專利名稱：三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種三維運(yùn)動(dòng)仿生 機(jī)器魚。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)90年代以前對(duì)于魚類仿生學(xué)的研究主要集中于理論方面， 隨著魚類推進(jìn)機(jī)理研究的深入，機(jī)器人技術(shù)、仿生學(xué)、電子技術(shù)、材料 科學(xué)和控制技術(shù)的新發(fā)展，模擬魚類游動(dòng)機(jī)理的新型水下機(jī)器人一仿生 機(jī)器魚受到了國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注。美國(guó)麻省理工學(xué)院根據(jù)提出的魚尾推 進(jìn)的"射流推進(jìn)理論"，研制出長(zhǎng)1. 2米的仿生金槍魚和長(zhǎng)0. 8米的仿 生梭魚。美國(guó)東北大學(xué)海洋科學(xué)中心利用形狀記憶合金和連桿機(jī)構(gòu)開發(fā) 了波動(dòng)推進(jìn)的機(jī)器鰻魚。美國(guó)新墨西哥大學(xué)利用高分子電解質(zhì)離子交換 膜IEM，鍍?cè)诜律~鰭的金屬簿片上，通過外加電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)人造合成肌肉 運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生類似鰻魚的游動(dòng)方式。英國(guó)Essex大學(xué)設(shè)計(jì)了具有三維運(yùn)動(dòng) 能力的機(jī)器魚。日本東京大學(xué)研制了兩關(guān)節(jié)自推進(jìn)的機(jī)器海豚。Kato 等研究了對(duì)胸鰭推進(jìn)機(jī)構(gòu)的控制，并開發(fā)了機(jī)器魚樣機(jī)黑鱸。日本名古 屋大學(xué)研制出形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)微型身體波動(dòng)式水下推進(jìn)器和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的雙鰭魚型微機(jī)器人。在國(guó)內(nèi)，哈爾濱工程大學(xué)開展了仿生機(jī)器 章魚的研究工作。北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所研制了機(jī)器鰻魚、機(jī) 器海豚以及釆用扁平寬大的斧形水動(dòng)力外型的SPC系列仿生機(jī)器魚。中 科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所制作了兩關(guān)節(jié)的仿生機(jī)器魚模型。北京大學(xué)力學(xué) 與工程科學(xué)系研制了仿生海豚樣機(jī)。中科院北京自動(dòng)化研究所研發(fā)出微 小型機(jī)器魚、多傳感器仿生機(jī)器魚等。隨著機(jī)器魚應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，環(huán)境復(fù)雜性逐漸增加，希望機(jī)器魚 的運(yùn)動(dòng)更加靈活，應(yīng)用范圍更加廣泛。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚，運(yùn)動(dòng)更加靈 活，應(yīng)用范圍更加廣泛，可在水下勘探、救撈、海洋資源的開發(fā)利用、 水下設(shè)備的檢修與維護(hù)等任務(wù)中使用。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚，包括魚身、魚尾，魚身呈魚形，前部 有堅(jiān)硬外殼，后部柔軟，后部外罩魚皮，魚尾由尾鰭構(gòu)成；其中，魚身堅(jiān) 硬外殼內(nèi)有控制模塊、通訊模塊、充電電池，魚身柔軟部分內(nèi)包含多數(shù)個(gè) 尾部電機(jī)和多數(shù)個(gè)外骨架，尾部電機(jī)分別與控制模塊電連接，尾部電機(jī)轉(zhuǎn) 軸兩端經(jīng)傳動(dòng)裝置和外骨架動(dòng)連接；其特征在于，魚身堅(jiān)硬外殼內(nèi)還有重心改變裝置，包括直流電機(jī)、絲杠、絲杠 螺母、滑塊、線性位置傳感器；直流電機(jī)軸向水平設(shè)置，絲杠同軸固定安 裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸輸出端上，滑塊固定在絲杠螺母上，線性位置傳感器和絲杠螺母連接在--起，直流電機(jī)和線性位置傳感器分別與控制模塊電連接。所述的三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚，其所述重心改變裝置的滑塊的位置通過線性位置傳感器測(cè)量，并將滑塊位置信息傳輸給控制模塊。所述的三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚，其機(jī)器魚重心的前移，是直流電機(jī)通過轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使絲杠螺母前移，推動(dòng)滑塊前移實(shí)現(xiàn)的；其重心的后移，是直流電機(jī)通過反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使絲杠螺母后移，推動(dòng)滑塊后移實(shí)現(xiàn)的。所述的三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚，其所述多數(shù)個(gè)尾部電機(jī)和多數(shù)個(gè)外骨架，是尾部電機(jī)和外骨架一一配套，各為三個(gè)。本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型一種三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚，制作簡(jiǎn)單，且在水下勘探、水下救撈、海洋資源的開發(fā)與利用、水下設(shè)備的檢修與維護(hù)等任務(wù)中具有廣泛應(yīng)用前景。


圖1是本實(shí)用新型三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1對(duì)本實(shí)用新型所提供的三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚做出說明。圖1中，仿生機(jī)器魚魚身前部有一堅(jiān)硬外殼17，后部柔軟，機(jī)器 魚魚尾主要由尾鰭14構(gòu)成。前部堅(jiān)硬外殼17內(nèi)腔1里面有控制模塊 10、通訊模塊8、充電電池ll、重心改變裝置；后部?jī)?nèi)腔2里面包含三個(gè)尾部電機(jī)13和三個(gè)外骨架15，后部外罩魚皮16。尾部電機(jī)13分別 與控制模塊10電連接，尾部電機(jī)13轉(zhuǎn)軸兩端經(jīng)傳動(dòng)裝置和外骨架15 動(dòng)連接。充電接頭12固定于外殼17上，與充電電池ll相連，通訊模 塊8上有通訊天線9，通訊天線9端頭伸出于外殼17外。重心改變裝置，包括絲杠螺母3、滑塊4、絲杠5、直流電機(jī)6、線性 位置傳感器7。滑塊4固定安裝在絲杠螺母3上，絲杠螺母3安裝在絲杠 5上，絲杠5固定在直流電機(jī)6轉(zhuǎn)軸的輸出端上。線性位置傳感器7，和 絲杠螺母3連接在一起。直流電機(jī)6和線性位置傳感器7分別與控制模塊 10電連接。重心改變裝置的滑塊4的位置通過線性位置傳感器7測(cè)量，并 將滑塊4位置信息傳輸給控制模塊10。其它各部件為常規(guī)連接，在此不作贅述。由上述結(jié)構(gòu)，仿生機(jī)器魚控制模塊10通過通訊模塊8上的通訊天 線9接收來自外部的指令并執(zhí)行?？刂颇K10向尾部電機(jī)13發(fā)送控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)尾部電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)， 與之相連的外骨架15隨之?dāng)[動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)尾鰭14擺動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚 前行以及前進(jìn)方向的控制。當(dāng)控制模塊IO接收到要求下潛或者上浮的 指令后，發(fā)送控制信號(hào)給直流電機(jī)6，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得 與之相連的絲杠5轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝在絲杠5上的絲杠螺母3隨之運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而 帶動(dòng)滑塊4前移或者后移，這會(huì)導(dǎo)致機(jī)器魚重心發(fā)生前移或者后移，在 后部擺動(dòng)推進(jìn)的配合下，實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚的潛和浮。實(shí)施例采用本實(shí)用新型所提供的方法設(shè)計(jì)了三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚。滑塊 4使用銅塊。三個(gè)尾部電機(jī)13分別與控制模塊10電連接，并分別固定在三個(gè)外骨架15上，外骨架15采用鋁材加工，外骨架15外緣為魚皮 16包覆，魚皮16為乳膠皮，機(jī)器魚前部堅(jiān)硬外殼17為玻璃鋼材料制 作。尾鰭14用硬質(zhì)塑料制作。線性位置傳感器7使用10K滑動(dòng)變阻器， 控制模塊10基于Atmel Megal28微處理器構(gòu)建。充電電池11采用 1600mAH的鋰聚合物電池，通訊模塊8采用GW100A。按照本實(shí)用新型所 述，將各個(gè)部分相應(yīng)安裝在機(jī)器魚內(nèi)，用橡皮膠密封后，得到實(shí)物。
權(quán)利要求1. 一種三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚，包括魚身、魚尾，魚身呈魚形，前部有堅(jiān)硬外殼，后部柔軟，后部外罩魚皮，魚尾由尾鰭構(gòu)成；其中，魚身堅(jiān)硬外殼內(nèi)有控制模塊、通訊模塊、充電電池，魚身柔軟部分內(nèi)包含多數(shù)個(gè)尾部電機(jī)和多數(shù)個(gè)外骨架，尾部電機(jī)分別與控制模塊電連接，尾部電機(jī)轉(zhuǎn)軸兩端經(jīng)傳動(dòng)裝置和外骨架動(dòng)連接；其特征在于，魚身堅(jiān)硬外殼內(nèi)還有重心改變裝置，包括直流電機(jī)、絲杠、絲杠螺母、滑塊、線性位置傳感器；直流電機(jī)軸向水平設(shè)置，絲杠同軸固定安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸輸出端上，滑塊固定在絲杠螺母上，線性位置傳感器和絲杠螺母連接在一起，直流電機(jī)和線性位置傳感器分別與控制模塊電連接。
2、如權(quán)利要求l所述的三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚，其特征在于，所述多 數(shù)個(gè)尾部電機(jī)和多數(shù)個(gè)外骨架，是尾部電機(jī)和外骨架一一配套，各為三個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型是一種三維運(yùn)動(dòng)的仿生機(jī)器魚，能夠在水中進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)，包括魚身、魚尾，魚身呈魚形，前部堅(jiān)硬，后部柔軟，堅(jiān)硬部分里面有控制模塊、通訊模塊、充電電池、重心改變裝置，其中重心改變裝置包括直流電機(jī)、絲杠、絲杠螺母、滑塊、線性位置傳感器；柔軟部分包含尾部電機(jī)和外骨架，外罩魚皮。魚尾主要由尾鰭構(gòu)成。本實(shí)用新型提供的三維運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)器魚制作簡(jiǎn)單，在水下勘探、水下救撈、海洋資源的開發(fā)與利用、水下設(shè)備的檢修與維護(hù)等任務(wù)中具有廣泛應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B63H1/00GK201102625SQ20072016976
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者超 周, 曹志強(qiáng), 碩 王, 民 譚 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所