CN115402499B - 波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，具有炮弹鱼仿生特性，包括鱼头、鱼身和鱼尾。鱼身包括鱼身壳体、鳍条摆动发生机构和鳍片，鱼身壳体与鱼头连接，鱼身壳体的上下两侧分别设有鳍条摆动发生机构，鳍条摆动发生机构与鱼头内的电子器件模块相连，鳍条摆动发生机构上设有鳍片；电子器件模块驱动鳍条摆动发生机构进行不同相位的摆动，以使鳍片模拟正弦波，进而使波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼游动；鱼尾包括舵机和尾鳍，鱼尾与鱼身壳体相连，尾鳍与舵机相连；电子器件模块控制舵机的运行，舵机驱动尾鳍摆动，以调节波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼的游动方向和辅助驱动。本发明能够实现以波动模式驱动的稳定游动。
Description
技术领域
本发明涉及仿生机器人技术领域，尤其是涉及一种波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼。
背景技术
在目前研究的鱼类中，85％以上鱼类采用身体/尾鳍推进模式(Body and/orCaudal，BCF)，而少部分的鱼则是中央鳍/对鳍推进方式(Median and/or Paired Fin，MPF)。MPF推进模式相较BCF推进模式的鱼类运动速度较低，但机动性强、稳定性好。其中，长鳍波动MPF模式以背鳍、腹鳍或臀鳍为主要驱动部位，通过长鳍面的波动运动产生推力。炮弹鱼属于长鳍波动MPF模式推进的鱼类。
以波动模式驱动的仿生机器炮弹鱼拥有游动稳定、机动性强的特点。在工程上，该类仿生机器鱼可用于搭载功能结构，在水域中进行工程作业。此外，该类仿生机器鱼还可用于科学馆展览以及高端智能玩具开发。因此，在工程和民用领域该类仿生机器鱼具有广阔的应用前景和潜在价值，但现有该类仿生机器鱼种类较少。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，能够实现以波动模式驱动的稳定游动，且具有前进、后退、俯仰、转弯、加速等多种功能。
根据本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，具有炮弹鱼仿生特性，包括:
鱼头，所述鱼头包括鱼头壳体和电子器件模块，所述电子器件模块设置在所述鱼头壳体内；
鱼身，所述鱼身包括鱼身壳体、鳍条摆动发生机构和鳍片，所述鱼身壳体与所述鱼头壳体连接，所述鱼身壳体的上下两侧分别设有所述鳍条摆动发生机构，所述鳍条摆动发生机构与所述电子器件模块相连，所述鳍条摆动发生机构上设有所述鳍片；所述电子器件模块驱动所述鳍条摆动发生机构进行不同相位的摆动，以使所述鳍片模拟正弦波，进而使所述波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼游动；
鱼尾，所述鱼尾包括鱼尾壳体、舵机和尾鳍，所述鱼尾壳体与所述鱼身壳体相连，所述舵机固定在所述鱼尾壳体的后端，所述尾鳍与所述舵机相连；所述电子器件模块控制所述舵机的运行，所述舵机驱动所述尾鳍摆动，以调节所述波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼的游动方向和辅助驱动。
根据本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，通过设置电子器件模块驱动鳍条摆动发生机构进行不同相位的摆动，使得鳍片模拟正弦波，进而使本发明的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼可以向前或向后游动，以及进行下俯和上仰运动；通过设置舵机和尾鳍，使得本发明的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼可以左右转向以及加速游动；通过仿照真实炮弹鱼的实体外形来仿生设计鱼头、鱼身和鱼尾来使得本发明的仿生机器炮弹鱼在外形上具有炮弹鱼仿生特性。综上，本发明实施例中波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼具有炮弹鱼仿生特性，可以实现以波动模式驱动自身游动，具有前进、后退、俯仰、转弯、加速等多种功能。
在一些实施例中，所述鱼身壳体通过前连接组件与所述鱼头壳体密封连接，所述鱼尾壳体通过后连接组件与所述鱼身壳体密封连接。
在一些实施例中，所述鳍条摆动发生机构包括定杆、动杆和多根鳍条；所述定杆的前端和后端分别对应地固定在所述前连接组件和所述后连接组件上；多根所述鳍条前后间隔开地布置，多根所述鳍条与所述定杆转动相连，所述动杆包括前后依次相连的前段、多个偏心段和后段，所述前段和所述后段同轴设置，所述前段与所述电子器件模块相连，所述后段转动地支撑在所述后连接组件上，多个所述偏心段的偏心距由所需正弦波给定，相邻的所述偏心段之间具有相位差，每根所述鳍条的根部均设置有插槽，多个所述偏心段对应地可移动地设置在多根所述鳍条的所述插槽中。
在一些实施例中，所述前段、多个所述偏心段和所述后段在前后方向上依次通过连接段连接，相邻的两个所述连接段限制所述鳍条轴向移动。
在一些实施例中，所述连接段和所述偏心段均为圆柱段，且所述连接段的径向尺寸大于所述偏心段的径向尺寸。
在一些实施例中，所述鱼头还包括鱼头配重，所述鱼头配重设置在所述鱼头壳体内部下侧；所述鱼身还包括鱼身配重，所述鱼身配重设置在所述鱼身壳体内部的两侧；所述鱼尾还包括鱼尾配重，所述鱼尾配重设置在所述舵机的左右两侧。
在一些实施例中，所述电子器件模块包括蓝牙模块、两个电机和Arduino板，所述蓝牙模块和两个所述电机分别与所述Arduino板电连接，两个所述电机分别与两个所述鳍条摆动发生机构的所述动杆的前端连接，所述Arduino板通过电线与所述舵机电连接。
在一些实施例中，所述前连接组件包括第一密封片、前连接板和第二密封片；所述第一密封片设置在所述鱼头壳体与所述前连接板之间，所述前连接板与所述鱼头壳体螺纹固定，并通过所述第一密封片密封所述前连接板与所述鱼头壳体之间的缝隙；所述第二密封片设置在所述前连接板与所述鱼身壳体之间；所述鱼身壳体与所述前连接板螺纹固定，并通过所述第二密封片密封所述前连接板与所述鱼身壳体之间的缝隙；
所述后连接组件包括第三密封片、第四密封片和后连接板；所述第三密封片、所述后连接板和所述第四密封片在前后方向上依次设置在所述鱼身壳体与所述鱼尾壳体之间；所述鱼身壳体、所述后连接板和所述鱼尾壳体螺纹固定，并通过所述第三密封片密封所述鱼身壳体和所述后连接板之间的缝隙，通过所述第四密封片密封所述后连接板和所述鱼尾壳体之间的间隙。
在一些实施例中，所述动杆穿过所述前连接板和所述第一密封片与所述电机的电机轴相连，所述动杆与所述前连接板之间设有动密封结构。
在一些实施例中，所述动密封结构包括热缩管、第一密封圈和第二密封圈，所述前连接板的后侧设有凸圆柱孔；所述热缩管的前端套设在所述凸圆柱孔的外周，所述第一密封圈设置在所述凸圆柱孔的外周与所述热缩管的前端内周之间；所述动杆的前端穿过所述热缩管和所述凸圆柱孔后与所述电机的电机轴相连，所述第二密封圈设置在所述动杆的前端外周与所述热缩管的内周之间。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼的结构示意图。
图2为本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼中鱼头的结构示意图。
图3为本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼中鱼身壳体的结构示意图。
图4为本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼中鱼尾的结构示意图。
图5为本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼中鳍条摆动发生机构的结构示意图。
图6为本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼中前连接组件的***示意图。
图7为本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼中动密封结构的***示意图。
图8为本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼中电子器件模块的结构框图。
附图标记：
波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000
鱼头1
鱼头壳体101 电子器件模块102 蓝牙模块1021 电机1022
Arduino板1023 电池模块1024 鱼头配重103
鱼身2
鱼身壳体201 鳍条摆动发生机构202 定杆2021 动杆2022 前段20221偏心段20222 后段20223 连接段20224 鳍条2023 鳍片203
鱼身配重204
鱼尾3
鱼尾壳体301 舵机302 尾鳍303 尾鳍片3031 尾鳍连接部3032
鱼尾配重304
前连接组件4
第一密封片401 前连接板402 凸圆柱孔4021 第二密封片403
后连接组件5 后连接板501
动密封结构6
热缩管601 第一密封圈602 第二密封圈603
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合图1至图8来描述本发明的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000。
如图1至图8所示，根据本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000具有炮弹鱼仿生特性。需要说明的是，炮弹鱼仿生特性一方面是指，本发明的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000的游动模式是按照真实炮弹鱼游动模态进行设计，可以以类似真实炮弹鱼的长鳍波动推进模式进行游动；另一方面是指，本发明的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000的外形仿照真实炮弹鱼的实体外形进行仿生设计，包括鱼头1、鱼身2、鱼尾3、尾鳍303、鳍片203等部分。
如图1所示，根据本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000包括鱼头1、鱼身2和鱼尾3，鱼头1包括鱼头壳体101和电子器件模块102，电子器件模块102设置在鱼头壳体101内；鱼身2包括鱼身壳体201、鳍条摆动发生机构202和鳍片203(如图5所示)，鱼身壳体201与鱼头壳体101连接，鱼身壳体201的上下两侧分别设有鳍条摆动发生机构202，鳍条摆动发生机构202与电子器件模块102相连，鳍条摆动发生机构202上设有鳍片203(如图5所示)；电子器件模块102驱动鳍条摆动发生机构202进行不同相位的摆动，以使鳍片203模拟正弦波，即模拟炮弹鱼的背/臀鳍的正弦波动，从而可以产生推力，进而使波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000游动；鱼尾3包括鱼尾壳体301、舵机302和尾鳍303，鱼尾壳体301与鱼身壳体201相连，舵机302固定在鱼尾壳体301的后端，尾鳍303与舵机302相连；电子器件模块102控制舵机302的运行，舵机302驱动尾鳍303左右摆动，以调节波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000的游动方向和辅助驱动。
具体而言，如图1所示，鱼头1包括鱼头壳体101和电子器件模块102，电子器件模块102设置在鱼头壳体101内。可以理解的是，鱼头壳体101用于安装固定电子器件模块102，鱼头壳体101是密封防水的，从而水无法进入到鱼头壳体101内，避免电子器件模块102受潮进水。
鱼身2包括鱼身壳体201、鳍条摆动发生机构202和鳍片203，鱼身壳体201与鱼头壳体101连接，可以理解的是，鱼身壳体201与鱼头壳体101之间的连接处是密封防水的，从而可以避免鱼身壳体201和鱼头壳体101进水，影响本发明的仿生机器炮弹鱼1000的游动。鱼身壳体201的上下两侧分别设有鳍条摆动发生机构202，鳍条摆动发生机构202与电子器件模块102相连，鳍条摆动发生机构202上设有鳍片203，以模拟炮弹鱼的背鳍和臀鳍；电子器件模块102驱动鳍条摆动发生机构202进行不同相位的摆动，以使鳍片203模拟正弦波，进而使波动鳍驱动的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000游动，这里的游动包括向前或者向后游动，以及上仰和下俯运动。也就是说，鳍条摆动发生机构202可以带动鳍片203运动，使得鳍片203产生正弦波动，进而驱动本发明的仿生机器炮弹鱼1000游动，因此本发明的仿生机器炮弹鱼1000为以波动模式驱动的仿生机器炮弹鱼1000，具有游动稳定、机动性强的特点。
鱼尾3包括鱼尾壳体301、舵机302和尾鳍303，鱼尾壳体301与鱼身壳体201相连，可以理解的是，鱼尾壳体301与鱼身壳体201之间的连接处为密封防水设计，从而避免鱼身壳体201和鱼尾壳体301进水，影响本发明的仿生机器炮弹鱼1000的游动。舵机302固定在鱼尾壳体301的后端，例如采用螺丝螺母连接，尾鳍303与舵机302相连；电子器件模块102控制舵机302的运行，舵机302驱动尾鳍303左右摆动，以调节波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000的游动方向和辅助驱动，例如左转或者右转以及提高本发明的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000的游动速度。
下面介绍本发明的仿生机器炮弹鱼1000实现各种游动状态的控制方法。本发明的仿生机器炮弹鱼1000需要进行前进游动时，控制鳍条摆动发生机构202使得鳍片203模拟的正弦波由鱼头1传播向鱼尾3，则仿生机器炮弹鱼1000向前游动；当本发明的仿生机器炮弹鱼1000需要进行后退游动时，控制鳍条摆动发生机构202使得鳍片203模拟的正弦波由鱼尾3传播向鱼头1，则仿生机器炮弹鱼1000向后游动；当本发明的仿生机器炮弹鱼1000需要进行下俯运动时，控制上侧的鳍条摆动发生机构202的摆动速度大于下侧的鳍条摆动发生机构202的摆动速度，则仿生机器炮弹鱼1000会进行下俯运动；当本发明的仿生机器炮弹鱼1000需要进行上仰运动时，控制上侧的鳍条摆动发生机构202的摆动速度小于下侧的鳍条摆动发生机构202的摆动速度，则仿生机器炮弹鱼1000会进行上仰运动；当本发明的仿生机器炮弹鱼1000需要转向时，控制舵机302，通过舵机302控制尾鳍303不对称摆动，则本发明的仿生机器炮弹鱼1000发生转向；当本发明的仿生机器炮弹鱼1000需要加速游动时，通过舵机302控制尾鳍303对称摆动，则仿生机器炮弹鱼1000会加快运动速度。由此，本发明实施例的仿生机器炮弹鱼1000可以实现前进、后退、俯仰、转弯、加速等多种运动模式。
根据本发明实施例的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000，通过设置电子器件模块102驱动鳍条摆动发生机构202进行不同相位的摆动，使得鳍片203模拟正弦波，进而使本发明的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000可以向前或向后游动，以及进行下俯和上仰运动；通过设置舵机302和尾鳍303，使得本发明的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000可以左右转向以及加速游动；通过仿照真实炮弹鱼的实体外形来仿生设计鱼头1、鱼身2和鱼尾3来使得本发明的仿生机器炮弹鱼1000在外形上具有炮弹鱼仿生特性。综上，本发明实施例中波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼1000具有炮弹鱼仿生特性，可以实现以波动模式驱动自身游动，且具有前进、后退、俯仰、转弯、加速等多种功能。
在一些实施例中，鱼身壳体201通过前连接组件4与鱼头壳体101密封连接，从而水不会从鱼头壳体101与鱼身壳体201之间的连接处进入到鱼头壳体101与鱼身壳体201中；鱼尾壳体301通过后连接组件5与鱼身壳体201密封连接，从而水不会从鱼尾壳体301和鱼身壳体201之间的连接处进入到鱼尾壳体301和鱼身壳体201中。这样，一方面可以避免电子器件模块102进水，另一方面还可以保证本发明的仿生机器炮弹鱼1000的稳定正常游动。
具体地，如图3和图6所示，前连接组件4包括第一密封片401、前连接板402和第二密封片403；第一密封片401设置在鱼头壳体101与前连接板402之间，前连接板402与鱼头壳体101螺纹固定，并通过第一密封片401密封前连接板402与鱼头壳体101之间的缝隙；第二密封片403设置在前连接板402与鱼身壳体201之间；鱼身壳体201与前连接板402螺纹固定，并通过第二密封片403密封前连接板402与鱼身壳体201之间的缝隙。
优选的，鱼头壳体101的边缘处设置有预埋螺母，用带有小硅胶片的螺栓通过前连接板402边缘处的连接孔以及第一密封片401上的连接孔依次连接前连接板402、第一密封片401以及鱼头壳体101；用带有小硅胶片的螺栓螺母组合通过前连接板402中心区域的连接孔以及第二密封片403上的连接孔依次连接前连接板402、第二密封片403和鱼身壳体201，利用螺栓的压力使第一密封片401、第二密封片403以及螺丝上带有的小硅胶片变形，达到堵塞连接缝隙的效果，从而实现密封防水功能。
具体地，如图4所示，后连接组件5包括第三密封片、第四密封片和后连接板501；第三密封片、后连接板501和第四密封片在前后方向上依次设置在鱼身壳体201与鱼尾壳体301之间；鱼身壳体201、后连接板501和鱼尾壳体301螺纹固定，并通过第三密封片密封鱼身壳体201和后连接板501之间的缝隙，通过第四密封片密封后连接板501和鱼尾壳体301之间的间隙。
优选的，在鱼身壳体201边缘处预埋螺母，使用带有硅胶片的螺栓，通过后连接板501边缘的连接孔、第三密封片的连接孔、第四密封片的连接孔以及鱼身壳体201后端边缘处的连接孔依次连接鱼身壳体201、第三密封片、后连接板501、第四密封片以及鱼尾壳体301，利用螺栓的压力使第三密封片、第四密封片以及螺丝上带有的小硅胶片变形，达到堵塞连接缝隙的效果，从而实现防水密封功能。
进一步地，在第一密封片401、第二密封片403、第三密封片、第四密封片双面涂抹防水油脂，螺栓上均套设有两层小硅胶片，进一步堵塞缝隙，从而进一步提升防水效果。
在一些实施例中，如图5所示，鳍条摆动发生机构202包括定杆2021、动杆2022和多根鳍条2023；定杆2021的前端和后端分别对应地固定在前连接组件4和后连接组件5上，从而使得定杆2021无法发生移动，需要说明的是，定杆2021为多根鳍条2023的转动中心，多根鳍条2023绕着定杆2021摆动，但不会沿着定杆2021移动。定杆2021的前端固定在前连接组件4，具体可以为，在定杆2021的前端预埋螺母，用带有硅胶垫片的螺栓穿过前连接板402上的连接孔后与定杆2021前端的预埋螺母密封连接。
多根鳍条2023前后间隔开地布置，多根鳍条2023的长度不同，鳍条2023的长度由所需的正弦波形给定。鳍片203为柔性且固定在鳍条2023上，用于模拟炮弹鱼的背鳍或者臀鳍，相邻两个鳍条2023之间设置有鳍片203，鳍片203的尺寸是由鳍条2023的高度以及相邻鳍条2023之间的距离决定。鳍片203整体呈梯形，这样可以保证鳍条摆动发生机构202流畅运动，同时使得波形模拟完好，由此，鳍条摆动发生机构202和鳍片203一起，可以较为准确地模拟仿生机器炮弹鱼1000运动所需正弦波形。
多根鳍条2023与定杆2021转动相连，动杆2022包括前后依次相连的前段20221、多个偏心段20222和后段20223，前段20221和后段20223同轴设置，前段20221与电子器件模块102相连，从而电子器件模块102可以通过前段20221带动动杆2022转动，后段20223转动地支撑在后连接组件5上，多个偏心段20222的偏心距由所需正弦波给定，即需要模拟的正弦波形，相邻的偏心段20222之间具有相位差，每根鳍条2023的根部均设置有插槽，多个偏心段20222对应地可移动地设置在多根鳍条2023的插槽中。当动杆2022转动时，动杆2022上的多个偏心段20222会做偏心运动，偏心段20222做偏心运动时会在鳍条2023上的插槽中来回移动，从而使得鳍条2023绕着定杆2021来回左右摆动，由于相邻的偏心段20222之间具有相位差，因此多根鳍条2023会产生具有相位差的摆动，从而使得鳍片203可以模拟正弦波动，进而驱动本发明的仿生机器炮弹鱼1000游动。
可选的，如图5所示，鳍条2023和偏心段20222各为六个，六个鳍条2023和六个偏心段20222对应地连接，相邻的偏心段20222的相位差为90度，从而随着动杆2022转动，其上偏心段20222可以带动六根鳍条2023摆动，实现二分之三个周期、相位差为90度的摆动运动。
可以理解的是，通过控制上侧动杆2022和下侧动杆2022的转动方向可以实现仿生机器炮弹鱼1000的前进与后退游动，具体为上侧动杆2022和下侧动杆2022的转动方向使得鳍片203模拟的正弦波由鱼头1传播向鱼尾3，则本发明的仿生机器炮弹鱼1000向前游动，若上侧动杆2022和下侧动杆2022的转动方向使得鳍片203模拟的正弦波由鱼尾3传播向鱼头1，则仿生机器炮弹鱼1000向后游动；通过控制上侧动杆2022和下侧动杆2022的不同转速可以实现仿生机器炮弹鱼1000的俯仰运动，具体为若上侧动杆2022转速大于下侧动杆2022，则本发明的仿生机器炮弹鱼1000产生下俯运动，若上侧动杆2022转速小于下侧动杆2022，则本发明的仿生机器炮弹鱼1000产生上仰运动。
在一些实施例中，如图5所示，前段20221、多个偏心段20222和后段20223在前后方向上依次通过连接段20224连接，相邻的两个连接段20224限制鳍条2023轴向移动。可以理解的是，连接段20224一方面起到连接相邻两个偏心段20222的作用，另一方面还可以起到固定鳍条2023位置的作用。
在一些实施例中，如图5所示，连接段20224和偏心段20222均为圆柱段，且连接段20224的径向尺寸大于偏心段20222的径向尺寸，且连接段20224的径向尺寸和偏心段20222的径向尺寸比例适当。这样，一方面可以保证动杆2022在运动过程中所需强度，另一方面使得动杆2022静稳定性较好，不会因为重力产生较大变形，由此使得动杆2022具有良好的抗弯抗扭性质，适合于水中工作环境。
在一些实施例中，如图2所示，鱼头1还包括鱼头配重103，鱼头配重103设置在鱼头壳体101内部下侧；如图3所示，鱼身2还包括鱼身配重204，鱼身配重204设置在鱼身壳体201内部的两侧；如图4所示，鱼尾3还包括鱼尾配重304，鱼尾配重304设置在舵机302的左右两侧。可以理解的是，设置鱼头配重103、鱼身配重204、鱼尾配重304用于使得本发明的仿生机器炮弹鱼1000维持水中姿态平衡，共同保持仿生机器炮弹鱼1000的俯仰稳定性。
具体而言，鱼头配重103由若干第一配重条组成，若干第一配重条通过粘接的方式固定在鱼头壳体101的内部下侧，若干第一配重条的对称轴与鱼头壳体101的对称轴重合，用于降低重心，使重心前移，保持仿生机器炮弹鱼1000的游动稳定性。鱼身配重204由若干第二配重条组成，第二配重条通过粘接的方式对称固定于鱼身壳体201内的两侧，用于维持仿生机器炮弹鱼1000的滚转稳定性。鱼尾配重304为两块大小合适的泡沫板，通过海绵胶对称粘贴在舵机302两侧，用于使浮心后移。
具体地，鱼头配重103、鱼身配重204、鱼尾配重304的重量以及设置位置采用如下方法得到：通过Solidworks软件计算鱼头壳体101、鱼身壳体201和鱼尾壳体301的体积，确定本发明的仿生机器炮弹鱼1000的整体浮心；通过对鱼头1、鱼身2、鱼尾3称重可得仿生机器炮弹鱼1000的整体重心。确定仿生机器炮弹鱼1000的重心和浮心位置，通过调整鱼头配重103、鱼身配重204、鱼尾配重304实现仿生机器炮弹鱼1000在水中的姿态稳定。
优选的，仿生机器炮弹鱼1000整体结构左右对称，从而仿生机器炮弹鱼1000的偏航稳定性可以不予考虑。
在一些实施例中，如图2所示，电子器件模块102包括蓝牙模块1021、两个电机1022和Arduino板1023，其中，蓝牙模块1021用于与外界蓝牙通讯，蓝牙模块1021和两个电机1022分别与Arduino板1023电连接，两个电机1022分别与两个鳍条摆动发生机构202的动杆2022的前端连接，以驱动动杆2022转动，Arduino板1023通过电线与舵机302电连接，以控制舵机302的运行。具体在控制时，可以在手机软件上输入指令，通过蓝牙传输输入蓝牙模块1021，再输入Arduino板1023，Arduino板1023上存储有程序，Arduino板1023根据输入指令运行程序，以改变电机1022和舵机302的运动状态，从而达到控制仿生机器炮弹鱼1000游动状态的目的，例如控制本发明的仿生机器炮弹鱼1000的直游、加速、转弯、上浮、下潜等游动姿态。
Arduino板1023通过电线与舵机302电连接。具体地，电线从鱼头壳体101内的Arduino板1023出发，穿过鱼身壳体201的空腔，通过鱼尾壳体301的出线孔到达舵机302，使用防水胶密封鱼尾壳体301的出线孔以实现防水。将电线从鱼身壳体201和鱼尾壳体301内穿过，一方面可以使得本发明的仿生机器炮弹鱼1000的外观更加美观，另一方面还可以对电线起到保护作用。
进一步地，如图2所示，电子器件模块102还包括电池模块1024，电池模块1024通过面包板与Arduino板1023连接，通过电池模块1024经由Arduino板1023给两个电机1022、舵机302以及蓝牙模块1021供电。在一个具体的例子中，电池模块1024的可输出电压为5V和12V，电池模块1024包括9V电池、升压模块、降压模块，9V电池用于供电，经升压模块与降压模块分别获得12V与5V电压进行供电。其中，输出的12V电压用于为电机1022供电，输出的5V电压用于为Arduino板1023以及舵机302供电。
在一些实施例中，如图6所示，前连接组件4包括第一密封片401、前连接板402和第二密封片403；第一密封片401设置在鱼头壳体101与前连接板402之间，前连接板402与鱼头壳体101螺纹固定，并通过第一密封片401密封前连接板402与鱼头壳体101之间的缝隙；第二密封片403设置在前连接板402与鱼身壳体201之间；鱼身壳体201与前连接板402螺纹固定，并通过第二密封片403密封前连接板402与鱼身壳体201之间的缝隙；
如图4所示，后连接组件5包括第三密封片、第四密封片和后连接板501；第三密封片、后连接板501和第四密封片在前后方向上依次设置在鱼身壳体201与鱼尾壳体301之间；鱼身壳体201、后连接板501和鱼尾壳体301螺纹固定，并通过第三密封片密封鱼身壳体201和后连接板501之间的缝隙，通过第四密封片密封后连接板501和鱼尾壳体301之间的间隙。
在一些实施例中，动杆2022穿过前连接板402和第一密封片401与电机1022的电机轴相连，具体地，动杆2022通过联轴器与电机1022的电机轴连接，动杆2022与前连接板402之间设有动密封结构6，可以理解的是，动密封结构6用于动杆2022和前连接板402之间间隙的密封，保证动杆2022在旋转过程中，动杆2022与前连接板402之间依然密封防水。
在一些实施例中，如图7所示，动密封结构6包括热缩管601、第一密封圈602和第二密封圈603，其中，热缩管601为加热后可以缩小的管体。前连接板402的后侧设有凸圆柱孔4021；热缩管601的前端套设在凸圆柱孔4021的外周，第一密封圈602设置在凸圆柱孔4021的外周与热缩管601的前端内周之间；动杆2022的前端穿过热缩管601和凸圆柱孔4021后与电机1022的电机轴相连，第二密封圈603设置在动杆2022的前端外周与热缩管601的内周之间，需要说明的是，热缩管601紧密贴合在动杆2022的前端外周上。由此，在动杆2022转动时，动密封结构6可以使得动杆2022与前连接板402之间实现密封防水。优选的，凸圆柱孔4021和动杆2022上涂抹有油脂，热缩管601与动杆2022结合处涂抹有防水白胶，以起到更好的密封防水的作用。
在一些实施例中，如图2所示，鱼头壳体101内设置有隔板，隔板通过置于鱼头壳体101内部的插层与鱼头壳体101连接，可选的，蓝牙模块1021、Arduino板1023、电池模块1024均采用螺柱固定在隔板上，从而可以使得蓝牙模块1021、Arduino板1023、电池模块1024与隔板之间均间隔一段距离，从而可以进一步降低蓝牙模块1021、Arduino板1023和电池模块1024受潮的可能。电机1022通过电机架以及螺柱螺栓结构对称固定于隔板的上下板内侧。
在一些实施例中，第一密封片401、第二密封片403、第三密封片、第四密封片和鳍片203均为硅胶片，硅胶的韧性以及延展性较好，可以适配第一密封片401、第二密封片403、第三密封片、第四密封片和鳍片203的工作状态和工作环境。
在一些实施例中，鱼头壳体101、隔板、鱼身壳体201、前连接板402、鳍条摆动发生机构202、鱼尾壳体301、后连接板501、尾鳍303全部采用光敏树脂，采用3D打印的方式制作而成。刚度和强度性能较好，适合于仿生机器炮弹鱼1000的游动状态和游动环境。
在一些实施例中，如图4所示，尾鳍303包括尾鳍片3031和尾鳍连接部3032，尾鳍连接部3032与舵机302的运动端通过螺丝螺母组合连接，尾鳍片3031与尾鳍连接部3032通过螺丝螺母组合连接。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，其特征在于，具有炮弹鱼仿生特性，包括:
鱼头，所述鱼头包括鱼头壳体和电子器件模块，所述电子器件模块设置在所述鱼头壳体内；
鱼身，所述鱼身包括鱼身壳体、鳍条摆动发生机构和鳍片，所述鱼身壳体与所述鱼头壳体连接，所述鱼身壳体的上下两侧分别设有所述鳍条摆动发生机构，所述鳍条摆动发生机构与所述电子器件模块相连，所述鳍条摆动发生机构上设有所述鳍片；所述电子器件模块驱动所述鳍条摆动发生机构进行不同相位的摆动，以使所述鳍片模拟正弦波，进而使所述波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼游动；
鱼尾，所述鱼尾包括鱼尾壳体、舵机和尾鳍，所述鱼尾壳体与所述鱼身壳体相连，所述舵机固定在所述鱼尾壳体的后端，所述尾鳍与所述舵机相连；所述电子器件模块控制所述舵机的运行，所述舵机驱动所述尾鳍摆动，以调节所述波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼的游动方向和辅助驱动；所述鱼身壳体通过前连接组件与所述鱼头壳体密封连接，所述鱼尾壳体通过后连接组件与所述鱼身壳体密封连接；所述鳍条摆动发生机构包括定杆、动杆和多根鳍条；所述定杆的前端和后端分别对应地固定在所述前连接组件和所述后连接组件上；多根所述鳍条前后间隔开地布置，多根所述鳍条与所述定杆转动相连，所述动杆包括前后依次相连的前段、多个偏心段和后段，所述前段和所述后段同轴设置，所述前段与所述电子器件模块相连，所述后段转动地支撑在所述后连接组件上，多个所述偏心段的偏心距由所需正弦波给定，相邻的所述偏心段之间具有相位差，每根所述鳍条的根部均设置有插槽，多个所述偏心段对应地可移动地设置在多根所述鳍条的所述插槽中。
2.根据权利要求1所述的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，其特征在于，所述前段、多个所述偏心段和所述后段在前后方向上依次通过连接段连接，相邻的两个所述连接段限制所述鳍条轴向移动。
3.根据权利要求2所述的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，其特征在于，所述连接段和所述偏心段均为圆柱段，且所述连接段的径向尺寸大于所述偏心段的径向尺寸。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，其特征在于，所述鱼头还包括鱼头配重，所述鱼头配重设置在所述鱼头壳体内部下侧；所述鱼身还包括鱼身配重，所述鱼身配重设置在所述鱼身壳体内部的两侧；所述鱼尾还包括鱼尾配重，所述鱼尾配重设置在所述舵机的左右两侧。
5.根据权利要求1所述的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，其特征在于，所述电子器件模块包括蓝牙模块、两个电机和Arduino板，所述蓝牙模块和两个所述电机分别与所述Arduino板电连接，两个所述电机分别与两个所述鳍条摆动发生机构的所述动杆的前端连接，所述Arduino板通过电线与所述舵机电连接。
6.根据权利要求5所述的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，其特征在于，所述前连接组件包括第一密封片、前连接板和第二密封片；所述第一密封片设置在所述鱼头壳体与所述前连接板之间，所述前连接板与所述鱼头壳体螺纹固定，并通过所述第一密封片密封所述前连接板与所述鱼头壳体之间的缝隙；所述第二密封片设置在所述前连接板与所述鱼身壳体之间；所述鱼身壳体与所述前连接板螺纹固定，并通过所述第二密封片密封所述前连接板与所述鱼身壳体之间的缝隙；
所述后连接组件包括第三密封片、第四密封片和后连接板；所述第三密封片、所述后连接板和所述第四密封片在前后方向上依次设置在所述鱼身壳体与所述鱼尾壳体之间；所述鱼身壳体、所述后连接板和所述鱼尾壳体螺纹固定，并通过所述第三密封片密封所述鱼身壳体和所述后连接板之间的缝隙，通过所述第四密封片密封所述后连接板和所述鱼尾壳体之间的间隙。
7.根据权利要求6所述的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，其特征在于，所述动杆穿过所述前连接板和所述第一密封片与所述电机的电机轴相连，所述动杆与所述前连接板之间设有动密封结构。
8.根据权利要求7所述的波动鳍驱动的仿生机器炮弹鱼，其特征在于，所述动密封结构包括热缩管、第一密封圈和第二密封圈，所述前连接板的后侧设有凸圆柱孔；所述热缩管的前端套设在所述凸圆柱孔的外周，所述第一密封圈设置在所述凸圆柱孔的外周与所述热缩管的前端内周之间；所述动杆的前端穿过所述热缩管和所述凸圆柱孔后与所述电机的电机轴相连，所述第二密封圈设置在所述动杆的前端外周与所述热缩管的内周之间。
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