在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼制造技术

本发明专利技术涉及水下机器人技术领域，提供了一种在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，包括仿生鱼头和柔性仿生鱼体，仿生鱼头与柔性仿生鱼体相连接；柔性仿生机器鱼还包括变刚度机构，变刚度机构包括位于仿生鱼头内部的伸缩组件和位于柔性仿生鱼体内部的柔性仿生脊柱，且伸缩组件和柔性仿生脊柱相对设置；其中，伸缩组件用以沿仿生鱼头与柔性仿生鱼体之间的连线方向做伸缩运动，柔性仿生脊柱通过伸缩组件的伸缩运动进行压缩或释放以改变柔性仿生鱼体的刚度。本发明专利技术的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼运动灵活，鱼体外形稳定，并且能在游动过程中实现鱼体刚度的变化。过程中实现鱼体刚度的变化。过程中实现鱼体刚度的变化。

【技术实现步骤摘要】
在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼


[0001]本专利技术涉及水下机器人
，尤其涉及一种在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼。

技术介绍

[0002]自主水下机器人因其智能化水平高、活动范围广而成为探索和开发海洋的利器。传统的自主水下机器人大多利用螺旋桨推进或者泵喷推进，存在着机动性差、噪声大、隐蔽性低的缺点。鱼类在水里游动的整体综合性能好，其机动性好、噪声小、效率高等特点受到了研究人员的青睐，仿生机器鱼作为仿生学与机电学高度发展相结合的产物，为高性能水下航行器的研制和应用提供了新的途径和技术手段。
[0003]目前，大量机器鱼都将重点放在推进机构上，期望通过优化推进方式来提升仿生机器鱼的推进效率，但大部分工作都忽略了鱼体的刚度变化，将鱼体看作刚度不变的多关节机构，这类机器鱼在尾拍频率较高时无法获得期望的推力和游速。事实上，鱼类具有复杂的生物结构，可以调节刚度来适应流体环境，生物学的大量研究表示，鱼类在游动过程中会利用肌肉、脊柱、皮肤等器官进行刚度调整，从而在大范围的尾拍频率下均能获得优异的游动效率和游动速度。然而，现有机器鱼大多忽略鱼体刚度变化而难以在宽游动频率内保持高效率游动。
[0004]因此，有必要提供一种新的技术方案以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，用以解决现有机器鱼由于忽略鱼体刚度变化而难以在宽游动频率内保持高效率游动的问题。
[0006]本专利技术提供一种在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，包括仿生鱼头和柔性仿生鱼体，所述仿生鱼头与所述柔性仿生鱼体相连接；
[0007]所述柔性仿生机器鱼还包括变刚度机构，所述变刚度机构包括位于所述仿生鱼头内部的伸缩组件和位于所述柔性仿生鱼体内部的柔性仿生脊柱，且所述伸缩组件和所述柔性仿生脊柱相对设置；
[0008]其中，所述伸缩组件用以沿所述仿生鱼头与所述柔性仿生鱼体之间的连线方向做伸缩运动，所述柔性仿生脊柱通过所述伸缩组件的伸缩运动进行压缩或释放以改变所述柔性仿生鱼体的刚度。
[0009]根据本专利技术提供的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，当所述伸缩组件伸长时，所述柔性仿生脊柱处于压缩状态，所述柔性仿生脊柱的截面惯性矩随所述柔性仿生脊柱的压缩量的增大而增大，所述柔性仿生鱼体的刚度也随之增大；
[0010]当所述伸缩组件缩短时，所述柔性仿生脊柱向原始状态恢复，所述柔性仿生脊柱的截面惯性矩随所述柔性仿生脊柱的压缩量的减小而减小，所述柔性仿生鱼体的刚度也随之减小。
[0011]根据本专利技术提供的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，所述伸缩组件包括步进电机、连接轴和活塞，所述步进电机的输出轴通过所述连接轴与所述活塞相连，所述步进电机用于驱动所述活塞在所述仿生鱼头与所述柔性仿生鱼体之间的连线方向上做往复运动。
[0012]根据本专利技术提供的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，所述仿生鱼头靠近所述柔性仿生鱼体的一侧设有鱼头底板，所述鱼头底板垂直于所述仿生鱼头与所述柔性仿生鱼体之间的连线方向设置，所述鱼头底板上设有通孔，所述连接轴自所述仿生鱼头内部穿过所述通孔延伸至所述仿生鱼头外，所述连接轴靠近所述步进电机的一端与所述步进电机的输出轴固定连接，所述连接轴远离所述步进电机的一端与所述活塞固定连接。
[0013]根据本专利技术提供的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，所述仿生鱼头还包括主体仓、配重仓和密封模块，所述主体仓和所述配重仓均位于所述鱼头底板远离所述柔性仿生鱼体的一侧，所述主体仓和所述配重仓相互独立且所述配重仓位于所述主体仓的下方；
[0014]所述主体仓内设有所述伸缩组件，所述密封模块位于所述主体仓与所述鱼头底板之间，所述连接轴自所述主体仓依次穿过所述密封模块和所述鱼头底板延伸至所述仿生鱼头外，所述主体仓与所述鱼头底板之间为静密封设置，所述密封模块与所述连接轴之间为动密封设置。
[0015]根据本专利技术提供的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，所述变刚度机构还包括两端开口的套筒，所述连接轴延伸出所述仿生鱼头的部分和所述活塞均设置于所述套筒内，所述套筒固定在所述鱼头底板上，并与所述柔性仿生鱼体连接。
[0016]根据本专利技术提供的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，所述变刚度机构还包括柔性外壳，所述柔性外壳为中空结构，所述柔性仿生脊柱位于所述柔性外壳内，所述柔性外壳的内径大于所述柔性仿生脊柱的外径，且所述柔性外壳的内径大于所述套筒的外径，所述柔性外壳靠近所述仿生鱼头的一端套设并固定在所述套筒上。
[0017]根据本专利技术提供的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，所述柔性仿生脊柱包括多层薄片，多层所述薄片沿所述柔性仿生鱼体的延伸方向依次排布，相邻两层所述薄片之间通过加强筋连接；
[0018]其中，每层所述薄片的中心位置设置为镂空结构，多层所述薄片的镂空结构形成贯穿所述柔性仿生脊柱的中空通道，且所述加强筋避开所述中空通道设置。
[0019]根据本专利技术提供的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，所述柔性仿生机器鱼还包括仿生尾鳍，所述仿生尾鳍与所述柔性仿生鱼体远离所述仿生鱼头的一端连接，所述仿生尾鳍包括仿生尾鳍本体和钢丝，所述钢丝的一端穿过所述中空通道与所述仿生鱼头固定连接，所述钢丝的另一端穿过所述仿生尾鳍本体并与所述仿生尾鳍本体固定连接。
[0020]根据本专利技术提供的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，所述柔性仿生机器鱼还包括驱动机构，所述驱动机构包括防水舵机、主动摇臂、驱动环、被动摇臂及轴承，所述防水舵机和所述轴承相对的设置于所述柔性仿生鱼体的两侧，且所述防水舵机和所述轴承均固定在所述仿生鱼头上，所述驱动环套设在所述柔性仿生鱼体的中部，所述防水舵机的输出轴和所述轴承分别通过所述主动摇臂和所述被动摇臂连接至所述驱动环上，所述轴承的轴心位于所述防水舵机的输出轴的轴心延长线上，所述防水舵机和所述轴承同步转动。
[0021]本专利技术的上述技术方案具有以下有益效果：
[0022]本专利技术的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，包括位于仿生鱼头内部的伸缩组
件和位于柔性仿生鱼体内部的柔性仿生脊柱，伸缩组件和柔性仿生脊柱相对设置并组合形成变刚度机构，伸缩组件用以沿仿生鱼头与柔性仿生鱼体之间的连线方向做伸缩运动，通过控制伸缩组件的伸缩运动可以使柔性仿生脊柱能够在该连线方向上被压缩或者被释放；当柔性仿生脊柱被压缩时，其截面惯性矩增大，柔性仿生鱼体的刚度也随之增大；当柔性仿生脊柱被释放时，其截面惯性矩减小，柔性仿生鱼体的刚度也随之减小，从而能够实现在柔性仿生机器鱼游动过程中在线改变鱼体刚度，使得柔性仿生机器鱼在不同游动频率下均可到达最优游速，实现柔性仿生机器鱼的高效游动，显著增强柔性仿生机器鱼的机动性与续航能力。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，其特征在于，包括仿生鱼头和柔性仿生鱼体，所述仿生鱼头与所述柔性仿生鱼体相连接；所述柔性仿生机器鱼还包括变刚度机构，所述变刚度机构包括位于所述仿生鱼头内部的伸缩组件和位于所述柔性仿生鱼体内部的柔性仿生脊柱，且所述伸缩组件和所述柔性仿生脊柱相对设置；其中，所述伸缩组件用以沿所述仿生鱼头与所述柔性仿生鱼体之间的连线方向做伸缩运动，所述柔性仿生脊柱通过所述伸缩组件的伸缩运动进行压缩或释放以改变所述柔性仿生鱼体的刚度。2.根据权利要求1所述的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，其特征在于，当所述伸缩组件伸长时，所述柔性仿生脊柱处于压缩状态，所述柔性仿生脊柱的截面惯性矩随所述柔性仿生脊柱的压缩量的增大而增大，所述柔性仿生鱼体的刚度也随之增大；当所述伸缩组件缩短时，所述柔性仿生脊柱向原始状态恢复，所述柔性仿生脊柱的截面惯性矩随所述柔性仿生脊柱的压缩量的减小而减小，所述柔性仿生鱼体的刚度也随之减小。3.根据权利要求1所述的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，其特征在于，所述伸缩组件包括步进电机、连接轴和活塞，所述步进电机的输出轴通过所述连接轴与所述活塞相连，所述步进电机用于驱动所述活塞在所述仿生鱼头与所述柔性仿生鱼体之间的连线方向上做往复运动。4.根据权利要求3所述的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，其特征在于，所述仿生鱼头靠近所述柔性仿生鱼体的一侧设有鱼头底板，所述鱼头底板垂直于所述仿生鱼头与所述柔性仿生鱼体之间的连线方向设置，所述鱼头底板上设有通孔，所述连接轴自所述仿生鱼头内部穿过所述通孔延伸至所述仿生鱼头外，所述连接轴靠近所述步进电机的一端与所述步进电机的输出轴固定连接，所述连接轴远离所述步进电机的一端与所述活塞固定连接。5.根据权利要求4所述的在线可变鱼体刚度的柔性仿生机器鱼，其特征在于，所述仿生鱼头还包括主体仓、配重仓和密封模块，所述主体仓和所述配重仓均位于所述鱼头底板远离所述柔性仿生鱼体的一侧，所述主体仓和所述配重仓相互独立且所述配重仓位于所述主体仓的下方；所述主体仓内设有所述伸缩组件，所述密封模块位于所述主体仓与所述鱼头底板之间，所述连接轴自所述主体仓...

【专利技术属性】
技术研发人员：周超，朱春晖，邓良伟，邹茜茜，王霄飞，范俊峰，王健，张灼亮，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：