一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼

1.本发明涉及仿生机器鱼技术领域，具体是一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼。


背景技术：

2.当前，为解决石油，天然气等化石资源短缺问题，海洋资源探索与利用的需求量日益增加。鱼类作为历史悠久的脊椎动物，具有优越的游动特性，仿照鱼类游动设计出的水下航行器，相较于传统的螺旋桨驱动航行器，推进效率高、机动性强、隐蔽性优良。研究人员通过对比自然界鱼类的游动方式，发现在鳗鲡模式、鲹科模式、鲹科加月牙形尾鳍推进模式中，鲹科加月牙形尾鳍鱼类综合推进能力强，游动效率高，抗环境干扰能力强，应用场景更广。
3.当前许多仿鲹科机器鱼有多舵机控制和拉线驱动两种控制方式，其中拉线驱动的仿鲹科机器鱼具有控制方式简单，机械结构设计精简，更还原自然界鱼类高效率、高隐蔽性游动等诸多优点。
4.但是目前拉线驱动的仿鲹科机器鱼多为单组拉线大摆幅运动，摆尾幅度太大，运动不够灵活。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，设有两组驱动鱼线，尾部包括两组尾节，每组尾节对应一组驱动鱼线，两组驱动鱼线一紧一松，一来一回地拉动对应的尾节，运动方式更加灵活，并且摆尾幅度更小。
6.本发明的技术方案是：一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，包括：鱼体鱼头，包括：鱼头和鱼鳍，鱼头后端设有鱼尾底板；驱动机构，包括：配重盒、步进电机、舵机、齿轮组、万向联轴器，所述配重盒设置在所述鱼头内部，所述舵机设置在所述配重盒上，所述步进电机通过骑马卡设置在所述配重盒上，所述配重盒内部设有控制器，所述步进电机和所述舵机均连接所述控制器，所述万向联轴器连接在所述步进电机的电机轴上，所述舵机通过第一支撑架和所述万向联轴器连接，所述第一支撑架竖直设置，且侧面上设有第二支撑架，所述齿轮组设置在第二支撑架上，所述万向联轴器啮合所述齿轮组；尾部，包括：多个尾节、驱动鱼线和鱼尾，多个尾节依次设置，相邻的两个尾节之间通过连接柱销连接，位于前端的尾节连接在所述鱼尾底板上，位于后端的尾节上连接鱼尾，所述驱动鱼线一端连接在驱动机构上，另一端从尾节中间依次穿过，并连接在后端的尾节上。
7.进一步的，所述鱼头包括：上壳体和设置在上壳体底部的下壳体，所述鱼鳍包括一对胸鳍和一对尾鳍，一对所述胸鳍对称设置在所述下壳体的侧面，一对所述尾鳍分别设置在所述上壳体和下壳体上。
8.进一步的，所述上壳体和下壳体之间通过螺栓固定，并在连接处涂覆水密性密封胶。
9.进一步的，所述驱动鱼线有两组，分别包括：两根第一驱动鱼线和两根第二驱动鱼
线，所述尾节有六个，从鱼头至鱼尾依次为第一尾节、第二尾节、第三尾节、第四尾节、第五尾节和第六尾节，两根第一驱动鱼线的一端从第一尾节和第二尾节靠近两侧的位置穿过后固定在第三尾节上，两根第二驱动鱼线从第一尾节、第二尾节、第三尾节的中间位置穿过后，再从第四尾节和第五尾节的两侧穿过后固定在第六尾节上。
10.进一步的，齿轮组包括：第一锥齿轮，齿轮轴上连接第一传动杆，第一传动杆的一端穿过第一支撑架与万向联轴器连接；第二锥齿轮，与所述第一锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮的齿轮轴上连接第二传动杆，所述第二传动杆贯穿所述第二支撑架；两个第一直齿轮，均套设在所述第二传动杆上，两个第一直齿轮分别位于第二传动杆的中部和底部位置上；两个从动轮组，分别与两个第一直齿轮啮合，每个从动轮组包括：两个第二直齿轮，每个所述第二直齿轮的齿轮轴转动连接在所述第二支撑架上，两个第二直齿轮啮合在所述第一直齿轮的两侧；两个第三直齿轮，每个第三直齿轮的齿轮轴上连接第三传动杆，所述第三传动杆连接在所述第二支撑架上，每个所述第三直齿轮与位于第二传动杆中部高度的所述第二直齿轮啮合；多个转盘，两个所述第三直齿轮底部的齿轮轴上设有转盘，位于第二传动杆底部高度的两个所述第二直齿轮的底部齿轮轴上设有转盘，每个所述转盘的底面上均设有拔销；两根所述第一驱动鱼线分别连接在第二传动杆中部高度的两个，两根所述第二驱动鱼线分别连接在第二传动杆底部高度的两个拔销上。
11.进一步的，还包括：两片鱼尾肋板，两片所述鱼尾肋板通过六组螺柱固定在第一尾节、第二尾节、第三尾节、第四尾节、第五尾节和第六尾节的中间部分。
12.进一步的，每个所述尾节上位于所述驱动鱼线贯穿的通孔上套设金属套。
13.进一步的，所述鱼尾为月牙形。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.1、本发明通过的仿鲹科机器鱼具有运动灵活，驱动效率高，隐蔽性优良的特点。
16.2、本发明驱动装置使用了齿轮组机构，与传统技术相比，在空间安排上更加紧凑，驱动效率更高，且使用的步进电机个数少，功耗更低。
17.3、本发明使用的驱动鱼线条数共有四根，可以实现仿鲹科机器鱼更多运动状态的游动，运动方式更加灵活，可以运用到不同应用场景过程中的作业，极大拓宽了本发明的应用潜力。
附图说明
18.图1为本发明的主视结构示意图；
19.图2为本发明内部驱动机构结构示意图；
20.图3为本发明尾部结构示意图；
21.图4为本发明的第二尾节机构示意图；
22.图5为本发明齿轮组立体结构示意图的主视图；
23.图6为本发明齿轮组结构示意图的右视图；
24.图7为本发明齿轮组立体结构示意图的俯视图；
25.图8为本发明结构示意图的俯视图。
26.其中，1、下壳体；2、上壳体；3、鱼体胸鳍；4、鱼体尾鳍；5、鱼尾底板；6、第一尾节；7、第二尾节；8、第三尾节；9、第四尾节；10、第五尾节；11、第六尾节；12、柱销；13、鱼尾肋板；
14、金属套；15、螺柱；16、鱼尾；17、第一驱动鱼线；18、第二驱动鱼线；19、配重盒；20、舵机；21、步进电机；22、骑马卡；23、万向联轴器；24、第一传动杆；25、第一锥齿轮；26、第二锥齿轮；27、第一支撑架；28、第二支撑架；29、第二传动杆；30、第一直齿轮；31、第二直齿轮；32、第三传动杆；33、第四传动杆；34、传动杆轴承；35、拨销；36、转盘；37、拨销轴承；38、第三直齿轮。
具体实施方式
27.下面结合附图1到附图5，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.需要说明的是，本发明中涉及到的电路连接均采用常规的电路连接方式，不涉及到任何创新。
30.实施例
31.一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，包括：鱼体鱼头、驱动机构和尾部，鱼体鱼头包括：鱼头和鱼鳍，鱼头后端设有鱼尾底板5；驱动机构包括：配重盒19、步进电机21、舵机20、齿轮组、万向联轴器23，所述配重盒19设置在所述鱼头内部，配重块19质量的变化，控制机器鱼的上浮和下沉，所述舵机20设置在所述配重盒19上，所述步进电机21通过骑马卡22设置在所述配重盒19上，所述配重盒19内部设有控制器，所述步进电机21和所述舵机20均连接所述控制器，所述万向联轴器23连接在所述步进电机21的电机轴上，所述舵机20通过第一支撑架27和所述万向联轴器23连接，所述第一支撑架27竖直设置，且侧面上设有第二支撑架28，所述齿轮组设置在第二支撑架28上，所述万向联轴器23啮合所述齿轮组；尾部包括：多个尾节、多个驱动鱼线和鱼尾16，所述鱼尾16为月牙形，多个尾节依次设置，相邻的两个尾节之间通过连接柱销连接，位于前端的尾节连接在所述鱼尾底板5上，位于后端的尾节上连接鱼尾16，所述驱动鱼线一端连接在驱动机构上，另一端从尾节中间依次穿过，并连接在后端的尾节上，所述驱动鱼线有两组，分别包括：两根第一驱动鱼线17和两根第二驱动鱼线18，所述尾节有六个，从鱼头至鱼尾16依次为第一尾节6、第二尾节7、第三尾节8、第四尾节9、第五尾节10和第六尾节11，两根第一驱动鱼线17的一端从第一尾节6和第二尾节7靠近两侧的位置穿过后固定在第三尾节8上，两根第二驱动鱼线18从第一尾节6、第二尾节7、第三尾节8的中间位置穿过后，再从第四尾节9和第五尾节10的两侧穿过后固定在第六尾节11上，驱动鱼线的材质为304不锈钢，直径为0.3mm。
32.优选的，为了使机器鱼更加仿生，提高机器鱼的灵活性，所述鱼头包括：上壳体1和设置在上壳体1底部的下壳体2，所述鱼鳍包括一对胸鳍3和一对尾鳍4，一对所述胸鳍3对称设置在所述下壳体2的侧面，一对所述尾鳍4分别设置在所述上壳体1和下壳体2上。
33.优选的，为了提高壳体之间的密封防水效果，所述上壳体1和下壳体2之间通过螺栓固定，并在连接处涂覆水密性密封胶。
34.优选的，如图5、图6和图7所示，为了方便驱动鱼线驱动尾部摆动，齿轮组包括：第一锥齿轮25、第二锥齿轮26、两个第一直齿轮30、两个从动轮组、两个第三直齿轮38和多个转盘36，第一锥齿轮25的齿轮轴上连接第一传动杆24，第一传动杆24的一端穿过第一支撑架27与万向联轴器23连接；第二锥齿轮26与所述第一锥齿轮25啮合，所述第二锥齿轮26的齿轮轴上连接第二传动杆29，所述第二传动杆29贯穿所述第二支撑架28；两个第一直齿轮30均套设在所述第二传动杆29上，两个第一直齿轮30分别位于第二传动杆29的中部和底部位置上；两个从动轮组分别与两个第一直齿轮30啮合，每个从动轮组包括：两个第二直齿轮31，每个所述第二直齿轮31的齿轮轴通过传动杆轴承34转动连接在所述第二支撑架28上，两个第二直齿轮31啮合在所述第一直齿轮30的两侧；两个第三直齿轮38每个第三直齿轮38的齿轮轴上连接第三传动杆33，所述第三传动杆33通过传动杆轴承34连接在所述第二支撑架28上，每个所述第三直齿轮38与位于第二传动杆29中部高度的所述第二直齿轮31啮合；两个所述第三直齿轮38底部的齿轮轴上设有转盘36，位于第二传动杆29底部高度的两个所述第二直齿轮31的底部齿轮轴上设有转盘36，每个所述转盘36的底面上均通过拨销轴承37设有拔销35；两根所述第一驱动鱼线17分别连接在第二传动杆29中部高度的两个，两根所述第二驱动鱼线18分别连接在第二传动杆29底部高度的两个拔销35上，通过第二传动杆29转动，使第一直齿轮30转动，啮合从动齿轮组的第二直齿轮31转动，使第三直齿轮38转动，从而使4个转盘36的转动，通过转盘36下的拔销35拉动驱动鱼线，使两组驱动鱼线一紧一松，间歇驱动对应的尾节部分，从而驱动机器鱼尾部的摆动。
35.优选的，还包括：两片鱼尾肋板13，鱼尾肋板13为透明pvc的塑料板，上下各有一条，两片所述鱼尾肋板13通过六组螺柱15固定在第一尾节6、第二尾节7、第三尾节8、第四尾节9、第五尾节10和第六尾节11的中间部分，通过两个pvc塑料膜当作肋板，可以保持尾部在水下运动时的一致性和稳定性。
36.优选的，为了提高驱动鱼线的使用寿命，减小驱动鱼线和贯穿孔的摩擦力，每个所述尾节上位于所述驱动鱼线贯穿的通孔上套设金属套14。
37.以上公开的仅为本发明的较佳地几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，其特征在于，包括：鱼体鱼头，包括：鱼头和鱼鳍，鱼头后端设有鱼尾底板(5)；尾部，包括：多个尾节、两组驱动鱼线和鱼尾(16)，多个尾节依次设置，相邻的两个尾节之间通过连接柱销连接，位于前端的尾节连接在所述鱼尾底板(5)上，位于后端的尾节上连接鱼尾(16)，两组所述驱动鱼线分别包括：两根第一驱动鱼线(17)和两根第二驱动鱼线(18)，所述尾节有六个，每三个为一组，从鱼头至鱼尾(16)依次为第一尾节(6)、第二尾节(7)、第三尾节(8)、第四尾节(9)、第五尾节(10)和第六尾节(11)，两根第一驱动鱼线(17)的一端从第一尾节(6)和第二尾节(7)靠近两侧的位置穿过后固定在第三尾节(8)上，两根第二驱动鱼线(18)从第一尾节(6)、第二尾节(7)、第三尾节(8)的中间位置穿过后，再从第四尾节(9)和第五尾节(10)的两侧穿过后固定在第六尾节(11)上，两组驱动鱼线均连接驱动机构，通过驱动机构的拉动，使两组驱动鱼线一紧一松，一来一回的拉动对应的尾节部分。2.根据权利要求1所述的一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，其特征在于，所述鱼头包括：上壳体(1)和设置在上壳体(1)底部的下壳体(2)，所述鱼鳍包括一对胸鳍(3)和一对尾鳍(4)，一对所述胸鳍(3)对称设置在所述下壳体(2)的侧面，一对所述尾鳍(4)分别设置在所述上壳体(1)和下壳体(2)上。3.根据权利要求2所述的一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，其特征在于，所述上壳体(1)和下壳体(2)之间通过螺栓固定，并在连接处涂覆水密性密封胶。4.根据权利要求1所述的一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，其特征在于，驱动机构，包括：配重盒(19)、步进电机(21)、舵机(20)、齿轮组、万向联轴器(23)，所述配重盒(19)设置在所述鱼头内部，所述舵机(20)设置在所述配重盒(19)上，所述步进电机(21)通过骑马卡(22)设置在所述配重盒(19)上，所述配重盒(19)内部设有控制器，所述步进电机(21)和所述舵机(20)均连接所述控制器，所述万向联轴器(23)连接在所述步进电机(21)的电机轴上，所述舵机(20)通过第一支撑架(27)和所述万向联轴器(23)连接，所述第一支撑架(27)竖直设置，且侧面上设有第二支撑架(28)，所述齿轮组设置在第二支撑架(28)上，所述万向联轴器(23)啮合所述齿轮组，所述齿轮组和所述驱动鱼线(18)连接。5.根据权利要求4所述的一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，其特征在于，齿轮组包括：第一锥齿轮(25)，齿轮轴上连接第一传动杆(24)，第一传动杆(24)的一端穿过第一支撑架(27)与万向联轴器(23)连接；第二锥齿轮(26)，与所述第一锥齿轮(25)啮合，所述第二锥齿轮(26)的齿轮轴上连接第二传动杆(29)，所述第二传动杆(29)贯穿所述第二支撑架(28)；两个第一直齿轮(30)，均套设在所述第二传动杆(29)上，两个第一直齿轮(30)分别位于第二传动杆(29)的中部和底部位置上；两个从动轮组，分别与两个第一直齿轮(30)啮合，每个从动轮组包括：两个第二直齿轮(31)，每个所述第二直齿轮(31)的齿轮轴转动连接在所述第二支撑架(28)上，两个第二直齿轮(31)啮合在所述第一直齿轮(30)的两侧；两个第三直齿轮(38)，每个第三直齿轮(38)的齿轮轴上连接第三传动杆(33)，所述第三传动杆(33)连接在所述第二支撑架(28)上，每个所述第三直齿轮(38)与位于第二传动杆(29)中部高度的所述第二直齿轮(31)啮合；
多个转盘(36)，两个所述第三直齿轮(38)底部的齿轮轴上设有转盘(36)，位于第二传动杆(29)底部高度的两个所述第二直齿轮(31)的底部齿轮轴上设有转盘(36)，每个所述转盘(36)的底面上均设有拔销(35)；两根所述第一驱动鱼线(17)分别连接在第二传动杆(29)中部高度的两个，两根所述第二驱动鱼线(18)分别连接在第二传动杆(29)底部高度的两个拔销(35)上。6.根据权利要求1所述的一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，其特征在于，还包括：两片鱼尾肋板(13)，两片所述鱼尾肋板(13)通过六组螺柱(15)固定在第一尾节(6)、第二尾节(7)、第三尾节(8)、第四尾节(9)、第五尾节(10)和第六尾节(11)的中间部分。7.根据权利要求4所述的一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，其特征在于，每个所述尾节上位于所述驱动鱼线贯穿的通孔上套设金属套(14)。8.根据权利要求1所述的一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，其特征在于，所述鱼尾(16)为月牙形。

技术总结
本发明公开了一种狭窄空间作业的仿鲹科机器鱼，包括：鱼体鱼头、驱动机构和尾部；驱动机构包括：配重盒、步进电机、舵机、齿轮组、万向联轴器，配重盒设与鱼头内，配重盒内设有控制器，舵机、步进电机设于配重盒上，并和控制器连接，舵机通过第一支撑架和万向联轴器连接，第一支撑架侧面设有第二支撑架，齿轮组设置在第二支撑架上，万向联轴器啮合齿轮组；尾部包括：多个尾节、多个驱动鱼线和鱼尾，多个尾节依次设置，位于前端的尾节连接在鱼尾底板上，位于后端的尾节上连接鱼尾，驱动鱼线一端连接在驱动机构上，另一端从尾节中间依次穿过，并连接在后端的尾节上，本发明的机器鱼运动灵活，驱动效率高。动效率高。动效率高。


技术研发人员：郑腾飞 贾博清 李支康 董华俊 王朝晖 吉田 赵立波
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/6/27