仿生鱼体肌肉结构及其绳驱控制方法技术

本发明专利技术涉及鱼体肌肉结构的仿生学技术领域，具体公开了仿生鱼体肌肉结构及其绳驱控制方法，用于仿生机器鱼的鱼体结构研究，实现更好地模拟仿生肌肉的收缩和脊骨的转动。其中，仿生鱼体肌肉结构包括：头部、身部和尾部；所述身部包括前骨关节和后骨关节，所述前骨关节的前端具有第一连接部，所述第一连接部与头部固定连接，所述后骨关节的后端具有第二连接部，所述第二连接部与尾部固定连接，所述前骨关节和后骨关节之间活动连接，并在头部设置驱动装置连接后骨关节以控制尾部相对于头部来回摆动，所述头部具有可前后滑动的第一配重块，并设置有控制装置控制第一配重块前后滑动。设置有控制装置控制第一配重块前后滑动。设置有控制装置控制第一配重块前后滑动。

【技术实现步骤摘要】
仿生鱼体肌肉结构及其绳驱控制方法


[0001]本专利技术涉及鱼体肌肉结构的仿生学
，特别是仿生鱼体肌肉结构及其绳驱控制方法。

技术介绍

[0002]仿生机器鱼的鱼体结构研究，是鱼类游动机理、发展水下机器人技术的研究热点，而且，通过仿生真实鱼类的生理结构，构造可刚柔耦合实现变刚度鱼体的肌肉结构和脊骨结构是重要的研究方向和技术需求。
[0003]目前，国内外很多学者都开展了上述的相关研究，但是，当前研制出的鱼体多是在串并联刚性结构和连续柔性结构的基础上进行构造，前者，采用多个舵机通过螺钉首尾相连的方式建立脊骨结构，然后，基于生物学数据得到的鱼体波曲线，来计算各个舵机的转动角度实现整体的摆动，并通过在各关节间安装弹簧实现肌肉构造，而且，弹簧的数量与肌肉的密度成正比，但由于刚性连接在旋转时会存在摩擦损失，从而导致机械效率低，且需要构造很多的关节数才可以接近真实鱼体的摆动；后者，通过在连续柔性鱼体中布置多个空腔，按照鱼体波曲线，通过液压或气压的方式，在连续鱼体的各个空腔内制造压力差异来构建肌肉结构和脊骨结构，从而实现鱼体的摆动，但其控制复杂，且一次装配后不宜拆卸。
[0004]以上两种肌肉结构和脊骨结构均不能很好地模拟仿生肌肉的收缩和脊骨的转动，不能完全满足实验和技术的要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：提出了仿生鱼体肌肉结构及其绳驱控制方法，解决了
技术介绍
中肌肉结构和脊骨结构均不能很好地模拟仿生肌肉的收缩和脊骨的转动的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]本专利技术的一方面，仿生鱼体肌肉结构，包括头部、身部和尾部；所述身部包括前骨关节和后骨关节，所述前骨关节的前端具有第一连接部，所述第一连接部与头部固定连接，所述后骨关节的后端具有第二连接部，所述第二连接部与尾部固定连接，所述前骨关节和后骨关节之间通过活动连接结构连接，并在头部设置驱动装置连接后骨关节以控制尾部相对于头部来回摆动，所述头部具有可前后滑动的第一配重块，并设置有控制装置控制第一配重块前后滑动。
[0008]优选的，所述活动连接结构包括第一鱼骨，所述第一鱼骨具有两个，均设置在前骨关节的后端，两个所述第一鱼骨在同一平面内互相呈八字形向外延伸，两个所述第一鱼骨所在平面与尾部宽度方向平行，且两个所述第一鱼骨延伸的八字形开口方向朝尾部方向，所述后骨关节前端具有两个互相呈八字形向外延伸的第二鱼骨，两个所述第二鱼骨延伸的八字形开口方向朝头部方向，且两个所述第二鱼骨所在平面垂直于两个所述第一鱼骨所在平面，在相邻第一鱼骨与第二鱼骨之间设置至少一条第一拉绳，所述第一拉绳一端连接在第一鱼骨上，另一端连接在第二鱼骨上，所述第一拉绳处于拉紧状态。
[0009]优选的，所述活动连接结构包括一个中骨关节，所述中骨关节位于前骨关节和后骨关节之间；所述前骨关节的后端具有两个第一鱼骨，两个所述第一鱼骨在同一平面内互相呈八字形向外延伸，两个所述第一鱼骨所在平面与尾部宽度方向平行，且两个所述第一鱼骨延伸的八字形开口方向朝尾部方向；所述后骨关节前端具有两个互相呈八字形向外延伸的第二鱼骨，两个所述第二鱼骨延伸的八字形开口方向朝头部方向，且两个所述第二鱼骨所在平面垂直于两个所述第一鱼骨所在平面；所述中骨关节的前端具有两个互相呈八字形向外延伸的第三鱼骨，后端具有两个互相呈八字形向外延伸的第四鱼骨，两个所述第三鱼骨所在平面平行于两个所述第二鱼骨所在平面，且两个所述第三鱼骨的八字形延伸开口方向朝向头部，两个所述第四鱼骨所在平面平行于两个所述第一鱼骨所在平面，且两个所述第四鱼骨的八字形延伸开口方向朝向尾部；在相邻第一鱼骨与第三鱼骨之间和相邻第二鱼骨与第四鱼骨之间分别设置至少一条第一拉绳，所述第一鱼骨与第三鱼骨之间的第一拉绳一端连接在第一鱼骨上，另一端连接在第三鱼骨上，所述第二鱼骨与第四鱼骨之间的第一拉绳一端连接在第二鱼骨上，另一端连接在第四鱼骨上，且所述第一拉绳处于拉紧状态。
[0010]优选的，所述活动连接结构包括多个中骨关节，且所述中骨关节位于前骨关节和后骨关节之间依次排列；所述前骨关节的后端具有两个第一鱼骨，两个所述第一鱼骨在同一平面内互相呈八字形向外延伸，两个所述第一鱼骨所在平面与尾部宽度方向平行，且两个所述第一鱼骨延伸的八字形开口方向朝尾部方向；所述后骨关节前端具有两个互相呈八字形向外延伸的第二鱼骨，两个所述第二鱼骨延伸的八字形开口方向朝头部方向，且两个所述第二鱼骨所在平面垂直于两个所述第一鱼骨所在平面；每个所述中骨关节的前端具有两个互相呈八字形向外延伸的第三鱼骨，后端具有两个互相呈八字形向外延伸的第四鱼骨，两个所述第三鱼骨所在平面平行于两个所述第二鱼骨所在平面，且两个所述第三鱼骨的八字形延伸开口方向朝向头部，两个所述第四鱼骨所在平面平行于两个所述第一鱼骨所在平面，且两个所述第四鱼骨的八字形延伸开口方向朝向尾部；与前骨关节相邻的中骨关节连接前骨关节的方式为，在相邻第一鱼骨与第三鱼骨之间设置至少一条第一拉绳，所述第一鱼骨与第三鱼骨之间的第一拉绳一端连接在第一鱼骨上，另一端连接在第三鱼骨上；与后骨关节相邻的中骨关节连接后骨关节的方式为，在相邻第二鱼骨与第四鱼骨之间分别设置至少一条第一拉绳，所述第二鱼骨与第四鱼骨之间的第一拉绳一端连接在第二鱼骨上，另一端连接在第四鱼骨上；两两相邻的中骨关节之间的连接方式为，在相邻第三鱼骨与第四鱼骨之间分别设置至少一条第一拉绳，所述第三鱼骨与第四鱼骨之间的第一拉绳一端连接在其中一个中骨关节的第三鱼骨上，另一端连接在另一个中骨关节的第四鱼骨上。
[0011]优选的，所述后骨关节上具有两个互相呈八字形向外延伸的第五鱼骨，两个所述第五鱼骨延伸的八字形开口方向朝尾部，两个所述第五鱼骨所在平面、第一鱼骨所在平面和第四鱼骨所在平面处于同一平面，且设置一端连接在第五鱼骨上，另一端连接在第一鱼骨上的第二拉绳，所述第二拉绳依次经过所有的第四鱼骨并连接第四鱼骨。
[0012]优选的，所述第一鱼骨与相邻第四鱼骨之间、第四鱼骨与相邻第五鱼骨之间、和两个相邻第四鱼骨之间分别设置有拉簧连接。
[0013]优选的，所述驱动装置包括在头部中设置的伺服电机，所述伺服电机的输出轴上设置有舵杆，所述舵杆的中部与输出轴固定连接，并从舵杆两端分别设置舵绳向尾部延伸并连接到后骨关节的第二鱼骨上。
[0014]本专利技术的另一方面，所述的仿生鱼体肌肉结构的绳驱控制方法，包括：
[0015]通过伺服电机控制舵杆摆动以控制舵绳牵动后骨关节来回摆动，进而实现尾部的摆动控制以用于游动；
[0016]通过控制装置控制第一配重块前后滑动以控制头部的重心，进而实现游动过程中的上浮、直行和下潜控制。
[0017]优选的，所述舵杆平行于第二鱼骨所在平面，所述舵绳依次可活动地穿过第一连接部、第三鱼骨后连接到第二鱼骨上；
[0018]通过伺服电机控制舵杆摆动以控制舵绳牵动后骨关节来回摆动时，通过所述舵绳对第三鱼骨产生作用力进而实现身部摆动仿生模拟。
[0019]优选的，所述头部上设置有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.仿生鱼体肌肉结构，其特征在于，包括头部(1)、身部(2)和尾部(3)；所述身部(2)包括前骨关节(4)和后骨关节(5)，所述前骨关节(4)的前端具有第一连接部(6)，所述第一连接部(6)与头部(1)固定连接，所述后骨关节(5)的后端具有第二连接部(7)，所述第二连接部(7)与尾部(3)固定连接，所述前骨关节(4)和后骨关节(5)之间通过活动连接结构连接，并在头部(1)设置驱动装置连接后骨关节(5)以控制尾部(3)相对于头部(1)来回摆动，所述头部(1)具有可前后滑动的第一配重块(8)，并设置有控制装置控制第一配重块(8)前后滑动。2.根据权利要求1所述的仿生鱼体肌肉结构，其特征在于，所述活动连接结构包括第一鱼骨(9)，所述第一鱼骨(9)具有两个，均设置在前骨关节(4)的后端，两个所述第一鱼骨(9)在同一平面内互相呈八字形向外延伸，两个所述第一鱼骨(9)所在平面与尾部宽度方向平行，且两个所述第一鱼骨(9)延伸的八字形开口方向朝尾部(3)方向，所述后骨关节(5)前端具有两个互相呈八字形向外延伸的第二鱼骨(10)，两个所述第二鱼骨(10)延伸的八字形开口方向朝头部(1)方向，且两个所述第二鱼骨(10)所在平面垂直于两个所述第一鱼骨(9)所在平面，在相邻第一鱼骨(9)与第二鱼骨(10)之间设置至少一条第一拉绳(11)，所述第一拉绳(11)一端连接在第一鱼骨(9)上，另一端连接在第二鱼骨(10)上，所述第一拉绳(11)处于拉紧状态。3.根据权利要求1所述的仿生鱼体肌肉结构，其特征在于，所述活动连接结构包括一个中骨关节(12)，所述中骨关节(12)位于前骨关节(4)和后骨关节(5)之间；所述前骨关节(4)的后端具有两个第一鱼骨(9)，两个所述第一鱼骨(9)在同一平面内互相呈八字形向外延伸，两个所述第一鱼骨(9)所在平面与尾部宽度方向平行，且两个所述第一鱼骨(9)延伸的八字形开口方向朝尾部(3)方向；所述后骨关节(5)前端具有两个互相呈八字形向外延伸的第二鱼骨(10)，两个所述第二鱼骨(10)延伸的八字形开口方向朝头部(1)方向，且两个所述第二鱼骨(10)所在平面垂直于两个所述第一鱼骨(9)所在平面；所述中骨关节(12)的前端具有两个互相呈八字形向外延伸的第三鱼骨(13)，后端具有两个互相呈八字形向外延伸的第四鱼骨(14)，两个所述第三鱼骨(13)所在平面平行于两个所述第二鱼骨(10)所在平面，且两个所述第三鱼骨(13)的八字形延伸开口方向朝向头部(1)，两个所述第四鱼骨(14)所在平面平行于两个所述第一鱼骨(9)所在平面，且两个所述第四鱼骨(14)的八字形延伸开口方向朝向尾部(3)；在相邻第一鱼骨(9)与第三鱼骨(13)之间和相邻第二鱼骨(10)与第四鱼骨(14)之间分别设置至少一条第一拉绳(11)，所述第一鱼骨(9)与第三鱼骨(13)之间的第一拉绳(11)一端连接在第一鱼骨(9)上，另一端连接在第三鱼骨(13)上，所述第二鱼骨(10)与第四鱼骨(14)之间的第一拉绳(11)一端连接在第二鱼骨(10)上，另一端连接在第四鱼骨(14)上，且所述第一拉绳(11)处于拉紧状态。4.根据权利要求1所述的仿生鱼体肌肉结构，其特征在于，所述活动连接结构包括多个中骨关节(12)，所述中骨关节(12)位于前骨关节(4)和后骨关节(5)之间依次排列；所述前骨关节(4)的后端具有两个第一鱼骨(9)，两个所述第一鱼骨(9)在同一平面内互相呈八字形向外延伸，两个所述第一鱼骨(9)所在平面与尾部宽度方向平行，且两个所述第一鱼骨(9)延伸的八字形开口方向朝尾部(3)方向；所述后骨关节(5)前端具有两个互相呈八字形向外延伸的第二鱼骨(10)，两个所述第二鱼骨(10)延伸的八字形开口方向朝头部(1)方向，且两个所述第二鱼骨(10)所在平面垂直于两个所述第一鱼骨(9)所在平面；每个所述中骨
关节(12)的前端具有两个互相呈八字形向外延伸的第三鱼骨(13)，后端具有两个互相呈八字形向外延伸的第四鱼骨(14)，两个所述第三鱼骨(13)所在平面平行于两个所述第二鱼骨(10)所在平面，且两个所述第三鱼骨(13)的八字形延伸开口方向朝向头部(1)，两个所述第四鱼骨(14)所在平面平行于两个所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹存宏，张旭尧，李能，沈明明，张大斌，崔祚，罗一波，杨陈，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：