一种仿生机器鱼制造技术

本发明专利技术公开了一种仿生机器鱼。该仿生机器鱼包括头部外壳、尾部外壳、驱动机构和仿生鱼鳔。头部外壳与尾部外壳对接后形成鱼形。尾部外壳能够在驱动机构的作用下摆动，形成推进力。头部外壳和/或尾部外壳上设置有一个或多个能够膨胀的仿生鱼鳔。仿生鱼鳔内填充有相变液体；仿生鱼鳔的外部和/或内部设置有加热元件。相变液体的加热后升温气化使仿生鱼鳔膨胀，相变液体的停止加热后降温液化使仿生鱼鳔收缩。本发明专利技术利用乙醚加热可迅速气化，停止加热后通过与海水的热交换可迅速液化的特点，通过加热或停止加热仿生鱼鳔内的乙醚，乙醚实现快速气化或液化，进而调节仿生鱼鳔的体积，实现仿生机器鱼的上浮和下沉控制。现仿生机器鱼的上浮和下沉控制。现仿生机器鱼的上浮和下沉控制。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生机器鱼


[0001]本专利技术属于仿生机器人
，具体涉及一种仿生机器鱼。

技术介绍

[0002]无人水下航行器研究的主要工作集中在复制生物游泳的各个方面，以提高运动性能。传统的螺旋桨驱动系统模型化程度高且刚性强，而生物推进系统则不太为人所知，其特点是复杂多变的灵活性。许多种类的鱼以波浪式运动从头部到尾部波浪式地摆动着它们柔韧的身体。身体的摆动形成涡流来产生前进的推力，然后这些涡流从尾鳍的后缘脱落。随后的流体尾迹模式被称为反向冯
·
卡曼街，其特征是反向旋转、相连的环形涡流，每个环形涡流都有一个指向下游的中心射流。推力射流的速度和涡量脱落的频率都随着尾拍的增加而增加，鱼类是灵活、高性能的海洋游泳者，它们以高频率摆尾以达到高速的游泳速度。大多数仿鱼机器人系统在低频(≤3Hz)下运行，导致游泳速度较低(≤1.5体长/秒)。此外，身体柔韧性对高性能鱼类游泳的影响仍然未知。其次，大多数传统的仿生机器鱼在控制其进行多种运动状态时常采用螺旋桨控制，存在着很多问题。本专利技术设计了一种仿生机器鱼，身体灵活，并缩小机器人和生物系统之间的性能差距，仿生机器鱼的尾部关节灵活性高，柔性仿生鱼鳔控制多种运动状态的方式新颖。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种仿生机器鱼。
[0004]本专利技术一种仿生机器鱼，包括头部外壳、尾部外壳、驱动机构和仿生鱼鳔。头部外壳与尾部外壳对接后形成鱼形。尾部外壳能够在驱动机构的作用下摆动，形成推进力。头部外壳和/或尾部外壳上设置有一个或多个能够膨胀的仿生鱼鳔。仿生鱼鳔内填充有相变液体；仿生鱼鳔的外部和/或内部设置有加热元件。相变液体的加热后升温气化使仿生鱼鳔膨胀，相变液体的停止加热后降温液化使仿生鱼鳔收缩。
[0005]作为优选，所述仿生鱼鳔包括弹性覆盖层、浮力袋、相变液体和柔性加热元件。弹性覆盖层包裹在浮力袋的外侧。相变液体填充在浮力袋内。柔性的加热元件安装在浮力袋内。
[0006]作为优选，所述头部外壳和尾部外壳两侧的中间位置均不设仿生鱼鳔，两侧的顶部和/或底部设置有仿生鱼鳔。
[0007]作为优选，所述的相变液体为乙醚。
[0008]作为优选，所述的仿生鱼鳔的相变液体中混入可自愈液体；可自愈液体泄漏时能够固化修补仿生鱼鳔上的裂缝。
[0009]作为优选，所述的头部外壳内固定有支座。所述的驱动机构包括弯曲轴、传动块、尾梁和弹簧；弯曲轴的头端与支座转动连接；弯曲轴的尾端偏离弯曲轴的转动轴线。弯曲轴由电机驱动旋转。传动块能够绕支座的尾端转动，且能够沿转动中心的径向滑动。传动块内开设有条形槽，弯曲轴的尾端伸入条形槽内。尾梁的头端与传动块的中部固定；尾梁的尾端
与尾部外壳的内腔滑动连接；尾梁上套置有弹簧。弹簧的两端分别抵住传动块、尾部外壳的内腔。
[0010]作为优选，所述的驱动机构还包括连杆。连杆的一端与支座转动连接；传动块上开设有滑槽；连杆与滑槽滑动连接；连杆的转动轴线经过弯曲轴的弯折处。
[0011]作为优选，所述的支座上设有横向通孔和竖向通孔，横向通孔的内壁与弯曲轴通过轴承连接；竖向通孔的两端通过转动销和轴承与两根连杆转动连接；
[0012]作为优选，所述的弯曲轴包括一体成型的转动连接段和弯折段。转动连接段和弯折段均呈直线型；转动连接段与弯折段的一端连接在一起，且呈钝角。
[0013]作为优选，头部外壳内固定有电机壳；电机通过铰链板固定在电机壳内；所述支座与电机壳固定，电机壳与铰链板之间通过密封圈密封，铰链板的中部与电机主轴通过密封油毡密封；
[0014]作为优选，所述的尾部外壳包括依次连接的前部鱼尾、中部鱼尾、后部鱼尾和尾鳍；尾鳍中部的两侧设置有龙骨径节；龙骨径节向外凸起；前部鱼尾与头部外壳固定或转动连接；所述的前部鱼尾与中部鱼尾转动连接，所述的中部鱼尾与后部鱼尾转动连接，尾梁的尾端与尾鳍固定。
[0015]作为优选，所述中部鱼尾与前部鱼尾的连接处两侧，后部鱼尾与中部鱼尾的连接处两侧，以及尾鳍与后部鱼尾的连接处两侧均设置有月牙形缺口；各月牙型缺口处均设有褶皱挡片，月牙型缺口被褶皱挡片密封。
[0016]作为优选，所述的尾鳍内嵌入有两片形状记忆合金；两片形状记忆合金通电后能够弯曲，且弯曲方向相反。
[0017]本专利技术具有的有益效果是：
[0018]1、本专利技术的仿生鱼鳔创新地采用低沸点的液体、柔性的加热元件和高弹性的覆盖层，相变液体为乙醚，加热可迅速气化，停止加热后通过与海水的热交换可迅速液化，三者相配合，使该仿生鱼鳔区别于如今大多数高干扰机械式游动囊，具有高度的柔性，可大大提升仿生鱼鳔的使用性能。同时，柔性的结构也可以使其适应多种复杂的环境。
[0019]2、本专利技术各段鱼尾之间均设置有月牙形缺口，月牙型缺口处设有月牙形的褶皱挡片，月牙型缺口被褶皱挡片密封，能够增大仿生机器鱼腔体的密封性，减小外界的水对仿生机械鱼内部的电机、控制器等电气元件的影响，聚乙烯材料的褶皱挡片也能在密封的同时，减小对中部鱼尾、后部鱼尾、尾鳍摆动的影响；所述尾鳍与后部鱼尾的连接处也设有月牙缺口能使中部鱼尾、后部鱼尾和尾鳍有更大的摆动角度，从而使仿生机器鱼在水中更加灵活，游动更快。
[0020]3、本专利技术的弯曲轴的弯折处经过连杆的转轴轴线，在俯视图中弯曲轴的端部始终与传动块共线，从而使弯曲轴的端部始终不会与传动块的条形槽干涉，从而促进了仿生机械鱼的游动。
[0021]4、本专利技术设置龙骨径节，龙骨径节的形状为一块椭球形凸起，具有更大的刚度，能让后部鱼尾向尾鳍传递更大的摆动力，从而让仿生机器鱼游得更快；前部鱼尾与中部鱼尾铰接，中部鱼尾与后部鱼尾铰接，从而使鱼尾外壳为多段式的，在水中更加灵活，促进仿生机器鱼在水中灵活游动。
[0022]5、本专利技术的尾鳍内部设置的两侧分别设有形状记忆合金(SMA)，形状记忆合金原
本形状为向侧面弯曲，当仿生鱼需要向两侧摆尾时，对形状记忆合金通电，由于电流的热效应使形状记忆合金被加热变弯曲，带动尾鳍左右摆动，从而促进了仿生机器鱼在水中游动。
[0023]6、本专利技术的仿生鱼鳔嵌入头部外壳内，并且仿生鱼鳔的相变液体中混入可自愈液体，例如桐油，仿生鱼鳔的浮力袋的材料为硅橡胶，当仿生鱼鳔被外力戳破时，可自愈液体可以将仿生鱼鳔外壳破损的部位修复，使仿生鱼鳔的浮力袋停止泄漏相变液体，从而促进仿生机械鱼的环境适应能力。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0025]图2为本专利技术的全剖视图；
[0026]图3为本专利技术的爆炸图；
[0027]图4为本专利技术的透射爆炸图；
[0028]图5为本专利技术中驱动机构的立体示意图；
[0029]图6为本专利技术中驱动机构的俯视示意图；
[0030]图7为本专利技术中仿生鱼鳔的示意图。
具体实施方式
[0031]以下结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0032]实施例1
[0033]如图1至图6所示，一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生机器鱼，包括头部外壳(1)、尾部外壳(5)和驱动机构(3)；其特征在于：还包括仿生鱼鳔(7)；头部外壳(1)与尾部外壳(5)对接后形成鱼形；尾部外壳(5)能够在驱动机构(3)的作用下摆动，形成推进力；头部外壳(1)和/或尾部外壳(5)上设置有一个或多个能够膨胀的仿生鱼鳔(7)；仿生鱼鳔(7)内填充有相变液体(7
‑
3)；仿生鱼鳔(7)的外部和/或内部设置有加热元件；相变液体(7
‑
3)的加热后升温气化使仿生鱼鳔(7)膨胀，相变液体(7
‑
3)的停止加热后降温液化使仿生鱼鳔(7)收缩。2.根据权利要求1所述的一种仿生机器鱼，其特征在于：所述仿生鱼鳔(7)包括弹性覆盖层(7
‑
1)、浮力袋(7
‑
2)、相变液体(7
‑
3)和柔性加热元件(7
‑
4)；弹性覆盖层(7
‑
1)包裹在浮力袋(7
‑
2)的外侧；相变液体(7
‑
3)填充在浮力袋(7
‑
2)内；柔性的加热元件安装在浮力袋(7
‑
2)内。3.根据权利要求1所述的一种仿生机器鱼，其特征在于：所述头部外壳(1)和尾部外壳(5)两侧的中间位置均不设仿生鱼鳔(7)，两侧的顶部和/或底部设置有仿生鱼鳔(7)。4.根据权利要求1所述的一种仿生机器鱼，其特征在于：所述的相变液体(7
‑
3)为乙醚。5.根据权利要求1所述的一种仿生机器鱼，其特征在于：所述的仿生鱼鳔(7)的相变液体(7
‑
3)中混入可自愈液体；可自愈液体泄漏时能够固化修补仿生鱼鳔(7)上的裂缝。6.根据权利要求1所述的一种仿生机器鱼，其特征在于：所述的头部外壳(1)内固定有支座(6)；所述的驱动机构(3)包括弯曲轴(3
‑
1)、传动块(3
‑
2)、尾梁(3
‑
3)和弹簧；弯曲轴(3
‑
1)的头端与支座(6)转动连接；弯曲轴(3
‑
1)的尾端偏离弯曲轴(3
‑
1)的转动轴线；弯曲轴(3
‑
1)由电机(2)驱动旋转；传动块(3
‑
2)能够绕支座(6)的尾端转动，且能够沿转动中心的径向滑动；传动块(3
‑
2)内开设有条形槽(3
‑
4)，弯曲轴(3
‑
1)的尾端伸入条形槽(3
‑
4)内；尾梁(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：马睿，许明，张帝，黄润棋，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：