【技术实现步骤摘要】
一种单驱动机器鱼及其平面运动控制方法
[0001]本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种单驱动机器鱼及其平面运动控制方法。
技术介绍
[0002]水下移动机器人中，利用仿生原理实现高效游动的机器鱼多基于鳍状结构摆动获得水的推力实现机身的运动，相对于常规的螺旋桨驱动及活塞驱动方式可以实现更高的驱动效能以及更灵活的运动控制。对于机器鱼的驱动方式，相对于传统的电机驱动，新型压电式驱动方式更利于实现低能耗、大力矩、小尺寸、结构紧凑、无电磁干扰等优势。在驱动控制方面，电机式驱动所采用的常规将电机转动转换为鱼鳍摆动的摇杆等结构固定的传动机构，以及其依靠调节电机转速调整鱼鳍摆动频率的单一控制方式，都限制了其驱动控制效果，当需要对机器鱼机身或鱼鳍运动进行多自由度控制时，往往需要多组电机驱动模块配合多个驱动信号来实现。而实现小型化、轻质化、低功耗仿生机器鱼的灵活运动控制，采用新型驱动方式，匹配简洁的驱动结构设计，并结合基于简化控制信号的高效驱动方法，则是一个较全面解决上述问题的方向。
技术实现思路
[0003]本专利技术的...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种单驱动机器鱼，其特征在于：包括水平支撑架、浮漂组件、压电驱动组件、柔性铰链传动机构、传动杆和鱼鳍；所述水平支撑架呈轴对称的X状且其前侧和后侧的夹角小于90
°
，所述浮漂组件设置在所述水平支撑架的中心；所述水平支撑架的前侧和后侧分别连接有一个传动杆，所述传动杆的两端分别经一个柔性铰链传动机构与水平支撑架相应侧的两个端点对应相连；所述压电驱动组件的中部与所述水平支撑架的中心固定连接，所述压电驱动组件的两端分别沿水平支撑架前后两个锐角夹角的平分线向外延伸，且延伸端经第一柔性铰链与相应的传动杆中心相连后悬空设置；各所述柔性铰链传动机构上均设置有鱼鳍，各所述鱼鳍均指向机身的正后方。2.根据权利要求1所述的单驱动机器鱼，其特征在于：所述柔性铰链传动机构包括刚性杆和第二柔性铰链，四个刚性杆经第二柔性铰链依次相连构成矩形的柔性铰链传动机构；相邻两个刚性杆经一个第二柔性铰链相连，所述第二柔性铰链的两端分别对应贴合固定在相邻两个刚性杆的内侧；水平支撑架的端点和传动杆的端部分别连接在前后平行相对设置的两个刚性杆的外侧；所述鱼鳍设置在位于远离所述压电驱动组件一侧的刚性杆的外侧。3.根据权利要求1所述的单驱动机器鱼，其特征在于：所述压电驱动组件为一个压电驱动梁；或者，所述压电驱动组件由两个压电驱动梁构成，两个压电驱动梁同轴反向设置，且分别位于水平支撑架前后两个锐角夹角的平分线上，各压电驱动梁的一端与水平支撑架的中心相连，另一端向外延伸且经第一柔性铰链与传动杆中心相连后悬空设置；两个压电驱动梁的驱动电极并联。4.根据权利要求3所述的单驱动机器鱼，其特征在于：所述压电驱动梁为双晶片结构；所述压电驱动梁包括叠加设置的两层极化相反的压电材料以及两个接入压电驱动信号的驱动电极，或者，所述压电驱动梁包括叠加设置的一层压电材料和一层弹性材料以及两个接入压电驱动信号的驱动电极。5.根据权利要求1所述的单驱动机器鱼，其特征在于：所述浮漂组件包括竖直支撑杆和浮漂；所述竖直支撑杆的底端与所述水平支撑架的中心连接，所述竖直支撑杆垂直于所述水平支撑架向上延伸，所述浮漂设置在所述竖直支撑杆的顶端。6.一种单驱动机器鱼的平面运动控制方法，其特征在于：方法用于控制上述权利要求1至5任一所述的单驱动机器鱼的运动；所述方法包括，S1、获取单驱动机器鱼的前向运动加速指令和转向加速指令；S2、基于前向运动加速指令和转向加速指令，运算获取各鱼鳍摆动所需最大摆角和摆动中心偏角；S3、基于鱼鳍摆动的最大摆角和摆动中心偏角，计算获取单驱动机器鱼的压电驱动组件所需非对称驱动信号的关键参数；S4、依据关键参数生成非对称驱动信号输入单驱动机器鱼实现运动控制。7.根据权利要求6所述的单驱动机器鱼的平面运动控制方法，其特征在于：步骤S1具体为，基于单驱动机器鱼的机身坐标系，将单驱动机器鱼当前平面运动的目标指令分为沿X
b
轴移动的前向运动加速指令和绕Z
b
轴旋转的转向运动加速指令；
若对单驱动机器鱼进行开环运动控制，则直接由上位机提供调节前向运动速度的前向...
【专利技术属性】
技术研发人员：张萌颖，朱永辉，张轩硕，张朝阳，夏伟程，左福昊，曹嘉睿，刘东，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：
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