudal fin,BCF)作為常規(guī)推進(jìn)模式，BCF推進(jìn)通過(guò)軀干伸縮波動(dòng)和尾鰭擺動(dòng)形成推力，游動(dòng)速度快、效率高、快速啟動(dòng)性能高，適合長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離、高速度的游動(dòng)或需要瞬時(shí)加速或轉(zhuǎn)向的場(chǎng)合。

當(dāng)前仿生魚(yú)類(lèi)研究也集中在BCF仿生機(jī)器魚(yú)，國(guó)內(nèi)外仿生機(jī)器魚(yú)的推進(jìn)和轉(zhuǎn)向主要依靠胸鰭和尾鰭的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作，然而這些方式需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制程序，既會(huì)影響到機(jī)器魚(yú)的機(jī)動(dòng)性能，也使得仿生機(jī)器魚(yú)的推廣和實(shí)際應(yīng)用遇到困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明串聯(lián)驅(qū)動(dòng)式仿生機(jī)器魚(yú)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：包括外殼、驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊、密封模塊、控制模塊及配重等附加模塊。其特征為所述機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)模塊主體由殼體、胸鰭、連接件、支撐環(huán)架、舵機(jī)、大固定連接塊、小固定連接塊、螺釘、舵盤(pán)、尾鰭組成，并由所述螺釘分別將所述大固定連接塊與所述連接件在左右兩側(cè)面固連，所述大固定連接塊與所述支撐環(huán)架、所述舵盤(pán)在上下兩端面接觸連接，所述舵盤(pán)包括主副舵盤(pán)與所述舵機(jī)組成一個(gè)整體，所述舵機(jī)再由所述螺釘將所述小固定連接塊固連，并在所述小固定連接塊的上端面接觸連接所述支撐環(huán)架，而在所述小固定連接塊的右端面固連所述大固定連接塊，這樣依次按照上述裝配方法連接各個(gè)部件，使所述驅(qū)動(dòng)模塊串聯(lián)不少于4個(gè)所述舵機(jī)部件，在最后裝配的所述小固定連接塊右端面用所述螺釘連接所述尾鰭，所述機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)模塊的配重安裝在所述大固定連接塊的下端面，最終對(duì)所述機(jī)器魚(yú)采取整體密封措施。

本發(fā)明串聯(lián)驅(qū)動(dòng)式仿生機(jī)器魚(yú)密封模塊特點(diǎn)在于：密封方案選取整體密封，即使用多張密封膠皮黏合成整體尺寸足夠大的單層或多層魚(yú)皮緊貼于所述機(jī)器魚(yú)整體輪廓(除所述殼體外)。

本發(fā)明串聯(lián)驅(qū)動(dòng)式仿生機(jī)器魚(yú)連接件特點(diǎn)在于：所述連接件截面為與所述支撐環(huán)架長(zhǎng)、短半徑比例相一致的橢圓形，所述連接件左側(cè)輪緣與所述殼體輪緣配合，且所述輪緣位于外部，所述連接件右側(cè)輪緣與所述密封膠皮緊密接觸配合，且所述密封膠皮位于外側(cè)，所述連接件在左側(cè)布置有用于固定所述控制模塊、電源模塊、配重模塊的固定架，所述固定架預(yù)留出一定數(shù)量和大小的裝配孔，用于裝配控制模塊、電源模塊等，并使所述固定架粘結(jié)于固定板上，所述固定板上布置有不少于一個(gè)的集線孔，使得電源線、數(shù)據(jù)線等通過(guò)，并布置四個(gè)連接件螺紋孔與所述小固定連接塊固連。

本發(fā)明串聯(lián)驅(qū)動(dòng)式仿生機(jī)器魚(yú)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還在于：所述舵機(jī)串聯(lián)連接而成，且其串聯(lián)的個(gè)數(shù)不小于4個(gè)，并在所述舵機(jī)的上下兩端面接觸連接所述支撐環(huán)架。

本發(fā)明串聯(lián)驅(qū)動(dòng)式仿生機(jī)器魚(yú)支撐環(huán)架特點(diǎn)在于：所述支撐環(huán)架截面為橢圓形，并在所述支撐環(huán)架中對(duì)稱(chēng)布置橫向、縱向四根架桿，所述架桿分為與所述大固定連接塊、小固定連接塊配合的兩種類(lèi)型，與所述大固定連接塊配合的橫向架桿之間的高度尺寸為所述大固定連接塊最大高度相同，寬度尺寸不小于所述大固定連接塊最大寬度的1.5倍，以此為舵機(jī)的步進(jìn)旋轉(zhuǎn)留下空間，并在所述架桿的橫向架桿對(duì)稱(chēng)布置4個(gè)支撐環(huán)架螺紋孔，其尺寸與所述螺釘，大、小固定連接塊，舵盤(pán)相配。

本發(fā)明串聯(lián)驅(qū)動(dòng)式仿生機(jī)器魚(yú)支撐環(huán)架特點(diǎn)還在于：所述支撐環(huán)架在每個(gè)舵機(jī)上布置2個(gè)，分別與所述大固定連接塊、小固定連接塊接觸連接，且所述支撐環(huán)架的大小按照合適比例從左至右依次等比例縮小。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

首先，利用多舵機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化了仿生機(jī)器魚(yú)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使機(jī)器魚(yú)既具有良好的機(jī)動(dòng)性能，又具有效率高、傳動(dòng)簡(jiǎn)單、易于控制的優(yōu)點(diǎn)。

其次，使用多層密封膠皮進(jìn)行整體密封，既能做到優(yōu)異的防水性能，又能使得機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)過(guò)程中不起褶皺，保證了良好的外形，易于機(jī)器魚(yú)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)。

然后，采取雙輪緣、多功能連接件來(lái)連接機(jī)器魚(yú)殼體與部分驅(qū)動(dòng)模塊，有效地增強(qiáng)了機(jī)器魚(yú)整體的密封性于可拓展性，并為后續(xù)配重模塊、開(kāi)關(guān)模塊等的設(shè)計(jì)預(yù)留了空間。

最后，選擇比例縮放陣列式支撐環(huán)架進(jìn)行外部密封膠皮的支撐，使機(jī)器魚(yú)外觀具有與實(shí)際魚(yú)體的相似性，還能加強(qiáng)魚(yú)身的強(qiáng)度。

下面結(jié)合附圖說(shuō)明對(duì)本發(fā)明的串聯(lián)驅(qū)動(dòng)式仿生機(jī)器魚(yú)作進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為結(jié)構(gòu)示意圖的局部放大圖。

圖3為機(jī)器魚(yú)配重簡(jiǎn)化圖。

圖4為連接件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為支撐環(huán)架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為舵機(jī)與舵盤(pán)的裝配簡(jiǎn)圖。

圖7為大固定連接塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1殼體，2胸鰭，3連接件，4支撐環(huán)架，5舵機(jī)，6大固定連接塊，7小固定連接塊，8螺釘，9舵盤(pán)，10尾鰭，301連接件左側(cè)輪緣，302連接件右側(cè)輪緣，303固定架，304裝配孔，305固定板，306集線孔，307連接件螺紋孔，401架桿，402支撐環(huán)架螺紋孔，901主舵盤(pán)，902副舵盤(pán)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1至圖7所示，一種串聯(lián)驅(qū)動(dòng)式仿生機(jī)器魚(yú)，包括殼體1，胸鰭2，連接件3，支撐環(huán)架4，舵機(jī)5，大固定連接塊6，小固定連接塊7，螺釘8，舵盤(pán)9，尾鰭10，由所述螺釘8分別將所述大固定連接塊6與所述連接件3在左右兩側(cè)面固連，所述大固定連接塊6與所述支撐環(huán)架4、所述舵盤(pán)9其中包括主舵盤(pán)901、副舵盤(pán)902，在上下兩端面接觸連接，所述舵盤(pán)9與所述舵機(jī)5組成一個(gè)整體，所述舵機(jī)5再由所述螺釘8將所述小固定連接塊7固連，并在所述小固定連接塊7的上端面接觸連接所述支撐環(huán)架4，而在所述小固定連接塊7的右端面固連所述大固定連接塊6，這樣依次按照上述裝配方法連接各個(gè)部件，使所述驅(qū)動(dòng)模塊串聯(lián)4個(gè)所述舵機(jī)部件，在最后裝配的所述小固定連接塊7右端面用所述螺釘8連接所述尾鰭10，所述機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)模塊的配重安裝在所述大固定連接塊6的下端面，并最終對(duì)所述機(jī)器魚(yú)采取整體密封措施，密封材料可選擇硅膠膜。

進(jìn)一步地，所述連接件左側(cè)輪緣301與所述殼體1輪緣配合，且所述左側(cè)輪緣301位于外部，所述連接件右側(cè)輪緣302與所述密封膠皮緊密接觸配合，并使所述密封膠皮位于外側(cè)，所述連接件3在左側(cè)布置有用于固定所述控制模塊、電源模塊、配重模塊的固定架303，所述固定架303預(yù)留出一定數(shù)量和大小的裝配孔304，用于裝配控制模塊、電源模塊等，并使所述固定架303固連于固定板305上，所述固定板305上布置有不少于一個(gè)的集線孔306，使得電源線、數(shù)據(jù)線等通過(guò)，并布置四個(gè)連接件螺紋孔307與所述小固定連接塊固連。

如圖5所示，所述支撐環(huán)架4截面為橢圓形，并在所述支撐環(huán)架4中對(duì)稱(chēng)布置橫向、縱向四根架桿401，所述架桿401分為與所述大固定連接塊6、小固定連接塊7配合的兩種類(lèi)型，與所述大固定連接塊6配合的橫向架桿之間的高度尺寸為所述大固定連接塊6最大高度相同，寬度尺寸為所述大固定連接塊6最大寬度的1.5倍，并在所述架桿401的橫向架桿對(duì)稱(chēng)布置4個(gè)支撐環(huán)架螺紋孔402，進(jìn)一步地，所述支撐環(huán)架4與在每個(gè)舵機(jī)上布置2個(gè)，分別與所述大固定連接塊6、小固定連接塊7接觸連接，且所述支撐環(huán)架4的大小從左至右依次等比例縮小。

如圖3所示，為機(jī)器魚(yú)配重方案的簡(jiǎn)化圖，在具體實(shí)施時(shí)，依據(jù)魚(yú)體的整體對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，將機(jī)器魚(yú)的重心控制在Y軸的負(fù)半軸，利用“不倒翁”原理使魚(yú)在水中的姿態(tài)保持平衡。

如圖1、圖5所示，所述殼體1、所述支撐環(huán)架4材料可以為PC+ABS，并可采用3D打印加工。

如圖4所示，所述連接件3材料可以為金屬，以此增強(qiáng)連接的可靠性與穩(wěn)定性。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明精神的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。