一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼及其控制方法，包括：鱼身，所述鱼身在其两侧分别设置有驱动装置；胸鳍部，连接于所述驱动装置并通过所述驱动装置驱动进行摆动或旋转，所述胸鳍部包括：柔性胸鳍，由柔性材料制成，所述柔性胸鳍为中空结构，柔性套管，由柔性材料制成，数量为若干，设置于所述柔性胸鳍内，且所述柔性套管的外表面与所述柔性胸鳍的内表面固定设置；弹簧，数量为若干，分别设置于所述柔性套管内，所述弹簧的前端连接至所述弹性前盖板；调节装置，所述调节装置用于拉紧或放松所述弹簧，从而改变所述柔性胸鳍、所述柔性套管、弹簧三者组合体的等效抗弯截面刚度。弹簧三者组合体的等效抗弯截面刚度。弹簧三者组合体的等效抗弯截面刚度。

【技术实现步骤摘要】
一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼及其控制方法


[0001]本专利技术涉及仿生弹涂鱼领域，具体指有一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼及其控制方法。

技术介绍

[0002]仿生机器鱼，以用于探测水中的污染物，并绘制河水的3D污染图。这种机器鱼形似鲤鱼，身上装备有探测传感器，可以发现水中的多种污染物，如轮船泄漏的燃油或其他化学物等。仿生机器鱼在工作的过程中，需要在不同的环境中执行任务，例如滩涂、水下、沙地等，需要它们能够适应更多不同的环境、有更为安全的人机交互过程以及在运动过程中能够抵抗外界干扰减震等能力，因此可以选用具有一定柔性的材料作为服务型机器人的驱动装置。
[0003]现有的机器人通常选用刚性大、强度大的材料来组成，该材料在上述环境中容易出现无法适应地理环境从而陷入或卡于该环境中，或者是在该环境移动的过程中需要耗费大量的能耗，使得现有的仿生机器鱼一直无法在上述环境中工作。若仅是单纯的柔性驱动装置又存在灵活性差、精确度低、不能适应不同上述的多种环境中。
[0004]针对上述的现有技术存在的问题设计一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼及其控制方法是本专利技术研究的目的。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术在于提供一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼及其控制方法，能够有效解决上述现有技术存在的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼，包括：
[0008]鱼身，所述鱼身在其两侧分别设置有驱动装置；
[0009]胸鳍部，连接于所述驱动装置并通过所述驱动装置驱动进行摆动或旋转，所述胸鳍部包括：
[0010]柔性胸鳍，由柔性材料制成，所述柔性胸鳍为中空结构；
[0011]柔性套管，由柔性材料制成，数量为若干，设置于所述柔性胸鳍内，且所述柔性套管的外表面与所述柔性胸鳍的内表面固定设置；
[0012]弹簧，数量为若干，分别设置于所述柔性套管内，所述弹簧的前端连接至所述柔性套管的前端；
[0013]调节装置，所述弹簧的后端连接至所述调节装置，所述调节装置用于拉紧或放松所述弹簧，从而改变所述柔性胸鳍、所述柔性套管、所述弹簧三者组合体的等效抗弯截面刚度
[0014]进一步地，所述柔性胸鳍的前端面设置为弧形凸起的形状，所述柔性胸鳍的前端面盖设有弹性前盖板，所述柔性胸鳍的后端面盖设有后盖板，所述柔性套管的前端连接所
述弹性前盖板，所述柔性套管的后端连接所述后盖板，所述弹簧的前端连接至所述弹性前盖板，所述后盖板固定设置于所述调节装置的一侧，所述弹簧的后端穿过所述后盖板并连接至所述调节装置，若干所述柔性套管的前端向左右两侧发散并连接至所述弹性前盖板。
[0015]进一步地，所述调节装置为舵机，所述舵机用于驱动一根舵机连杆使其沿轴向转动，所述弹簧的后端定位并缠绕设置于所述舵机连杆，通过所述舵机连杆对所述弹簧后端的收卷或放卷从而拉紧或放松所述弹簧。
[0016]进一步地，所述弹簧的弹簧圈填满或超过所述柔性套管的长度，所述弹簧弯曲时的等效抗弯截面刚度与所述柔性材料的抗弯截面刚度差小于2
×
10
‑3N
·
m2。
[0017]进一步地，所述柔性材料为塑胶，定义B
弹簧
为弹簧的有效抗弯截面刚度，E为弹簧材料的弹性模量，G为弹簧材料的剪切模量，H为弹簧长度，d为弹簧丝直径，n为弹簧有效圈数，D为弹簧中径，所述弹簧自然情况下满足：
[0018][0019]进一步地，定义d
杆
为舵机连杆的直径，δ
max
为舵机拉伸所述弹簧的使其有效抗弯截面刚度为2
‑
3倍弹簧自然情况下的有效抗弯截面刚度时弹簧的长度变化量，所述舵机的输出力矩T满足：
[0020][0021]进一步地，所述舵机固接有连杆外壳，所述连杆外壳的内部与所述后盖板形成容纳腔，所述舵机连杆设置于所述容纳腔，所述后盖板设置有若干连通孔以供所述弹簧穿过所述后盖板后连接至所述舵机连杆。
[0022]进一步地，所述柔性胸鳍从其后端向其前端逐渐变窄设置。
[0023]一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼的控制方法，基于所述的一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼，
[0024]若所述仿生弹涂鱼的运动环境为平坦的硬质地面时，所述调节装置以80N
‑
120N的力拉紧所述弹簧，从而调节所述柔性胸鳍和所述柔性套管的抗弯截面刚度为3.5～4.5
×
10
‑3N
·
m2；
[0025]若所述仿生弹涂鱼的运动环境为平坦的松软介质地面或带有坡度的硬质地面时，所述调节装置以30N
‑
70N的力拉紧所述弹簧，从而调节所述柔性胸鳍和所述柔性套管的抗弯截面刚度为2～3
×
10
‑3N
·
m2；
[0026]若所述仿生弹涂鱼的运动环境为带有坡度的松软介质地面时，所述调节装置以0
‑
10N力拉紧所述弹簧，从而调节所述柔性胸鳍和所述柔性套管的抗弯截面刚度为1.5
‑
1.7
×
10
‑3N
·
m2。
[0027]进一步地，
[0028]若所述仿生弹涂鱼的运动环境为平坦的硬质地面时，所述驱动装置驱动所述胸鳍部以所述驱动装置驱动所述柔性胸鳍、所述柔性套管、所述弹簧三者组合体以1.1
‑
1.2r/s0.3
‑
0.4r/s旋转；
[0029]若所述仿生弹涂鱼的运动环境为平坦的松软介质地面或带有坡度的硬质地面时，所述驱动装置驱动所述胸鳍部以所述驱动装置驱动所述柔性胸鳍、所述柔性套管、所述弹
簧三者组合体以0.7
‑
0.8r/s旋转；
[0030]若所述仿生弹涂鱼的运动环境为带有坡度的松软介质地面时，所述驱动装置驱动所述胸鳍部以所述驱动装置驱动所述柔性胸鳍、所述柔性套管、所述弹簧三者组合体以0.3
‑
0.4r/s1.1
‑
1.2r/s旋转。因此，本专利技术提供以下的效果和/或优点：
[0031]本申请通过弹簧拉伸带动弹性前盖板挤压柔性胸鳍和柔性套管，使柔性胸鳍和柔性套管共同延厚度方向弯曲变形，从而能够实现改变胸鳍部的刚性，使其能够在柔软的地质上降低刚性，在胸鳍部变得容易改变弯曲程度，从而胸鳍部接触地面的面积在弯曲后大大增加，增大支撑面以及增大摩擦，实现令仿生弹涂鱼在该地形上行走或站立的目的。
[0032]为了能够仅通过舵机旋转拉伸弹簧来改变整个装置柔性部分的抗弯截面刚度，本申请限定了选用的弹簧规格必须满足其弯曲时等效抗弯截面刚度与装置中柔性部分材料的抗弯截面刚度在同一个数量级或是相差不大，从而实现变刚度的技术效果。
[0033]同时，本申请还提供了相应的控制方法，对于不同介质、坡度的路面进行不同策略的控制，使其既本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼，其特征在于：包括：鱼身，所述鱼身在其两侧分别设置有驱动装置；胸鳍部，连接于所述驱动装置并通过所述驱动装置驱动进行摆动或旋转，所述胸鳍部包括：柔性胸鳍，由柔性材料制成，所述柔性胸鳍为中空结构；柔性套管，由柔性材料制成，数量为若干，设置于所述柔性胸鳍内，且所述柔性套管的外表面与所述柔性胸鳍的内表面固定设置；弹簧，数量为若干，分别设置于所述柔性套管内，所述弹簧的前端连接至所述柔性套管的前端；调节装置，所述弹簧的后端连接至所述调节装置，所述调节装置用于拉紧或放松所述弹簧，从而改变所述柔性胸鳍、所述柔性套管、所述弹簧三者组合体的等效抗弯截面刚度。2.根据权利要求1所述的一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼，其特征在于：所述柔性胸鳍的前端面设置为弧形凸起的形状，所述柔性胸鳍的前端面盖设有弹性前盖板，所述柔性胸鳍的后端面盖设有后盖板，所述柔性套管的前端连接所述弹性前盖板，所述柔性套管的后端连接所述后盖板，所述弹簧的前端连接至所述弹性前盖板，所述后盖板固定设置于所述调节装置的一侧，所述弹簧的后端穿过所述后盖板并连接至所述调节装置，若干所述柔性套管的前端向左右两侧发散并连接至所述弹性前盖板。3.根据权利要求1所述的一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼，其特征在于：所述调节装置为舵机，所述舵机用于驱动一根舵机连杆使其沿轴向转动，所述弹簧的后端定位并缠绕设置于所述舵机连杆，通过所述舵机连杆对所述弹簧后端的收卷或放卷从而拉紧或放松所述弹簧。4.根据权利要求3所述的一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼，其特征在于：所述弹簧的弹簧圈填满或超过所述柔性套管的长度，所述弹簧弯曲时的等效抗弯截面刚度与所述柔性材料的抗弯截面刚度差小于2
×
10
‑3N
·
m2。5.根据权利要求4所述的一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼，其特征在于：所述柔性材料为塑胶，定义B
弹簧
为弹簧的有效抗弯截面刚度，E为弹簧材料的弹性模量，G为弹簧材料的剪切模量，H为弹簧长度，d为弹簧丝直径，n为弹簧有效圈数，D为弹簧中径，所述弹簧自然情况下满足：6.根据权利要求5所述的一种胸鳍柔性变刚度的仿生弹涂鱼，其特征在于：定义d
杆
为舵机连杆的直径，δ
max
为舵机拉伸所述弹簧的使其有效抗弯截面刚度为2
‑
3倍弹簧自然情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，郑炜，张宇，张金虎，林中路，惠健刚，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：