仿生机器鱼及鱼身上浮与下潜的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种仿生机器鱼，包括鱼头、鱼身及上浮下潜机构及控制上浮与下潜机构作动的控制系统；上浮下潜机构包括第二储排水罐、与第二储排水罐连接的储气罐、以及用于控制储气罐与第二储排水罐之间进行气体交换的气泵，第二储排水罐安装在鱼身的中部，控制系统包括与气泵连接的微处理器及与微处理器连接的无线信号接收器，无线信号接收器用于接收无线遥控信号并将无线遥控信号传送至微处理器，微处理器在判断出无线遥控信号代表的运动模式为鱼身下潜运动模式时或鱼身上浮运动模式时，控制气泵将第二储排水罐内的气体排入储气缸内，或控制气泵将储气缸内的气体排入第一储排水罐。本发明专利技术还涉及一种仿生机器鱼的鱼身上浮与下潜的控制方法。

Bionic robot fish and control method for floating and diving of fish body

The invention discloses a bionic robot fish, including fish head, fish and up and down mechanism and a control mechanism for float and dive control system; up and down mechanism comprises second storage tanks, second reservoir drainage and drainage tank connected to the gas tank, and a pump gas exchange between the control and the second storage tank water tank, storage tank second drainage installed in the central body, connected with the air pump control system includes a microprocessor connected with the microprocessor and the wireless signal receiver, a wireless signal receiver for receiving the wireless remote control signal and wireless remote control signal is transmitted to the microprocessor, the microprocessor in the judgment of motion mode of wireless remote control signal representative of the fish diving model or fish floating movement mode, control and pump the gas into the gas cylinder storage tank second drainage, or The air pump in the gas storage cylinder is discharged into the first storage and drainage tank by the air pump. The invention also relates to a method for controlling the floating and diving of the fish body of the bionic robot fish.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于仿生机器人
，具体涉及一种仿生机器鱼及鱼身上浮与下潜的控制方法。
技术介绍
20世纪90年代以前对于鱼类仿生学的研究主要集中于理论方面，随着鱼类推进机理研究的深入，机器人技术、仿生学、电子技术、材料科学和控制技术的新发展，模拟鱼类游动机理的新型水下机器人——仿生机器鱼受到了国内外的广泛关注。美国麻绳理工学院根据提出的鱼尾推进的“射流推进理论”，研制出长1.2米的仿生金枪鱼和长0.8米的仿生梭鱼。美国东北大学海洋科学中心利用形状记忆合金和连杆机构开发了波动推进的机器鳗鱼。美国新墨西哥大学利用高分子电解质离子交换膜IEM，镀在仿生机器鱼鱼鳍的金属薄片上，通过外加电场实现人造肌运动，产生类似鳗鱼的游动方法。英国Essex大学设计了具有三维运动能力的机器鱼。日本东京大学研制了两关节推进的机器海豚。Kato等研究了对鱼鳍推进机构的控制并开发了机器鱼样机黑鲈。日本名古屋大学研制出形状记忆合金驱动微型身体波动式水下推进器和压电陶瓷驱动的双鳍鱼型微型机器人。在国内，哈尔滨工程工程大学开展了仿生机器张宇的研究工作。北京航空航天大学机器人研究所研制了机器鳗鱼、机器海豚以及采用扁平宽大的斧形水动力外型的SPC系列仿生机器鱼。中科院沈阳自动化研究所研制了两关节的仿生机器鱼模型。北京大学力学与工程科学系研制了仿生海豚样机。中科院北京自动化研究所研发出微小型机器鱼、多传感器仿生机器鱼等。然而，目前国内外仿生机器鱼的鱼身沉浮结构复杂其控制方法复杂，制造成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于解决上述技术问题的仿生机器鱼。本专利技术实施例提供一种仿生机器鱼，包括鱼头、鱼身及上浮下潜机构及控制上浮与下潜机构作动的控制系统；所述上浮下潜机构包括用于控制鱼身上浮与下潜的第二储排水罐、与第二储排水罐连接的储气罐、以及用于控制储气罐与第二储排水罐之间进行气体交换的气泵，所述第二储排水罐安装在鱼身的中部，所述控制系统包括与气泵连接的微处理器及与微处理器连接的无线信号接收器，无线信号接收器用于接收无线遥控信号并将无线遥控信号传送至微处理器，微处理器在判断出无线遥控信号代表的运动模式为鱼身下潜运动模式时，控制气泵将第二储排水罐内的气体排入储气缸内；当微处理器在判断出无线遥控信号代表的运动模式为鱼头上浮运动模式时，微处理器控制气泵将储气缸内的气体排入第一储排水罐。进一步地，所述鱼身包括与鱼头连接的躯干骨架及与所述躯干骨架连接的尾部骨架，躯干骨架包括多个彼此铰接在一起以形成躯干骨架的躯干关节，所述躯干骨架上设置有电控盒，所述电控盒将躯干骨架分成前部躯干骨架与后部躯干骨架，所述后部躯干骨架的位于最前端的躯干关节与所述电控盒连接，所述第二储排水罐设置在所述后部躯干骨架的位于最前端的躯干关节内。进一步地，躯干关节呈U形，包括呈片状且横向设置的第一部，位于第一部下方且呈片状的第二部，以及两端分别与第一部及第二部连接的连接部，其中，相邻的两个躯干关节的两个第一部连接，相邻的两个躯干关节的两个第二部连接，所述第二储排水罐设置在所述后部躯干骨架的位于最前端的躯干关节的第一部及第二部之间。进一步地，所述连接部在邻近第一部的端部开设有过口，相邻两个躯干关节的其中一个躯干关节中的第一部插入另一躯干关节的连接部上的过口内且两个第一部相抵靠并通过竖向设置的销轴铰接，两个相邻的躯干关节的两个第二部上下分布并相互接触且通过竖向设置的销轴铰接。进一步地，所述控制系统设置在所述电控盒内。进一步地，所述第二储排水罐包括第二罐体及设置在该第二罐体内的第二气囊，其中所述第二罐体上开设有第一接水口，并通过该第一接水口与外界的水相连通，所述第二气囊袋依次与气泵及所述储气罐连接。本专利技术还提供一种上述的仿生机器鱼的鱼身上浮与下潜的控制方法，包括以下步骤：接收无线遥控信号；判断无线遥控信号所代表的运动模式；当判断出无线遥控信号所代表的运动模式为鱼身上浮运动模式时，驱动鱼身上浮；以及当判断出无线遥控信号所代表的运动模式为鱼身下潜运动模式时，驱动鱼身下潜。由于上述技术方案的应用，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的仿生机器鱼的通过将第二储排水罐与储气罐连接，将第二储排水罐设置鱼身中部，通过气泵控制储气罐与第二储排水罐之间进行气体传送，实现第二储排水罐的储水与排水，进而实现仿生机器鱼的鱼身上浮和下沉，结构简单，且具有逼真的仿生效果。另外，本专利技术的仿生机器鱼的鱼身上浮与下潜的控制方法，通过无线信号接收器接收外部的控制信号，微处理器在判断外部的控制信号代表鱼身上浮与下潜的信号时，控制气泵作动，实现鱼身的上浮与下潜，控制方法简单。附图说明图1为本专利技术较佳实施例所提供仿生机器鱼的立体结构示意图。图2为图1的平面结构示意图。图3为图1中的鱼头的分解示意图。图4为图1中的鱼头的剖视示意图。图5为图1中的鱼身的局部分解示意图，具体为鱼躯干前部与鱼颈的分解示意图。图6为图1中的鱼身的局部分解示意图，具体为鱼躯干后与鱼尾部的分解示意图。图7为图1中的鱼身摆动装置的示意图。图8-10为图1中的鱼身摆动装置驱动鱼身的躯干骨架摆动的示意图。图11为图1中的鳍部的示意图。图12为图11中的柔性关节的示意图。图13为图11中的电机盒的示意图。图14为本专利技术仿生机器鱼的上浮下潜机构的示意图。图15为本专利技术仿生机器鱼的控制系统的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术较佳实施例提供的仿生机器鱼可以逼真的模拟出鱼类的头部上浮与下潜，同时还可以逼真地模拟出鱼类的嘴部张合。请结合参照图1、图2、图14与图15，本专利技术的仿生机器鱼，包括鱼头1、鱼身3、上浮下潜机构6及控制系统7。首先为了便于对该机器仿生机器鱼进行描述，首先建立指教坐标系，定义X、Y、Z方向分别为第一方向、第二方向及第三方向，第一方向水平方向并且为鱼前行方向，第二方向为水平方向其与第一方向垂直，第三方向为竖直，鱼沿着第三方向上升与下潜。具体地请参照图3与图4，在本实施例中，所述鱼头1包括上颌11、下颌12及张合机构13，上颌11通过张合机构13与下颌12连接，并且张合机构13用于驱动下颌12相对于上颌11进行张合运动，以呈现该仿生机器鱼中嘴巴部位的张开及闭合。在本实施例中，所述张合机构13设置在上颌11与下颌12靠近鱼身3的一端，以便于仿生机器鱼的嘴巴部位的张开及闭合。在本实施例中，所述张合机构13包括张合电机14、第一齿轮15及第二齿轮16，张合电机14与上颌11固接，第一齿轮15与张合电机14的转轴连接，第二齿轮16与第一齿轮15啮合，并且第二齿轮16与下颌12固接且与上颌11铰接。这样该张合机构13在工作时，张合电机14通过第一齿轮15带动第二齿轮16绕第二齿轮16与上颌11的铰接点进行转动，使得第二齿轮16带动下颌12进行绕第二齿轮16与上颌11的铰接点进行转动，进而实现了该下颌12相对于上颌11进行张合运动。需要说明的是，第一齿轮15为圆形齿轮，第二齿轮16为扇形齿轮。具体地，当张合电机14顺时针驱动第一齿轮15转动时，所述第二齿轮16在第一齿轮15的传动下做逆时针转动，第二齿轮16带动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生机器鱼，其特征在于，包括鱼头(1)、鱼身(3)及上浮下潜机构(6)及控制上浮与下潜机构(6)作动的控制系统(7)；所述上浮下潜机构(6)包括用于控制鱼身(3)上浮与下潜的第二储排水罐(65)、与第二储排水罐(65)连接的储气罐(62)、以及用于控制储气罐(62)与第二储排水罐(65)之间进行气体交换的气泵(63)，所述第二储排水罐(65)安装在鱼身(3)的中部，所述控制系统(7)包括与气泵(63)连接的微处理器(71)及与微处理器(71)连接的无线信号接收器(72)，无线信号接收器(72)用于接收无线遥控信号并将无线遥控信号传送至微处理器(71)，微处理器(71)在判断出无线遥控信号代表的运动模式为鱼身下潜运动模式时，控制气泵(63)将第二储排水罐(65)内的气体排入储气缸(62)内；当微处理器(71)在判断出无线遥控信号代表的运动模式为鱼头上浮运动模式时，微处理器(71)控制气泵(63)将储气缸(62)内的气体排入第一储排水罐(61)。

【技术特征摘要】
1.一种仿生机器鱼，其特征在于，包括鱼头(1)、鱼身(3)及上浮下潜机构(6)及控制上浮与下潜机构(6)作动的控制系统(7)；所述上浮下潜机构(6)包括用于控制鱼身(3)上浮与下潜的第二储排水罐(65)、与第二储排水罐(65)连接的储气罐(62)、以及用于控制储气罐(62)与第二储排水罐(65)之间进行气体交换的气泵(63)，所述第二储排水罐(65)安装在鱼身(3)的中部，所述控制系统(7)包括与气泵(63)连接的微处理器(71)及与微处理器(71)连接的无线信号接收器(72)，无线信号接收器(72)用于接收无线遥控信号并将无线遥控信号传送至微处理器(71)，微处理器(71)在判断出无线遥控信号代表的运动模式为鱼身下潜运动模式时，控制气泵(63)将第二储排水罐(65)内的气体排入储气缸(62)内；当微处理器(71)在判断出无线遥控信号代表的运动模式为鱼头上浮运动模式时，微处理器(71)控制气泵(63)将储气缸(62)内的气体排入第一储排水罐(61)。2.如权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述鱼身(3)包括与鱼头(1)连接的躯干骨架(30)及与所述躯干骨架(30)连接的尾部骨架(40)，躯干骨架(30)包括多个彼此铰接在一起以形成躯干骨架(30)的躯干关节(31)，所述躯干骨架(30)上设置有电控盒(301)，所述电控盒(301)将躯干骨架(30)分成前部躯干骨架与后部躯干骨架，所述后部躯干骨架的位于最前端的躯干关节(31)与所述电控盒(301)连接，所述第二储排水罐(65)设置在所述后部躯干骨架的位于最前端的躯干关节(31)内。3.如权利要求2所述的仿生机器鱼，其特征在于，躯干关节(31)呈U形，包括呈片状且横向设置的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：应佳伟，陈辉，
申请(专利权)人：杭州畅动智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33