一种机器鱼及其路径规划方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种机器鱼及其路径规划方法，包括鱼身和尾鳍；其中，所述鱼身为空腔结构，所述鱼身的腔体内部设置有电磁驱动器，所述尾鳍与所述电磁驱动器的动力输出端连接。通过电磁驱动器为尾鳍提供动力，进而在尾鳍的驱动下使机器鱼行进和变换方向，由于采用了电磁驱动器的驱动方式，该机器鱼噪音小，机动性强，动态响应快，且机械结构简单。

A Robot Fish and Its Path Planning Method

The embodiment of the present invention provides a robot fish and a path planning method thereof, including a fish body and a tail fin, wherein the fish body is a cavity structure, and an electromagnetic driver is arranged inside the cavity of the fish body, and the tail fin is connected with the power output terminal of the electromagnetic driver. The electromagnetic actuator provides power for the tail fin, and then drives the robot fish to move and change its direction. Because of the driving mode of the electromagnetic actuator, the robot fish has low noise, strong maneuverability, fast dynamic response and simple mechanical structure.

【技术实现步骤摘要】
一种机器鱼及其路径规划方法
本专利技术实施例涉及仿生装置
，更具体地，涉及一种机器鱼及其路径规划方法。
技术介绍
海洋水下，随着越来越深入海底，其环境也越来越恶劣，压力压强也剧增，腐蚀性特别高，传感器更加容易产生不透明性。因此要想充分利用海洋的丰富多样的巨大资源宝库，海洋探索工具必须具备保证其质量。为了顺应时代的背景，国内外学者开始着手进行自主式水下航行器(AUV)的研制。自主式水下航行器可以完成复杂的水下作业，尤其是在当人类下水容易造成生命健康威胁的情况下。当进行水下作业的时候，如果根据具体情景，需要水下驱动装置进行很深的海底作业时，这就需要具备一些相应功能的AUV来完成任务。AUV的一大特色就是相对体积较小，可以进行无线通讯比较灵活，而且无线通讯可以省去很多人工作业，这对海洋中工作尤其是在深海中的工作的人们提供了安全保证，避免不必要的人工下海，这是其现实意义中的优点。即使已经突破了一些难题，取得了相应的进展，但要研究解决的问题还很多，比如在新型材料技术、无线通信技术、能源尤其是新能源技术、推进方式技术方面。其设计方向要适应长时间、大范围、多功能等也需要解决。推进系统的设计是AUV系统的技术关键和需要克服的难点，大部分推进系统的原动机都是液压马达或着是电磁马达，主要是利用叶轮或者螺旋桨的运转来推进水下驱动装置的运动。但是，现有水下航行装置由于其机械结构和推进方式的特点，导致其存在噪音大、机动性差、动态响应慢以及机械结构复杂等缺点。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的机器鱼及其路径规划方法。一方面本专利技术实施例提供了一种机器鱼，包括鱼身和尾鳍；其中，所述鱼身为空腔结构，所述鱼身的腔体内部设置有电磁驱动器，所述尾鳍与所述电磁驱动器的动力输出端连接。进一步地，所述电磁驱动器包括：两个永磁体、线圈、动力输出臂；其中，所述两个永磁体正对设置在所述鱼身的腔体内部的壳体上，所述动力输出臂与所述鱼身的壳体铰接，所述动力输出臂的一端与所述尾鳍连接，所述线圈设置在所述动力输出臂的另一端，且所述线圈的圆心与所述两个永磁体中心连线的中点重合，且所述线圈正对所述两个永磁体设置。进一步地，所述两个永磁体与所述鱼身的腔体内部的壳体上相应的孔通过过盈配合连接。进一步地，所述线圈与所述动力输出臂的另一端上相应的孔通过过盈配合连接。进一步地，所述鱼身的尾部设置有两个正对的第一凸台，所述两个第一凸台上分别设置有轴承孔，所述动力输出臂上设置有贯通孔，所述动力输出臂与所述鱼身的壳体通过穿装于所述两个轴承孔和所述贯通孔的中心轴，以及分别设置在所述两个轴承孔内的两个法兰轴承铰接。进一步地，在所述法兰轴承和所述动力输出臂之间还设置有推力轴承。进一步地，所述动力输出臂的一端和所述尾鳍之间设置有尾柄，所述尾柄的一端设置有第一凹槽和多个第一螺纹孔，所述尾柄的另一端设置有第二凹槽和多个第二螺纹孔；所述动力输出臂的一端设置有第二凸台，所述第二凸台嵌入所述第一凹槽，且所述动力输出臂的一端通过多个第一螺栓和所述多个第一螺纹孔与所述尾柄的一端螺纹连接；所述尾鳍嵌入所述第二凹槽，且所述尾鳍通过多个第二螺栓和所述多个第二螺纹孔与所述尾柄的另一端固定连接。进一步地，所述鱼身包括鱼头和鱼身中部两部分，且所述鱼头和所述鱼身中部可拆卸连接，所述鱼身的腔体内部设置有微处理单元、供电单元以及通信单元。另一方面本专利技术实施例提供了一种机器鱼的路径规划方法，包括：S1，根据测距传感器反馈的测距结果，判断机器鱼的行进方向上是否有障碍物；S2，若判断获知所述机器鱼的行进方向上有障碍物，则基于模糊控制规则根据所述机器鱼与障碍物之间的距离，得到所述机器鱼的转弯角度信息；S3，根据所述转弯角度信息控制所述电磁驱动器，以使所述机器鱼避开所述障碍物。进一步地，在步骤S1之前还包括：利用红外测距传感器进行测距，获取所述测量结果。本专利技术实施例提供的一种机器鱼及其路径规划方法，通过电磁驱动器为尾鳍提供动力，进而在尾鳍的驱动下使机器鱼行进和变换方向，由于采用了电磁驱动器的驱动方式，该机器鱼噪音小，机动性强，动态响应快，且机械结构简单。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种机器鱼的三维结构示意图；图2为本专利技术实施例中尾鳍的装配示意图；图3为本专利技术实施例中尾柄的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种机器鱼的路径规划方法的流程图；图5为本专利技术实施例中红外距离传感器采集信息示意图；图6为本专利技术实施例中避障流程示意图；附图标记：1-鱼身；2-尾鳍；3-永磁体；4-线圈；5-动力输出臂；6-中心轴；7-法兰轴承；8-推力轴承；9-尾柄；10-第一凹槽；11-第一螺纹孔；12-第二凹槽；13-第二螺纹孔；14-鱼头；15-鱼身中部。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的一种机器鱼的三维结构示意图，如图1所示，包括鱼身1和尾鳍2；其中：所述鱼身1为空腔结构，所述鱼身1的腔体内部设置有电磁驱动器，所述尾鳍2与所述电磁驱动器的动力输出端连接。其中，鱼类在自然界中，经过长期的不断进化，逐渐演化为现在的形状和游动模型。根据鱼类游动方式的不同，可以将鱼类分为身体-尾鳍(BCF模式)式推进方式和胸鳍-对鳍(MPF模式)推进模式。而前者在整个鱼类中占有的比例较大，优选地，本专利技术实施例基于BCF模式对机器鱼的鱼身和尾鳍的结构和外形进行设置。BCF模式中，机器鱼的鱼身推进主要动力来源于尾鳍的摆动，鱼身行进方向的变换也受尾鳍方向变换的控制。电磁驱动器是基于磁场对其中通电导体会产生作用力这一原理来输出动力，通过磁场方向或导通中电流方向可以改变作用力的方向，从而实现一定频率的摆动。具体地，本专利技术实施例中的机器鱼在水下运行时，由于电磁驱动器设置在鱼身的腔体内部，即其相对于鱼身固定不动。电磁驱动器的动力输出端与尾鳍连接，即其输出动力时，尾鳍相对于鱼身摆动。尾鳍摆动即可推动鱼身行进，同时在行进过程中随时调整行进方向。可以理解的是，尾鳍摆动的方向及频率由电磁驱动器输出的决定，只需要控制电磁驱动器的动力输出即可实现对尾鳍摆动方向及频率的控制。本专利技术实施例提供的一种机器鱼，通过电磁驱动器为尾鳍提供动力，进而在尾鳍的驱动下使机器鱼行进和变换方向，由于采用了电磁驱动器的驱动方式，该机器鱼噪音小，机动性强，动态响应快，且机械结构简单。在上述实施例中，如图2所示，所述电磁驱动器包括：两个永磁体3、线圈4、动力输出臂5；其中，所述两个永磁体3正对设置在所述鱼身1的腔体内部的壳体上，所述动力输出臂5与所述鱼身1的壳体铰接，所述动力输出臂5的一端与所述尾鳍2连接，所述线圈4设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器鱼，其特征在于，包括鱼身和尾鳍；其中，所述鱼身为空腔结构，所述鱼身的腔体内部设置有电磁驱动器，所述尾鳍与所述电磁驱动器的动力输出端连接。

【技术特征摘要】
1.一种机器鱼，其特征在于，包括鱼身和尾鳍；其中，所述鱼身为空腔结构，所述鱼身的腔体内部设置有电磁驱动器，所述尾鳍与所述电磁驱动器的动力输出端连接。2.根据权利要求1所述机器鱼，其特征在于，所述电磁驱动器包括：两个永磁体、线圈、动力输出臂；其中，所述两个永磁体正对设置在所述鱼身的腔体内部的壳体上，所述动力输出臂与所述鱼身的壳体铰接，所述动力输出臂的一端与所述尾鳍连接，所述线圈设置在所述动力输出臂的另一端，且所述线圈的圆心与所述两个永磁体中心连线的中点重合，且所述线圈正对所述两个永磁体设置。3.根据权利要求2所述机器鱼，其特征在于，所述两个永磁体与所述鱼身的腔体内部的壳体上相应的孔通过过盈配合连接。4.根据权利要求2所述机器鱼，其特征在于，所述线圈与所述动力输出臂的另一端上相应的孔通过过盈配合连接。5.根据权利要求1所述机器鱼，其特征在于，所述鱼身的尾部设置有两个正对的第一凸台，所述两个第一凸台上分别设置有轴承孔，所述动力输出臂上设置有贯通孔，所述动力输出臂与所述鱼身的壳体通过穿装于所述两个轴承孔和所述贯通孔的中心轴，以及分别设置在所述两个轴承孔内的两个法兰轴承铰接。6.根据权利要求5所述机器鱼，其特征在于，在所述法兰轴承和所述动力输出臂之间还设置有推力...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红秀，杜闯，褚彦斌，徐亮，江熠，李智津，林毅鑫，刘欣宇，孟庆博，黄赓，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11