【CN109795648A】一种微小型高仿真仿箱魨机器鱼【专利】

器鱼 ，包括 ：与真实箱魨体形特征 相同的 机器鱼 外壳 、封闭式内部舱体和尾鳍 ，其中 ，所述外壳上 安装有人工侧线系统 ，所述人工侧线系统 用于感 知对流场合，所述封闭式内部舱体 内容纳有供电电 池 、主控电 气系统 、舵机 、舵盘 、 直齿轮对和齿轮限位座，其中 ，所述舵盘安装在 所述直齿轮对的一个直齿轮上，所述舵机与所述 尾鳍通过所述直齿轮对进行传动，以驱动所述尾 鳍运动。本发明具备高仿真外壳 ，可以自由运动 ， 且可以实现感知流场的压强变化。
权利要求书1页 说明书5页 附图7页
CN 109795648 A
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权 利 要 求 书
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1 .一种微小型高仿真仿箱魨机器鱼，其特征在于，包括：与真实箱魨体形特征相同的机 器鱼外壳 、封闭式内部舱体和尾鳍 ，其中 ，所述外壳上安装有人工侧线系统 ，所述人工侧线 系统用于感知对流场中的压强变化，
2 .如权利要求1所述的微小型高仿真仿箱魨机器鱼，其特征在于，所述人工侧线系统包 括为多个压强传感器构成的阵列，其中每个所述压强传感器通过所述机器鱼外壳上预留的 孔位，安装在所述机器鱼外壳上。
3 .如权利要求2所述的微小型高仿真仿箱魨机器鱼，其特征在于，所述人工侧线系统进 一步包括IIC-CAN转换板，所述IIC-CAN转换板的输入端与每个所述压强传感器连接，所述 IIC-CAN转换板的输出端与所述微处理器连接，由所述IIC-CAN转换板将来自压强传感器的 IIC协议信号转换为CAN总线信号发送至所述微处理器。
8 .如权利要求1所述的微小型高仿真仿箱魨机器鱼，其特征在于，所述机器鱼外壳、封 闭式内部舱体和尾鳍均采用光敏树脂，采用3D打印技术一体成型。
9 .如权利要求1所述的微小型高仿真仿箱魨机器鱼，其特征在于，所述主控电气系统还 包括：非舵机供电单元和舵机供电单元，其中，所述供电电池与所述非舵机供电单元的输入 端和舵机供电单元的输入端连接，所述非舵机供电单元的输出端与所述微处理器连接以进 行供电 ，所述舵机供电单元与所述尾鳍舵机控制单元连接以进行供电。
其中 ，所述机器鱼外壳包括 ：通过第一螺钉紧固的 左外壳 和右外壳 ，并采 用螺钉孔在第 一螺钉紧固后由与所述机器鱼外壳材质相同的填充件填充。
6 .如权利要求1所述的微小型高仿真仿箱魨机器鱼，其特征在于，所述封闭式内部舱体 包括:通过第二螺钉紧固的上壳体和下壳体，并采用O型密封圈进行防水。
7 .如权利要求1所述的微小型高仿真仿箱魨机器鱼，其特征在于，与所述尾鳍连接的齿 轮下方设置T字形缺口 ，与尾鳍连接杆上的T形柱嵌合。
4 .如权利要求1所述的微小型高仿真仿箱魨机器鱼，其特征在于，所述微处理器和姿态 传感器、尾鳍驱动舵机之间采用IIC协议进行信号的传输。
5 .如权利要求1所述的微小型高仿真仿箱魨机器鱼，其特征在于，所述机器鱼外壳采用 以下方式获得：
由 三维激光扫描仪通过扫描真实箱魨的 外壳 ，获取该箱魨外壳的 体形点云数据 ；然后 对上述体形点云数据采 用三维重构算法进行求解 ，并 利 用3D打印技术一体成型 ，得到所述 机器鱼外壳；
10 .如权利要求1所述的微小型高仿真仿箱魨机器鱼，其特征在于，所述舵机和尾鳍之 间通过直齿轮对进行传动，传动比大于1:1。
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说 明 书
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一种微小型高仿真仿箱魨机器鱼
技术领域 [0001] 本发明涉及水下机器人应用技术领域，特别涉及一种微小型高仿真仿箱魨机器 鱼。
背景技术 [0002] 箱魨是一种具备箱状外形的鱼类。与常见的鱼类不同，它不具备流线型的外观，身 体的主体呈现棱形，且棱形边缘具备轮廓分明的脊骨。它的背部和底部的外表面向外凸出， 侧边的外表面向内凹陷。这样的外观特征使得箱魨鱼具备良好的机动性和稳定性这两种相 互 矛盾的 特征。因同时兼备两种矛盾的 运动特征 ，学界 将箱魨上存在的 这 种现象 称作箱魨 悖论。近年来，生物学家和流体力学家逐渐开始关注于揭示箱魨悖论存在的原因。生物学家 主要是通过对真实箱魨的生命体征进行测量、对壳体摆动图像进行捕获分析、对鱼鳍摆动 模态进行观察记录等，进行箱魨悖论的探究。流体力学家主要是通过涡可视化实验，探究真 实箱魨或者固定在水域中的高仿真箱魨外壳在外界水流冲击下周围壳体的涡流，分析涡流 对壳体的 作 用力以 尝试揭示箱魨悖论。上述的 研究 初步表明 ，箱魨悖论与箱魨运动时 周围 的流场变化有关系。 [0003] 但是，上述的研究中存在如下问题： [0004] (1)真实的箱魨的生命体征、摆动模态等受外界生存环境的影响很大，无法判断所 采集的体征、模态数据是箱魨为了实现机动性或者稳定性而产生的。 [0005] (2)固定在水域中的高仿真箱魨与真实自由运动的箱魨存在着较大的差异，对其 探究的结果对解释自由运动的箱魨存在的机动性和稳定性欠缺说服力。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910089144 .1
(22)申请日 2019 .01 .30
(71)申请人 北京大学 地址 100871 北京市海淀区颐和园路5号
(72)发明人 谢广明 郑兴文 叶帆 何虹江 郑君政 王满意
(74)专利代理机构 北京爱普纳杰专利代理事务 所(特殊普通合伙) 11419
所述封闭式内部舱体与所述机器鱼外壳内部嵌合，所述封闭式内部舱体内容纳有供电 电池、主控电气系统、舵机、舵盘、直齿轮对和齿轮限位座，所述舱体内部根据所容纳物体的 尺寸和形状划分成相应的隔间 ，其中 ，所述舵盘安装在所述直齿轮对的一个直齿轮上 ，所述 舵机与所述尾鳍通过所述直齿轮对进行传动 ，以 驱 动所述尾鳍运动 ，所述主控电 气系统 与 所述供电电 池连接 ，其中 ，所述主控电 气系统包括 ：由上到下层叠布置的微处理器、姿态传 感器、尾鳍舵机控制单元，所述人工侧线系统和所述姿态传感器与所述微处理器连接，所述 尾鳍舵机控制单元与所述舵机连接。
代理人 王玉松
(51)Int .Cl . B63C 11/52(2006 .01) B63G 8/14(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109795648 A (43)申请公布日 2019.05.24
( 54 )发明 名称 一种微小型高仿真仿箱魨机器鱼
( 57 )摘要 本发明提出了一种微小型高仿真仿箱魨机