本發明屬于水下仿生機器魚，更具體地，涉及一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚。

背景技術：

1、水下機器魚一直是科學研究中一個特別有吸引力的課題,幾十年來隨著科學的發展,研究者們設計了各式各樣的水下機器魚,其性能也在不斷提升。現有研究表明，水下機器魚具有外形仿生、能接近魚群攝影、運動噪聲小、能耗低的特點，并且相比于目前市面上的水下機器人，其可以非常容易地越過狹窄的通道，環境適應能力強。所以水下機器魚已然成為科學研究的熱門話題。現如今，人們已設計并制造出諸多水下機器魚。

2、在已公布或授權的專利中，在水下機器魚設計方面，已公開的技術方案中的機器魚尾大多采用剛性結構，然而剛性結構驅動具有局限性(低階模態、運動不靈活)，柔性材料的引入可以交好地解決這些難題。同時如果機器魚尾整體采用柔性材料也容易噪聲失穩現象，不能產生推進力，因此亟需設計一種水下仿生機器魚，充分發揮柔性材料運動效率高，承壓能力強等優點，同時利用剛性材料打到維持魚尾穩定的作用。

技術實現思路

1、針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，由此解決現有水下機器人剛性結構運動不靈活、游動效率低、難以融入魚群的技術問題。

2、為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，包括機殼、舵機、舵機推桿和柔軟耦合魚尾組件；所述舵機設置于所述機殼內部；所述舵機的輸出端連接于所述舵機推桿，所述舵機推桿連接于所述柔軟耦合魚尾組件；所述舵機驅動所述舵機推桿對所述柔軟耦合魚尾組件施加激勵以使所述柔軟耦合魚尾組件產生振動，從而使水下機器魚完成前進和轉向。

3、優選地，所述柔軟耦合魚尾組件包括柔性梁和軟梁，所述軟梁連接于所述柔性梁的一端。

4、優選地，所述柔性梁為彈性梁體，所述軟梁為軟膠梁體；所述彈性梁體與軟膠梁體粘接連接。

5、優選地，所述彈性梁體與所述軟膠梁體連接處采用防水膠進行密封。

6、優選地，所述包括機殼包括外殼和后蓋，所述后蓋安裝于所述外殼以使所述機殼內形成密閉腔室。

7、優選地，所述外殼為仿蝠鲼外殼，所述仿蝠鲼外殼采用3d打印制作而成。

8、優選地，還包括主控板和通信模塊，所述主控板和通信模塊分別設置于所述機殼內；所述通信模塊用于接收外部指令信號，并將該指令信號傳輸至所述主控板；所述主控板用于接收該指令信號后控制所述舵機驅動舵機推桿對所述柔軟耦合魚尾組件施加激勵并使柔軟耦合魚尾組件產生振動。

9、優選地，所述水下機器魚的長度為130mm。

10、總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：

11、1、本發明提出的基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，通過設置柔軟耦合魚尾組件，并使舵機驅動舵機推桿對柔軟耦合魚尾組件施加激勵從而使柔軟耦合魚尾組件產生振動，進而利用其振動過程中水體對魚尾的反作用力驅動機器魚完成各項動作。

12、2、本發明提出的基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，其中柔軟耦合魚尾組件由柔性梁和軟梁組成，可以使機器魚通過狹小水域，同時所受水體阻力小，保證機器魚能快速運動。

13、3、本發明提出的基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，其魚身結構經過仿真設計優化并通過3d打印制成，在保證工作的前提下所受水體阻力最小，其組裝簡單，易于實現，成本低，方便批量生產。

14、4、本發明提出的基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，機器魚長度為130mm，通過實驗表面其運動速度為152mm/s，即1.17bl/s，能在迎面流速低于150mm/s的流場中正常前進。

技術特征：

1.一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，其特征在于，包括機殼、舵機(4)、舵機推桿(5)和柔軟耦合魚尾組件；所述舵機(4)設置于所述機殼內部；所述舵機(4)的輸出端連接于所述舵機推桿(5)，所述舵機推桿(5)連接于所述柔軟耦合魚尾組件；所述舵機(4)驅動所述舵機推桿(5)對所述柔軟耦合魚尾組件施加激勵以使所述柔軟耦合魚尾組件產生振動，從而使水下機器魚完成前進和轉向。

2.根據權利要求1所述的一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，其特征在于，所述柔軟耦合魚尾組件包括柔性梁(7)和軟梁(6)，所述軟梁(6)連接于所述柔性梁(7)的一端。

3.根據權利要求2所述的一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，其特征在于，所述柔性梁(7)為彈性梁體，所述軟梁(6)為軟膠梁體；所述彈性梁體與軟膠梁體粘接連接。

4.根據權利要求3所述的一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，其特征在于，所述彈性梁體與所述軟膠梁體連接處采用防水膠進行密封。

5.根據權利要求1所述的一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器，其特征在于，所述包括機殼包括外殼(1)和后蓋(3)，所述后蓋(3)安裝于所述外殼(1)以使所述機殼內形成密閉腔室。

6.根據權利要求5所述的一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，其特征在于，所述外殼(1)為仿蝠鲼外殼，所述仿蝠鲼外殼采用3d打印制作而成。

7.根據權利要求1所述的一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，其特征在于，還包括主控板和通信模塊，所述主控板和通信模塊分別設置于所述機殼內；所述通信模塊用于接收外部指令信號，并將該指令信號傳輸至所述主控板；所述主控板用于接收該指令信號后控制所述舵機(4)驅動舵機推桿(5)對所述柔軟耦合魚尾組件施加激勵并使柔軟耦合魚尾組件產生振動。

8.根據權利要求1所述的一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，其特征在于，所述水下機器魚的長度為130mm。

技術總結
本發明公開了一種基于軟梁高階振動驅動的水下機器魚，屬于水下仿生機器魚技術領域，包括機殼、舵機、舵機推桿和柔軟耦合魚尾組件；舵機設置于機殼內部；舵機的輸出端連接于舵機推桿，舵機推桿連接于柔軟耦合魚尾組件；舵機驅動舵機推桿對柔軟耦合魚尾組件施加激勵以使柔軟耦合魚尾組件產生振動，從而使水下機器魚完成前進和轉向。本發明利用軟材料設計制作魚尾，利用舵機對柔性梁施加激勵，從而使柔性梁和軟膠尾鰭產生振動，其振動過程中水體對魚尾的反作用力推動機器魚前進，柔性魚尾運動比剛性魚尾更加平穩，更加快速，更貼合真實魚類的運動，而且占用體積小，能通過狹小水域，運動效果更好，可用于水下救援和水下狹小空間探索。

技術研發人員：楊正鋮,代胡亮,何毅翔,邢浩然
受保護的技術使用者：華中科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/3/20