仿生机器鱼

摘要

本发明公开了一种仿生机器鱼，包括鱼头部分、鱼身部分、鱼尾部分，所述仿生机器鱼上覆盖有摩擦电纳米发电机；所述仿生机器鱼还包括：设置在所述鱼尾部分的鱼尾驱动机构、设置在所述鱼身部分的重心调整机构、设置在所述鱼头部分的胸鳍摆动机构、以及与所述摩擦电纳米发电机相连接的蓄电装置；本发明充分地利用了海洋能这一新能源解决了机器鱼水下续航的问题。

权利要求

1.一种仿生机器鱼，包括鱼头部分、鱼身部分、鱼尾部分，其特征在于所述仿生机器鱼上覆盖有摩擦电纳米发电机；所述仿生机器鱼还包括：设置在所述鱼尾部分的鱼尾驱动机构、设置在所述鱼身部分的重心调整机构、设置在所述鱼头部分的胸鳍摆动机构、以及与所述摩擦电纳米发电机相连接的蓄电装置；所述鱼尾驱动机构包括至少一个鱼尾驱动模块；

所述鱼尾驱动模块包括第一舵机和传动部件；所述传动部件一端连接所述第一舵机的输出轴，另一端连接所述鱼尾部分；所述仿生机器鱼还包括分布在鱼尾部分的尾鳍；当所述鱼尾驱动机构包括有3个鱼尾驱动模块时，即包括有第一鱼尾驱动模块、第二鱼尾驱动模块和第三鱼尾驱动模块时；所述鱼尾部分包括相互分离的第一鱼尾部、第二鱼尾部和第三鱼尾部；

所述第一鱼尾驱动模块的第一舵机设置在所述第一鱼尾部内；所述第二鱼尾驱动模块的第一舵机设置在所述第二鱼尾部内；所述第三鱼尾驱动模块的第一舵机设置在所述第三鱼尾部内；所述第一鱼尾部首端设置在鱼身部分上；所述第一鱼尾驱动模块的传动部件一端连接所述第一鱼尾驱动模块的第一舵机，另一端连接所述第二鱼尾部首端；所述第二鱼尾驱动模块的传动部件一端连接所述第二鱼尾驱动模块的第一舵机，另一端连接所述第三鱼尾部首端；所述第三鱼尾驱动模块的传动部件一端连接所述第三鱼尾驱动模块的第一舵机，另一端连接尾鳍首端。

2.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于所述仿生机器鱼还包括分布在所述鱼头部分的鱼眼部位、设置在所述鱼眼部位上的摄像头。

3.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于所述仿生机器鱼还包括分布在鱼身部分的背鳍和设置在所述背鳍内的无线通信天线。

4.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于所述重心调整机构包括基座、竖直设置在所述基座上的第一支座和第二支座、横向设置在第一支座和第二支座之间的导向杆和丝杠、穿设在所述导向杆和所述丝杠上的第一滑块、以及电机；所述电机带动所述丝杠旋转，进而带动所述第一滑块在所述导向杆上前移或后移。

5.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于所述胸鳍摆动机构包括鳍叶、鳍柄、第一转轴、第二转轴、设置在鳍柄一端面上的弧形槽、以及第二舵机；所述鳍叶通过所述第一转轴安装在所述鳍柄的所述端面上，并能够通过设置在鳍叶上的第二滑块沿所述弧形槽滑动；所述第二舵机带动所述鳍柄围绕所述第二转轴前后摆动；当所述第二舵机驱动所述鳍柄向后摆动时，所述第二滑块处于所述弧形槽的第一端；当所述第二舵机驱动所述鳍柄向前摆动时，所述第二滑块处于所述弧形槽的第二端；所述弧形槽的第二端位于所述弧形槽的第一端的上方。

6.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于所述蓄电装置依次包括与所述摩擦电纳米发电机相连接的降压变压器、与降压变压器相连接的交直流变换器和与交直流变换器相连接的蓄电池。

7.根据权利要求6所述的仿生机器鱼，其特征在于所述仿生机器鱼还包括设置在鱼身部分的充电接口，该充电接口与所述蓄电池相连接。

说明书

仿生机器鱼

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水下活动装置，具体为一种仿生机器鱼。

背景技术

[0002] 机器鱼的高速、高效、高伪装性、高机动性、以及强适应性，使得其在军事应用、生物观察、以及狭小空间内的检测等方面具有重要应用和迫切需求。但是由于充电问题的限制，现有技术中的机器鱼无法执行长时间远距离的任务，严重限制了机器鱼在水下尤其是海洋中执行任务的能力。

发明内容

[0003] 本发明针对以上问题的提出，而研制一种仿生机器鱼。

[0004] 本发明的技术手段如下：

[0005] 一种仿生机器鱼，包括鱼头部分、鱼身部分、鱼尾部分，所述仿生机器鱼上覆盖有摩擦电纳米发电机；所述仿生机器鱼还包括：设置在所述鱼尾部分的鱼尾驱动机构、设置在所述鱼身部分的重心调整机构、设置在所述鱼头部分的胸鳍摆动机构、以及与所述摩擦电纳米发电机相连接的蓄电装置；

[0006] 另外，所述仿生机器鱼还包括分布在所述鱼头部分的鱼眼部位、设置在所述鱼眼部位上的摄像头；

[0007] 另外，所述仿生机器鱼还包括分布在鱼身部分的背鳍和设置在所述背鳍内的无线通信天线；

[0008] 进一步地，所述鱼尾驱动机构包括至少一个鱼尾驱动模块；所述鱼尾驱动模块包括第一舵机和传动部件；所述传动部件一端连接所述第一舵机的输出轴，另一端连接所述鱼尾部分；

[0009] 另外，所述仿生机器鱼还包括分布在鱼尾部分的尾鳍；当所述鱼尾驱动机构所包括的鱼尾驱动模块有3个，分别为第一鱼尾驱动模块、第二鱼尾驱动模块和第三鱼尾驱动模块；所述鱼尾部分包括相互分离的第一鱼尾部、第二鱼尾部和第三鱼尾部；所述第一鱼尾驱动模块的第一舵机设置在所述第一鱼尾部内；所述第二鱼尾驱动模块的第一舵机设置在所述第二鱼尾部内；所述第三鱼尾驱动模块的第一舵机设置在所述第三鱼尾部内；所述第一鱼尾部首端设置在鱼身部分上；所述第一鱼尾驱动模块的传动部件一端连接所述第一鱼尾驱动模块的第一舵机，另一端连接所述第二鱼尾部首端；所述第二鱼尾驱动模块的传动部件一端连接所述第二鱼尾驱动模块的第一舵机，另一端连接所述第三鱼尾部首端；所述第三鱼尾驱动模块的传动部件一端连接所述第三鱼尾驱动模块的第一舵机，另一端连接尾鳍首端；

[0010] 进一步地，所述重心调整机构包括基座、竖直设置在所述基座上的第一支座和第二支座、横向设置在第一支座和第二支座之间的导向杆和丝杠、穿设在所述导向杆和所述丝杠上的第一滑块、以及电机；所述电机带动所述丝杠旋转，进而带动所述第一滑块在所述导向杆上前移或后移；

[0011] 进一步地，所述胸鳍摆动机构包括鳍叶、鳍柄、第一转轴、第二转轴、设置在鳍柄一端面上的弧形槽、以及第二舵机；所述鳍叶通过所述第一转轴安装在所述鳍柄的所述端面上，并能够通过设置在鳍叶上的第二滑块沿所述弧形槽滑动；所述第二舵机带动所述鳍柄围绕所述第二转轴前后摆动；当所述第二舵机驱动所述鳍柄向后摆动时，所述第二滑块处于所述弧形槽的第一端；当所述第二舵机驱动所述鳍柄向前摆动时，所述第二滑块处于所述弧形槽的第二端；所述弧形槽的第二端位于所述弧形槽的第一端的上方；

[0012] 进一步地，所述蓄电装置依次包括与所述摩擦电纳米发电机相连接的降压变压器、与降压变压器相连接的交直流变换器和与交直流变换器相连接的蓄电池；

[0013] 另外，所述仿生机器鱼还包括设置在鱼身部分的充电接口，该充电接口与所述蓄电池相连接。

[0014] 由于采用了上述技术方案，本发明提供的仿生机器鱼，通过利用摩擦电纳米发电机产生的电能对机器鱼进行充电，不仅能够使机器鱼在游动过程中给自身充电而且在机器鱼静止不动时也可以利用海洋中波浪冲击产生的摩擦作用进行发电，充分地利用了海洋能这一新能源解决了机器鱼水下续航的问题。

附图说明

[0015] 图1是覆盖有摩擦电纳米发电机的本发明所述仿生机器鱼的结构示意图；

[0016] 图2是未覆盖有摩擦电纳米发电机的本发明所述仿生机器鱼的结构示意图；

[0017] 图3是本发明所述重心调整机构的结构示意图；

[0018] 图4是本发明所述胸鳍摆动机构的结构示意图；

[0019] 图5是本发明所述仿生机器鱼的结构框图。

[0020] 图中：1、鱼头部分，2、鱼身部分，3、鱼尾部分，4、摩擦电纳米发电机，6、重心调整机构，7、胸鳍摆动机构，8、蓄电装置，10、背鳍，11、无线通信天线，12、充电接口，13、鱼眼部位，14、摄像头，15、嵌入式核心板，31、尾鳍，32、第一鱼尾部，33、第二鱼尾部，34、第三鱼尾部，
51、第一舵机，52、传动部件，61、基座，62、第一支座，63、第二支座，64、导向杆，65、丝杠，66、第一滑块，67、电机，68、电机支架，71、鳍叶，72、鳍柄，73、第一转轴，74、第二转轴，75、弧形槽，76、第二舵机，77、第二滑块，751、第一端，752、第二端。

具体实施方式

[0021] 如图1、图2、图3、图4和图5所示的一种仿生机器鱼，包括鱼头部分1、鱼身部分2、鱼尾部分3，所述仿生机器鱼上覆盖有摩擦电纳米发电机4；所述仿生机器鱼还包括：设置在所述鱼尾部分3的鱼尾驱动机构、设置在所述鱼身部分2的重心调整机构6、设置在所述鱼头部分1的胸鳍摆动机构7、以及与所述摩擦电纳米发电机4相连接的蓄电装置8；另外，所述仿生机器鱼还包括分布在所述鱼头部分1的鱼眼部位13、设置在所述鱼眼部位13上的摄像头14；另外，所述仿生机器鱼还包括分布在鱼身部分2的背鳍10和设置在所述背鳍10内的无线通信天线11；进一步地，所述鱼尾驱动机构包括至少一个鱼尾驱动模块；所述鱼尾驱动模块包括第一舵机51和传动部件52；所述传动部件52一端连接所述第一舵机51的输出轴，另一端连接所述鱼尾部分3；另外，所述仿生机器鱼还包括分布在鱼尾部分3的尾鳍31；当所述鱼尾驱动机构所包括的鱼尾驱动模块有3个，分别为第一鱼尾驱动模块、第二鱼尾驱动模块和第三鱼尾驱动模块；所述鱼尾部分3包括相互分离的第一鱼尾部32、第二鱼尾部33和第三鱼尾部34；所述第一鱼尾驱动模块的第一舵机51设置在所述第一鱼尾部32内；所述第二鱼尾驱动模块的第一舵机51设置在所述第二鱼尾部33内；所述第三鱼尾驱动模块的第一舵机51设置在所述第三鱼尾部34内；所述第一鱼尾部32首端设置在鱼身部分2上；所述第一鱼尾驱动模块的传动部件52一端连接所述第一鱼尾驱动模块的第一舵机51，另一端连接所述第二鱼尾部33首端；所述第二鱼尾驱动模块的传动部件52一端连接所述第二鱼尾驱动模块的第一舵机51，另一端连接所述第三鱼尾部34首端；所述第三鱼尾驱动模块的传动部件52一端连接所述第三鱼尾驱动模块的第一舵机51，另一端连接尾鳍31首端；进一步地，所述重心调整机构6包括基座61、竖直设置在所述基座61上的第一支座62和第二支座63、横向设置在第一支座62和第二支座63之间的导向杆64和丝杠65、穿设在所述导向杆64和所述丝杠65上的第一滑块66、以及电机67；所述电机67带动所述丝杠65旋转，进而带动所述第一滑块66在所述导向杆64上前移或后移；进一步地，所述胸鳍摆动机构7包括鳍叶71、鳍柄72、第一转轴73、第二转轴74、设置在鳍柄72一端面上的弧形槽75、以及第二舵机76；所述鳍叶71通过所述第一转轴73安装在所述鳍柄72的所述端面上，并能够通过设置在鳍叶71上的第二滑块77沿所述弧形槽75滑动；所述第二舵机76带动所述鳍柄72围绕所述第二转轴74前后摆动；当所述第二舵机76驱动所述鳍柄72向后摆动时，所述第二滑块77处于所述弧形槽75的第一端751；
当所述第二舵机76驱动所述鳍柄72向前摆动时，所述第二滑块77处于所述弧形槽75的第二端752；所述弧形槽75的第二端752位于所述弧形槽75的第一端751的上方；所述鳍柄72包括相互呈一定角度连接的第一柄体和第二柄体；所述一定角度可以大于等于90度；进一步地，所述蓄电装置8依次包括与所述摩擦电纳米发电机4相连接的降压变压器、与降压变压器相连接的交直流变换器和与交直流变换器相连接的蓄电池；另外，所述仿生机器鱼还包括设置在鱼身部分2的充电接口12，该充电接口12与所述蓄电池相连接。

[0022] 本发明通过利用摩擦电纳米发电机4产生的电能对机器鱼进行充电，不仅能够使机器鱼在游动过程中给自身充电而且在机器鱼静止不动时也可以利用海洋中波浪冲击产生的摩擦作用进行发电，充分地利用了海洋能这一新能源解决了机器鱼水下续航的问题；本发明通过在仿生机器鱼上布置摩擦电纳米发电机4，其将波浪能和机器鱼摆动时产生的机械能转换成电能为蓄电池充电，蓄电池将电能收集并储存，蓄电池收集的电能可以为机器鱼各组成部分提供能源，补充了机器鱼在游动过程中损失的能量，提高了机器鱼的续航能力，同时当机器鱼的电能耗尽时由于波浪的冲击也会使摩擦电纳米发电机4产生电能，避免了机器鱼电能耗尽无法返航的弊端；摩擦电纳米发电机4产生的交流电经过降压变压器降压处理后，通过交直流变换器转换为直流电，然后供给蓄电池；所述交直流变换器可以包括整流电路、滤波电路和稳压电路，整流电路用于对降压变压器转换的交流电进行整流，滤波电路用于将整流后的单相脉动直流电中的剩余交流分量滤除，得到相对稳定的直流电，稳压电路用于对产生的直流电进一步稳压处理，得到稳定的直流电，然后被蓄电池储存起来；另外，还可以通过充电接口12借助外部电源为蓄电池进行充电；这样当摩擦电纳米发电机4产生的电能不够用时可通过外部电源给蓄电池充电，不仅如此，当机器鱼搭载外部设备时如摄像机、水质探测器等，也可通过该充电接口12给这些外部设备供电。

[0023] 本发明所述鱼尾驱动机构所包括的鱼尾驱动模块可以根据实际应用需求进行设置；所述无线通信天线11设置在所述背鳍10内，提高了隐蔽性；通过设置在仿生机器鱼鱼眼部位13上的两组摄像头14，可以实现双眼测距，对拍摄的物体能够更好的显示其立体图像；通过重心调整机构6的配置能够实现机器鱼的上浮下潜，当机器鱼需要下潜时，通过电机67经由丝杠65带动所述第一滑块66前移，进而机器鱼的重心前移，在鱼尾驱动机构的作用下机器鱼向水下游动，实现机器鱼的下潜；当机器鱼需要上浮时，通过电机67经由丝杠65带动所述第一滑块66后移，进而机器鱼的重心后移，鱼头部分1抬起，在鱼尾驱动机构的作用下机器鱼向上游动，实现机器鱼的上浮；所述第一滑块66可以采用铅块；所述胸鳍摆动机构7在机器鱼的左右两侧胸鳍部位均设置；通过胸鳍摆动机构7的配置能够实现位于机器鱼左侧胸鳍部位的鳍叶71和鳍柄72以及位于机器鱼右侧胸鳍部位的鳍叶71和鳍柄72的摆动；当所述第二舵机76驱动所述鳍柄72向后摆动时，由于水的阻力和鳍叶71的重力的作用，鳍叶
71上的第二滑块77处于所述弧形槽75的第一端751，当所述第二舵机76驱动所述鳍柄72向前摆动时，由于水的阻力作用，鳍叶71上的第二滑块77处于所述弧形槽75的第二端752，即使得鳍柄72向前摆动时，鳍叶71切水摆到前端，避免了产生向后的推力，当鳍柄72向后摆动时，鳍叶71划水向后，产生向前的推力，进而实现鳍柄72前后摆动产生向前的推力，若位于机器鱼左侧胸鳍部位的鳍柄72和鳍叶71不动，同时位于机器鱼右侧胸鳍部位的鳍柄72和鳍叶71摆动，则机器鱼右侧具有推力，进而实现机器鱼的左转弯，同样地，若位于机器鱼右侧胸鳍部位的鳍柄72和鳍叶71不动，同时位于机器鱼左侧胸鳍部位的鳍柄72和鳍叶71摆动，则机器鱼左侧具有推力，进而实现机器鱼的右转弯，左右两侧同时摆动则机器鱼加速直行。
所述摩擦电纳米发电机4外面具有防水层，能够防止海水对摩擦电纳米发电机4的腐蚀和防止漏电；所述重心调整机构6还包括设置在第二支座63上的电机支架68；所述电机67安装在所述电机支架68上；所述丝杠65分别通过轴承安装在第一支座62和第二支座63上；所述丝杠65通过联轴器连接所述电机67的输出轴；本发明还可以包括嵌入式核心板15，通过该嵌入式核心板15控制第一舵机51、第二舵机76、摄像头14、蓄电装置8等机器鱼各组成部分的工作；本发明所述摩擦电纳米发电机4的具体技术实现可以直接引用主题名称为《采集液体机械能的摩擦电纳米发电机以及发电方法》、专利申请号为201410140195.X的专利申请文件中的公开的摩擦电纳米发电机4的现有技术方案。

[0024] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。