一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼

1.本发明涉及水下机器人领域，特别涉及一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼。


背景技术：

2.海洋蕴藏着大量的能源和生物，开发海洋资源对人类的可持续发展具有重要意义。由于人类在海中作业危险性高，因此水下机器人的发展受到了广泛关注。现有机器鱼的机械结构无法实现通常需要靠鱼尾和胸鳍配合，或是鱼尾与浮力调节装置配合才可以完成机器鱼的三维运动，涉及的控制算法较为复杂，并且现有方案若想靠胸鳍进行上浮下潜，需要机器鱼有一定的游动速度才可以实现，使用的灵活性较差。


技术实现要素：

3.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，本发明提出一种能够直接实现上浮和下潜的具有多方向随动尾鳍的机器鱼。
4.根据本发明的第一方面实施例的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，包括头部模块；
5.尾部模块，所述尾部模块与所述头部模块相连，所述尾部模块包括主动段、随动段和随动尾鳍部，所述随动尾鳍部设置在所述随动段上，所述随动段与所述主动段相连，所述随动尾鳍部可相对所述随动段转动，以调整方向；
6.驱动模块，所述驱动模块设置在所述头部模块内，所述驱动模块包括用于带动所述主动段运动的摆动机构。
7.根据本发明第一方面实施例的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，至少具有如下有益效果：本发明的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，包括头部模块、尾部模块和驱动模块，尾部模块与头部模块相连，尾部模块包括主动段、随动段和随动尾鳍部，驱动模块设置在头部模块内，驱动模块包括用于带动主动段运动的摆动机构，摆动机构带动主动段运动，随动段与主动段相连，主动段带动随动段运动，随动段在惯性和水流的作用下摆动，随动尾鳍部设置在随动段上，随动尾鳍部可相对随动段转动，随动尾鳍部可在主动段和随动段的带动下朝空间中的任意方向摆动，在水中自动调整摆动方向，为机器鱼提供任意方向的动力，使机器鱼可以在没有速度的情况下，原地向空间任意方向游动，提高机器鱼的灵活性和机动性。
8.根据本发明的一些实施例，所述头部模块包括头部主体和设置在所述头部主体上的背鳍，所述背鳍上设置有信号灯。
9.根据本发明的一些实施例，所述头部主体内还设置有摄像仪和电源组件，所述头部主体设置为透明材质。
10.根据本发明的一些实施例，所述随动尾鳍部包括尾鳍、尾鳍固定器和尾鳍轴承固定器，所述尾鳍设置在所述尾鳍固定器上，所述尾鳍固定器通过所述尾鳍轴承固定器设置在所述随动段上，所述尾鳍固定器可相对所述随动段转动。
11.根据本发明的一些实施例，所述主动段包括若干段鱼尾关节、设置在所述鱼尾关节中部的胶棒，所述鱼尾关节包括圆环状的外框和设置在所述外框内的支柱，所述支柱包括竖直支柱和水平支柱。
12.根据本发明的一些实施例，所述摆动机构包括水平摆动部件和竖直摆动部件，所述水平摆动部件包括第一电机、设置在所述第一电机上的第一转盘、固定在所述第一转盘上的第一拉线，所述第一拉线穿过所述水平支柱与所述随动段连接；所述竖直摆动部件包括第二电机、设置在所述第二电机上的第二转盘、固定在所述第二转盘上的第二拉线，所述第二拉线穿过所述竖直支柱与所述随动段连接。
13.根据本发明的一些实施例，所述头部模块内设置有安装板和底板，所述底板设置有安装槽，所述水平摆动部件设置在所述底板上，所述竖直摆动部件设置在所述安装槽内。
14.根据本发明的一些实施例，所述鱼尾关节包括依次排列设置的第一鱼尾关节、第二鱼尾关节和第三鱼尾关节，所述第一鱼尾关节、所述第二鱼尾关节和所述第三鱼尾关节外罩设有软体外壳。
15.根据本发明的一些实施例，所述随动段包括软体随动鱼尾和鱼尾座，所述软体随动鱼尾设置在所述鱼尾座上，所述鱼尾座与所述主动段相连接。
16.根据本发明的一些实施例，还设置有底部模块，所述底部模块设置有配重块和用于感应深度的深度传感器。
17.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
18.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：
19.图1是本发明一实施例的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼的结构示意图；
20.图2是图1所示出的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼的内部结构示意图；
21.图3是图2所示出的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼的另一角度的结构示意图。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，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。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右、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。
24.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
25.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接、装配、配合等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
26.下面参照图1至图3描述本发明实施例的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼。
27.本发明实施例的一种具有多方向随动尾鳍230的机器鱼，如图1至图3所示，包括头部模块100、尾部模块和驱动模块，尾部模块与头部模块100相连，尾部模块包括主动段210、随动段220和随动尾鳍部230，随动尾鳍部230设置在随动段220上，随动段220与主动段210相连，随动尾鳍部230可相对随动段220转动，以调整方向；驱动模块设置在头部模块100内，驱动模块包括用于带动主动段210运动的摆动机构。具体地，尾部模块与头部模块100相连，尾部模块包括主动段210、随动段220和随动尾鳍部230，驱动模块设置在头部模块100内，驱动模块包括用于带动主动段210运动的摆动机构，摆动机构带动主动段210运动，随动段220与主动段210相连，主动段210带动随动段220运动，随动段220在惯性和水流的作用下摆动，随动尾鳍部230设置在随动段220上，随动尾鳍部230可相对随动段220转动，随动尾鳍部230可在主动段210和随动段220的带动下朝空间中的任意方向摆动，在水中自动调整摆动方向，为机器鱼提供任意方向的动力，使机器鱼可以在没有速度的情况下，原地向空间任意方向游动，提高机器鱼的灵活性和机动性。
28.根据本发明的一些实施例，所述头部模块100包括头部主体和设置在所述头部主体上的背鳍110，所述背鳍110上设置有信号灯。头部主体的上方设置有背鳍110，背鳍110与头部主体一体成型，具体地，背鳍110与头部主体的材质设置为树脂材质。背鳍110上设置有信号灯，信号灯在背鳍110上，用于照亮前方环境。背鳍110上还设置有电磁铁、电源开关、m8过线螺栓和胶塞，电磁铁用于吸附外界物体，电源开关用于控制机器鱼的总体电源，m8过线螺栓将信号灯和电磁铁的电线引入头部主体内，胶塞用于将头部主体内电池的充电线引出来充电。根据本发明的一些实施例，所述头部主体内还设置有摄像仪和电源组件，所述头部主体设置为透明材质。摄像仪的设置能够帮助地面操作人员观察水下的情况，完成对水下情况的观测和记录。
29.根据本发明的一些实施例，随动尾鳍部230包括尾鳍231、尾鳍固定器232和尾鳍轴承固定器233，尾鳍231设置在尾鳍固定器232上，尾鳍固定器232通过尾鳍轴承固定器233设置在随动段220上，尾鳍固定器232可相对随动段220转动。随动尾鳍部230包括尾鳍、尾鳍固定器232和尾鳍轴承固定器233，尾鳍231通过螺钉与尾鳍固定器232进行连接，尾鳍231能够在鱼尾摆动时为机器鱼提供动力。尾鳍固定器232设置有尾鳍轴承，尾鳍固定器232通过过盈配合与尾鳍轴承连接，尾鳍轴承固定器233的内圈与尾鳍轴承的外圈通过过盈配合固定，尾鳍轴承固定器233与随动段220通过紧固连接固定，能够将随动尾鳍部230安装在随动段220上，使尾鳍可相对随动段220转动。
30.根据本发明的一些实施例，主动段210包括若干段鱼尾关节、设置在鱼尾关节中部的胶棒214，鱼尾关节包括圆环状的外框211和设置在外框211内的支柱，支柱包括竖直支柱212和水平支柱213。主动段210包括鱼尾关节和胶棒214，鱼尾关节包括外框211和支柱，外框211设置为圆环状，支柱包括十字交叉设置的竖直支柱212和水平支柱213，竖直支柱212和水平支柱213对外框211进行支撑。驱动部件包括摆动机构，摆动机构与竖直支柱212和水平支柱213相连，摆动机构通过带动竖直支柱212和水平支柱213实现外框211的摆动，从而
实现主动段210的运动。鱼尾关节中部设置有胶棒214，胶棒214的设置能够对多节鱼尾关节进行连接，胶棒214具有良好的回弹性能，能够使主动段210在运动后回复到起始状态，实现主动段210的往复摆动。通过摆动机构的摆动能够实现仿生摆动前进，柔韧性好，灵活度高，能最大程度地拟合鱼游动时的身体曲线，推进效率高、产生的噪声小。
31.根据本发明的一些实施例，摆动机构包括水平摆动部件和竖直摆动部件，水平摆动部件包括第一电机311、设置在第一电机311上的第一转盘312、固定在第一转盘312上的第一拉线313，第一拉线313穿过水平支柱213与随动段220连接；竖直摆动部件包括第二电机321、设置在第二电机321上的第二转盘322、固定在第二转盘322上的第二拉线323，第二拉线323穿过竖直支柱212与随动段220连接。
32.第一拉线313一端固定在第一转盘312上，第一拉线313的另一端穿过鱼尾关节固定在随动段220上，水平摆动部件对主动段210进行水平摆动时，第一电机311工作驱使第一转盘312旋转，第一转盘312使第一拉线313的一侧伸长另一侧收缩，胶棒214受到第一拉线313的作用而弯曲，固定在胶棒214上的鱼尾关节随之摆动成各种角度，完成水平方向上的摆动。可以理解的是，第一转盘312的转动速度对应着关节模块水平摆动的速度，第一转盘312的转动角度对应着关节模块水平摆动的幅度。
33.第二拉线323一端固定在第二转盘322上，第二拉线323的另一端穿过鱼尾关节固定在随动段220上，竖直摆动部件对主动段210进行竖直摆动时，第二电机321工作驱使第二转盘322旋转，第二转盘322使第二拉线323的一侧伸长另一侧收缩，胶棒214受到第二拉线323的作用而弯曲，固定在胶棒214上的鱼尾关节随之摆动成各种角度，完成竖直方向上的摆动。可以理解的是，第二转盘322的转动速度对应着关节模块竖直摆动的速度，第二转盘322的转动角度对应着关节模块竖直摆动的幅度。
34.根据本发明的一些实施例，头部模块100内设置有安装板120和底板130，底板130设置有安装槽131，水平摆动部件设置在底板130上，竖直摆动部件设置在安装槽131内。头部模块100设置有安装板120和底板130，安装板120竖直设置在头部模块100内，底板130水平设置在安装板120上，底板130上设置有安装槽131，水平摆动部件水平设置在底板130上，竖直摆动部件竖直设置在安装槽131内，完成对水平摆动部件和竖直摆动部件的安放。底板130和安装槽131的设置能够缩小水平摆动部件和竖直摆动部件的占用空间，提高空间利用率。
35.根据本发明的一些实施例，鱼尾关节包括依次排列设置的第一鱼尾关节、第二鱼尾关节和第三鱼尾关节，第一鱼尾关节、第二鱼尾关节和第三鱼尾关节外罩设有软体外壳。鱼尾关节设置有若干节，具体地，在一些实施例中，鱼尾关节包括第一鱼尾关节、第二鱼尾关节和第三鱼尾关节，第一鱼尾关节、第二鱼尾关节和第三鱼尾关节依次排列设置，第一鱼尾关节、第二鱼尾关节和第三鱼尾关节配合形成主动段210。第一鱼尾关节、第二鱼尾关节和第三鱼尾关节外还罩设有软体外壳，软体外壳对主动段210进行密封，能够对机器鱼的内部结构进行保护。
36.根据本发明的一些实施例，随动段220包括软体随动鱼尾和鱼尾座，软体随动鱼尾设置在鱼尾座上，鱼尾座与主动段210相连接。软体随动鱼尾设置在鱼尾座上，软体随动鱼尾通过鱼尾座固定在主动段210上，摆动机构摆动带动软体随动鱼尾运动，软体随动鱼尾随着摆动的惯性和水流的作用力，为鱼尾提供摆动的力。随动尾鳍部230可相对随动段220转
动，随动尾鳍部230可在主动段210和随动段220的带动下朝空间中的任意方向摆动，在水中自动调整摆动方向，为机器鱼提供任意方向的动力。
37.根据本发明的一些实施例，还设置有底部模块400，底部模块400设置有配重块和用于感应深度的深度传感器。底部模块400设置在头部模块100下方，底部模块400设置有配重块，能够使机器鱼保持重心，使机器鱼的运动更加平稳。底部模块400还设置有深度传感器，深度传感器对机器鱼的浮潜深度进行感应，便于对机器鱼的位置进行定位。
38.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

技术特征：
1.一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，其特征在于，包括：头部模块；尾部模块，所述尾部模块与所述头部模块相连，所述尾部模块包括主动段、随动段和随动尾鳍部，所述随动尾鳍部设置在所述随动段上，所述随动段与所述主动段相连，所述随动尾鳍部可相对所述随动段转动，以调整方向；驱动模块，所述驱动模块设置在所述头部模块内，所述驱动模块包括用于带动所述主动段运动的摆动机构。2.根据权利要求1所述的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，其特征在于，所述头部模块包括头部主体和设置在所述头部主体上的背鳍，所述背鳍上设置有信号灯。3.根据权利要求2所述的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，其特征在于，所述头部主体内还设置有摄像仪和电源组件，所述头部主体设置为透明材质。4.根据权利要求1所述的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，其特征在于，所述随动尾鳍部包括尾鳍、尾鳍固定器和尾鳍轴承固定器，所述尾鳍设置在所述尾鳍固定器上，所述尾鳍固定器通过所述尾鳍轴承固定器设置在所述随动段上，所述尾鳍固定器可相对所述随动段转动。5.根据权利要求1所述的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，其特征在于，所述主动段包括若干段鱼尾关节、设置在所述鱼尾关节中部的胶棒，所述鱼尾关节包括圆环状的外框和设置在所述外框内的支柱，所述支柱包括竖直支柱和水平支柱。6.根据权利要求5所述的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，其特征在于，所述摆动机构包括水平摆动部件和竖直摆动部件，所述水平摆动部件包括第一电机、设置在所述第一电机上的第一转盘、固定在所述第一转盘上的第一拉线，所述第一拉线穿过所述水平支柱与所述随动段连接；所述竖直摆动部件包括第二电机、设置在所述第二电机上的第二转盘、固定在所述第二转盘上的第二拉线，所述第二拉线穿过所述竖直支柱与所述随动段连接。7.根据权利要求6所述的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，其特征在于，所述头部模块内设置有安装板和底板，所述底板设置有安装槽，所述水平摆动部件设置在所述底板上，所述竖直摆动部件设置在所述安装槽内。8.根据权利要求6所述的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，其特征在于，所述鱼尾关节包括依次排列设置的第一鱼尾关节、第二鱼尾关节和第三鱼尾关节，所述第一鱼尾关节、所述第二鱼尾关节和所述第三鱼尾关节外罩设有软体外壳。9.根据权利要求1所述的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，其特征在于，所述随动段包括软体随动鱼尾和鱼尾座，所述软体随动鱼尾设置在所述鱼尾座上，所述鱼尾座与所述主动段相连接。10.根据权利要求1所述的一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，其特征在于，还设置有底部模块，所述底部模块设置有配重块和用于感应深度的深度传感器。

技术总结
本发明公开了一种具有多方向随动尾鳍的机器鱼，包括头部模块、尾部模块和驱动模块，尾部模块与头部模块相连，尾部模块包括主动段、随动段和随动尾鳍部，驱动模块设置在头部模块内，驱动模块包括用于带动主动段运动的摆动机构，摆动机构带动主动段运动，随动段与主动段相连，主动段带动随动段运动，随动段在惯性和水流的作用下摆动，随动尾鳍部设置在随动段上，随动尾鳍部可相对随动段转动，随动尾鳍部可在主动段和随动段的带动下朝空间中的任意方向摆动，在水中自动调整摆动方向，为机器鱼提供任意方向的动力，使机器鱼可以在没有速度的情况下，原地向空间任意方向游动，提高机器鱼的灵活性和机动性。鱼的灵活性和机动性。鱼的灵活性和机动性。


技术研发人员：钟勇 梁钰浩 陈冠文 莫瑜阳
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/7/25