一种鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置制造方法及图纸

一种鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置，用于鱼类尾鳍推进性能测试，其结构包括试验水槽、测试系统和供电系统，所述试验水槽包括水槽、金属架、调速泵、过滤棉，所述测试系统包括流速控制模块、执行模块、推力测试模块、计时模块、储存模块、数据处理模块、通讯模块、微控制器、电源模块，所述供电系统用于为整个装置提供电力保障。采用该装置，能够同时测出试验环境下的真实水流速度，对鱼尾模型的真实推进效果量化，并有具体的数值范围，便于分析生物个体的游泳行为；而且可以针对不同类型、不同形状、不同规格的尾鳍进行测验，包括尾鳍模型和活体尾鳍，更换过程简单方便，不同类型的尾鳍测试无需更改其他装置。

【技术实现步骤摘要】
一种鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置
本专利技术属于鱼类游泳行为研究领域，用于鱼类尾鳍在不同的摆动频率和不同摆动偏角下对机体产向前的推动力测试，是一种鱼类尾鳍推进性能测试模式设计。
技术介绍
鱼类尾鳍摆动推进力是推动机体运动前进的主要动力，研究鱼类尾鳍动力推动机制能深化仿生、捕捞作业的研究意义。目前已有的尾鳍摆动性能测试方法有：1、摆动柔性鳍的尾流场测试。2、系泊测力试验测试推进力。3、计算流体力学方法分析仿鱼类摆尾推进系统的推进性能，分析来流漩涡和水翼摆动生成漩涡之间的相互作用模式。通过尾鳍摆动的水动力性能研究、水动力效果来探索其动力性能。4、利用先进的流场测量技术—数字式粒子图像测速系统对摆动尾鳍的流场进行了测试分析，研究了不同尾鳍及摆动参数对尾涡流场结构的影响，基于流场的测试信息建立了摆动尾鳍水动力性能计算模型，开展了摆动尾鳍推力及推力矩的试验测量与分析。目前较为普遍的方法基本都以流体力学为基础，对尾流场的分析。摆动柔性鳍的尾流场测试是建立仿生拍动推进推力和效率的测量平台，通过电机的转动扭矩、转动角速度及推进力计算得到仿生推进系统的推进效率(η＝UF/Pin)。将尾鳍固定在在循环式水洞中，用来流速度U模拟巡航速度，假设主体受到的平均阻力正好为F，设置电机的不同角速度ω和输出扭矩M来控制电机的输出功率。该方法主要控制参数是摆角和频率，计算不同参数情况下的推进效率，并加以比较。系泊测力试验是研制仿鲤鱼机器鱼平台，选择最常见的身体—尾鳍驱动(BCF)方式，以三个舵机直接控制三个关节的运动。主要由头部、中间支撑板、尾部和尾鳍等部分组成，其转角函数根据整个鱼尾来拟合给定的在一个周期内离散的体波曲线。机器鱼头部与测力天平固定，控制系统位于头腔，舵机控制机器鱼尾鳍摆动产生推进力，测力天平测得的力通过放大器放大，再到达采集卡，输入上位机。摆动振幅、摆动频率、尾鳍形状的改变下测试其平均推力。尾流场的测试装置中没有将实际摆动情况下的实际推动力测试出来，没有具体的数据范围概念，由于模型一旦开始测试则是运动的状态，不同的运动强度下，模型与水体之间产生的相互作用力有差异，因此，假设的平均阻力F也只是适合在当下的摆角和频率下。其次是假设水流速度U，控制整个测试环境的水流流速，可以在同一流速下比较尾鳍摆动推进效率，不同流速下，水流对模型周围流场产生不同程度的影响，无法忽视其中不同的影响，因此，不同流速下的推进效率比较欠缺说服力。系泊实验中尾鳍的摆动产生的推进力通过关节连接点作用于机器鱼躯体、躯体的特殊形状使这个力产生不同方向的分力，使之水平传递到头部并与测力天平的连接点产生杠杆原理的推进力减小，必须通过放大器放大输入上位机。支点由于机器鱼躯体部分是空腔，水平推进力与垂直测力天平的支点在体腔内，并不在测力天平与鱼体的实体连接处。因此，对实际的推进效果测试有较大的影响。因此，在进行鱼类尾鳍推动力性能测试时，需要测出试验环境下的真实水流速度，对鱼尾模型的真实推进效果量化，并且有具体的数值范围，便于分析生物个体的游泳行为。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种测试鱼类尾鳍推动力性能的装置及方法，实现尾鳍摆动频率、幅度的可控性，通过杠杆原理放大尾鳍摆动推力，直接集取尾鳍摆动过程推力的连续变化量和变化趋势，研究尾鳍摆动的水动力性能，探索其水动力效果。本专利技术的具体技术方案为：一种鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置，用于鱼类尾鳍推进性能测试，其结构包括试验水槽、测试系统和供电系统，所述试验水槽包括水槽、金属架、调速泵、过滤棉，所述测试系统包括流速控制模块、执行模块、推力测试模块、计时模块、储存模块、数据处理模块、通讯模块、微控制器、电源模块，所述供电系统用于为整个装置提供电力保障；所述水槽顶部不封闭；所述金属架由金属方管焊接成并固定在水槽中，包括圆形金属导轨、金属杠杆、尾鳍固定钳、推拉力计固定平台，用于搭载整个测试装置；所述调速泵安装在水槽入水口一端；所述过滤棉安装在入水口调速泵一侧，用于过滤平整水流；所述流速控制模块包括调速泵和流速测试仪，用于调整水槽流速和测试当前水槽内的流速；所述执行模块包括舵机，用于实现舵机相连的尾鳍的摆动；所述推力测试模块包括推拉力计，水平固定于推拉力计固定平台上，用于测试尾鳍摆动产生的推进力的反作用力；所述计时模块用于记录执行模块完成一次任务所用的时间；所述储存模块用于保存初始控制参数及实验过程的必要数据；所述数据处理模块用于整个过程中产生的数据信号的输入、储存、转化、输出；所述通讯模块是操作者与整个系统的交互页面，用于键入测试参数和试验状态以及输出测试过程的数据和图像；所述微控制器以单片机为核心，负责控制上述各个模块协同工作；所述电源模块用于提供电力保障。进一步地：所述圆形金属导轨水平安装在金属架上，用于固定金属杠杆；所述金属杠杆与圆形金属导轨呈垂直状安装在一起并通过滚珠双轴轴承连接，金属杠杆可绕圆形金属导轨做竖直平面旋转；所述尾鳍固定钳安装在金属杠杆靠近水槽底部一端，用于固定不同类型的尾鳍；所述推拉力计固定平台设置在金属架远离水面一侧，并高于圆形导轨所在的水平面，用于固定推拉力计；所述流速测试仪固定在水槽的一侧，位于调速泵和金属架之间。进一步地：所述推拉力计固定平台的高度可上下调节，始终以保持金属杠杆与推拉力计无挤压水平连接为目标，以此调节尾鳍摆动推进力的放大倍数。进一步地：所述微控制器与通讯模块通过串口相连，与执行模块通过PWM连接，与存储模块通过SPI连接。采用该装置，能够同时测出试验环境下的真实水流速度，对鱼尾模型的真实推进效果量化，并有具体的数值范围，便于分析生物个体的游泳行为；而且可以针对不同类型、不同形状、不同规格的尾鳍进行测验，包括尾鳍模型和活体尾鳍，更换过程简单方便，不同类型的尾鳍测试无需更改其他装置，同时可根据实际要求调节拉力计控制平台高度，来改变反作用力的力距，将力放大至需要的倍数。附图说明图1为本专利技术鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置试验水槽结构示意图；图2为本专利技术鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置金属架结构示意图；图3为本专利技术鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置测试系统模块图；图4为本专利技术鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置测试系统上位机界面；图5为本专利技术鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置测试系统流程图。具体实施方式下面通过对最优实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。本专利技术提出的一种鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置，用于鱼类尾鳍推进性能测试，其结构包括试验水槽、测试系统和供电系统；如图1所示，所述试验水槽包括水槽、金属架、调速泵；所述水槽顶部不封闭；所述金属架固定在水槽中，用于搭载整个测试装置；所述调速泵安装在水槽入水口一端；所述过滤棉安装在入水口调速泵一侧，用于过滤平整水流。如图2所示，所述金属架由金属方管焊接成，包括圆形金属导轨、金属杠杆、尾鳍固定钳、推拉力计固定平台；所述圆形金属导轨水平安装在金属架上，用于固定金属杠杆；所述金属杠杆与圆形金属导轨呈垂直状安装在一起并通过滚珠双轴轴承连接，金属杠杆可绕圆形金属导轨做竖直平面旋转；所述尾鳍固定钳安装在金属杠杆靠近水槽底部一端，用于固定不同类型的尾鳍；所述推拉力计固定平台设置在金属架远离水面一侧，并高于圆形导轨所在的水平面，用于固定推拉力计，推拉力计固定平台的高度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置，用于鱼类尾鳍推进性能测试，其结构包括试验水槽、测试系统和供电系统，所述试验水槽包括水槽、金属架、调速泵、过滤棉，所述测试系统包括流速控制模块、执行模块、推力测试模块、计时模块、储存模块、数据处理模块、通讯模块、微控制器、电源模块，所述供电系统用于为整个装置提供电力保障；所述水槽顶部不封闭；所述金属架由金属方管焊接成并固定在水槽中，包括圆形金属导轨、金属杠杆、尾鳍固定钳、推拉力计固定平台，用于搭载整个测试装置；所述调速泵安装在水槽入水口一端；所述过滤棉安装在入水口调速泵一侧，用于过滤平整水流；所述流速控制模块包括调速泵和流速测试仪，用于调整水槽流速和测试当前水槽内的流速；所述执行模块包括舵机，用于实现舵机相连的尾鳍的摆动；所述推力测试模块包括推拉力计，水平固定于推拉力计固定平台上，用于测试尾鳍摆动产生的推进力的反作用力；所述计时模块用于记录执行模块完成一次任务所用的时间；所述储存模块用于保存初始控制参数及实验过程的必要数据；所述数据处理模块用于整个过程中产生的数据信号的输入、储存、转化、输出；所述通讯模块是操作者与整个系统的交互页面，用于键入测试参数和试验状态以及输出测试过程的数据和图像；所述微控制器以单片机为核心，负责控制上述各个模块协同工作；所述电源模块用于提供电力保障。...

【技术特征摘要】
1.一种鱼类尾鳍摆动推进效力测试装置，用于鱼类尾鳍推进性能测试，其结构包括试验水槽、测试系统和供电系统，所述试验水槽包括水槽、金属架、调速泵、过滤棉，所述测试系统包括流速控制模块、执行模块、推力测试模块、计时模块、储存模块、数据处理模块、通讯模块、微控制器、电源模块，所述供电系统用于为整个装置提供电力保障；所述水槽顶部不封闭；所述金属架由金属方管焊接成并固定在水槽中，包括圆形金属导轨、金属杠杆、尾鳍固定钳、推拉力计固定平台，用于搭载整个测试装置；所述调速泵安装在水槽入水口一端；所述过滤棉安装在入水口调速泵一侧，用于过滤平整水流；所述流速控制模块包括调速泵和流速测试仪，用于调整水槽流速和测试当前水槽内的流速；所述执行模块包括舵机，用于实现舵机相连的尾鳍的摆动；所述推力测试模块包括推拉力计，水平固定于推拉力计固定平台上，用于测试尾鳍摆动产生的推进力的反作用力；所述计时模块用于记录执行模块完成一次任务所用的时间；所述储存模块用于保存初始控制参数及实验过程的必要数据；所述数据处理模块用于整个过程中产生的数据信号的输入、储存、转化、输出；所述通讯模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓青燕，钱卫国，卢克祥，何元浩，
申请(专利权)人：上海海洋大学，
类型：新型
国别省市：上海,31