一种无关节变刚度柔性机器鱼的设计方法及其仿生机器鱼技术

本发明专利技术公开了一种无关节变刚度柔性机器鱼的设计方法及其仿生机器鱼。其中，所述方法包括：测量真鱼鱼体软组织物理参数和体形性状参数；根据测量的参数设计机器鱼鱼体组织以及鱼尾肌肉组织的水凝胶材料以及驱动模块；基于设计的水凝胶材料以及驱动模块制备机器鱼；对制备得到的机器鱼的隐身性能及游动性能进行测试。与现有仿生机器鱼设计方法相比，本发明专利技术充分考虑了鱼体软组织物理特性、鱼体形态结构参数与鱼体运动方式，为仿生机器鱼的设计提供一种范式，各部位柔软紧实，仿生特征明显进步。本发明专利技术结构简单，易于控制，构成仿生机器鱼的水凝胶可以由模具浇筑制备，可用于大规模标准化生产，模具的设计来源于仿生对象，因此本设计方法具有通用性。计方法具有通用性。计方法具有通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种无关节变刚度柔性机器鱼的设计方法及其仿生机器鱼


[0001]本专利技术涉及仿生鱼
，尤其涉及一种无关节变刚度柔性机器鱼的设计方法及其仿生机器鱼。
[0002]背景
[0003]水下机器人是人类研究和开发利用海洋的重要工具。传统水下机器人由刚性的材料和结构制造，利用螺旋桨或者水泵推动前进，具有运动效率低、机动性差、隐蔽性差、噪声大、环境适应性差等较为明显的缺陷。利用仿生技术开发新的水下机器人是目前研究水下机器人的重要方向。鱼类是常见的游泳生物，其运动有高效率、高机动性、噪音小，适应性强等的优点，吸引了大量研究人员对开发仿生机器鱼的兴趣。然而经过多年的探索与实践，仿生机器鱼的仿生设计方法与各方面的性能尚不成熟。
[0004]传统上，仿生机器鱼的设计思路多为利用电机驱动鱼尾摆动，进而推动机器鱼运动。电机驱动的仿生机器鱼常见的设计采用多关节串联驱动，即每个关节使用一个电机控制其转动，进而控制整个机器鱼尾的摆动以拟合鱼类的运动。这种设计存在的一定问题，比如多个电机的使用导致对各个电机的同步性要求很高，多个电机的控制复杂，较多的电机和关节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无关节变刚度柔性机器鱼的设计方法，其特征在于，包括：测量真鱼鱼体软组织物理参数和体形性状参数；根据测量的参数设计机器鱼鱼体组织以及鱼尾肌肉组织的水凝胶材料以及驱动模块；基于设计的水凝胶材料以及驱动模块制备机器鱼；对制备得到的机器鱼的隐身性能及游动性能进行测试。2.如权利要求1所述的一种无关节变刚度柔性机器鱼的设计方法，其特征在于，所述性状参数包括体长、体高、头长、尾柄长、尾柄高、体宽；所述体长是指吻端到尾鳍根部的距离；所述体高是指背鳍前端至腹部中线处的垂直距离；所述头长是指吻端至鳃盖后缘的距离；所述尾柄长是指臀鳍末端到尾鳍根部的长度；所述尾柄高是指尾柄最低处的垂直距离；所述体宽是指鱼体左右两侧之间的最大距离。3.如权利要求2所述的一种无关节变刚度柔性机器鱼的设计方法，其特征在于，所述体高占体长的25％
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27％；所述头长占体长的20％
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22％；所述尾柄长占体长的16％
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18％；所述尾柄高占体长的12％
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14％；所述体宽占体长的17％
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19％。4.如权利要求2所述的一种无关节变刚度柔性机器鱼的设计方法，其特征在于，所述性状参数还包括为尾鳍的展长、尾鳍的展开面积以及展弦比，该展弦比通过如下公式计算得到：AR＝b2/其中，b为尾鳍的展长，A为尾鳍的展开面积，AR为展弦比。5.如权利要求1所述的一种无关节变刚度柔性机器鱼的设计方法，其特征在于，所述物理参数通过如下方法测得：对若干条真鱼进行组织切片，并测量切片质量；将切片放置于水箱中，利用排水法测得切片密度；在水箱中设置发射信号的换能器以及接收信号的换能器，将切片放置于两换能器中间，并启动换能器计算切片声速；基于切片声速及切片密度计算样品的切片声阻抗。6.如权利要求1所述的一种无关节变刚度柔性机器鱼的设计方法，其特征在于，根据测量的参数设计机器鱼鱼体组织以及鱼尾肌肉组织的水凝胶材料以及驱动模块，具体包括：鱼体组织采用聚乙烯醇水凝胶，其中聚乙烯醇含量为12
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13wt％，使用反复冷冻
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解冻法循环2
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5个周期制成；鱼尾肌肉组织采用聚乙烯醇/聚丙烯酰胺水凝胶，其中向聚乙烯醇含量为9
‑
11wt％的聚乙烯醇溶液中溶解4

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，刘晟，张金虎，周娜娜，李泓泉，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：