并联机构驱动的仿生机器鱼

本发明涉及水下仿生机器人，尤其涉及一种并联机构驱动的仿生机器鱼。

背景技术：

1、海洋是地球表面最主要的特征之一，海洋面积约占地球总表面积的71％，广阔的海洋蕴藏着丰富的资源，为人类的生存和发展提供了重要的物质基础。然而，由于海洋环境的复杂性和危险性，人类对海洋的探索和开发一直面临着巨大的挑战。

2、随着科学技术的发展，水下机器人已成为水下资源探索和开发的重要操控工具。水下机器人能够代替人类进入深海等危险环境，执行各种探测、作业和科学实验任务。其中，水下仿生机器人作为水下机器人的重要分支，其设计灵感来源于自然界中的生物，如鱼类、乌贼等，通过模仿这些生物的推进机制和运动模式，使其相比于传统螺旋桨推进的水下机器人，具有灵活机动、高能耗比、低噪声以及对环境友好等优点。

3、为模拟鱼类高效的推进机制，目前绝大多数水下仿生机器人的驱动部件采用的是串联机构。串联机构将多个动力单元串联一起，通过控制各动力单元的动作，实现仿生机器鱼的游动。此类机构具有构造简单、控制简单等优势，但是稳定性、输出力大小以及机构调整等方面存在一定的局限性。

技术实现思路

1、本发明提供一种并联机构驱动的仿生机器鱼，用以解决现有技术中仿生机器鱼的稳定性差、输出力小以及机构调整不灵活的问题。

2、本发明提供一种并联机构驱动的仿生机器鱼，包括：仿生鱼头、胸鳍组件、仿生鱼体、仿生鱼尾以及尾鳍；所述仿生鱼头、所述仿生鱼体、所述仿生鱼尾以及所述尾鳍依次连接，所述胸鳍设置于所述仿生鱼头上；所述仿生鱼体内设有多个驱动电机，每个所述驱动电机均与所述仿生鱼尾连接，多个所述驱动电机并联形成并联机构，通过协同控制，以使所述仿生鱼尾能够在多个自由度上运动。

3、根据本发明提供的一种并联机构驱动的仿生机器鱼，所述仿生鱼体构造成密闭容纳舱，所述密闭容纳舱的壁面为柔性壁面，多个所述驱动电机设置于所述密闭容纳舱内，每个所述驱动电机的长度可调节，以调节所述密闭容纳舱的体积，进而对仿生机器鱼的浮力进行调节。

4、根据本发明提供的一种并联机构驱动的仿生机器鱼，所述仿生鱼体包括：第一挡板、第二挡板和仿生蒙皮，所述第一挡板、所述第二挡板以及所述仿生蒙皮围设形成密闭容纳舱，所述仿生鱼头与所述第一挡板连接，所述仿生鱼尾与所述第二挡板连接。

5、根据本发明提供的一种并联机构驱动的仿生机器鱼，所述驱动电机为直线电机，所述直线电机的第一端通过虎克铰链与所述第一挡板连接，所述直线电机的第二端通过球铰链与所述第二挡板连接；所述直线电机能够沿自身的延伸方向伸缩。

6、根据本发明提供的一种并联机构驱动的仿生机器鱼，所述仿生鱼头包括壳体和重心调节模块，所述重心调节模块包括第一固定支架、重心驱动舵机、传动组件、重心滑块以及安装架；所述第一固定支架与所述壳体的内壁连接，所述重心驱动舵机设于所述安装架的顶面，所述重心滑块设于所述安装架的底面；所述传动组件包括传动杆和传动件，所述传动杆的两端分别与所述第一固定支架的两端连接，所述传动件与所述传动杆连接，所述重心驱动舵机与所述传动件连接，用于驱动所述传动件带动所述安装支架、所述重心驱动电机以及重心滑块沿所述传动杆的延伸方向来回移动。

7、根据本发明提供的一种并联机构驱动的仿生机器鱼，所述重心调节模块还包括导向杆，所述导向杆的两端分别与所述第一固定支架的两端连接，且所述导向杆与所述传动杆平行，所述安装架的顶部滑动连接于所述导向杆。

8、根据本发明提供的一种并联机构驱动的仿生机器鱼，所述胸鳍组件包括第一胸鳍、第二胸鳍、第一驱动组件以及第二驱动组件，所述第一胸鳍和所述第二胸鳍相对分设于所述仿生鱼头外的左、右侧；所述第一驱动组件与所述第一胸鳍连接，用于驱动所述第一胸鳍相对于所述仿生鱼头摆动；所述第二驱动组件与所述第二胸鳍连接，用于驱动所述第二胸鳍相对于所述仿生鱼头摆动。

9、根据本发明提供的一种并联机构驱动的仿生机器鱼，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件均包括：第二固定支架、胸鳍驱动舵机、联轴器以及胸鳍轴；所述胸鳍驱动舵机通过所述第二固定支架固定在所述壳体内，所述联轴器的一端与所述胸鳍驱动舵机连接，所述联轴器的另一端通过轴承与所述胸鳍轴的一端连接，所述胸鳍轴的另一端穿设所述壳体，并与所述第一胸鳍或第二胸鳍连接。

10、根据本发明提供的一种并联机构驱动的仿生机器鱼，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件还包括端盖、限位件以及密封件，所述端盖套设于所述胸鳍轴，并与所述壳体的内壁面连接；所述限位件套设于所述胸鳍轴，用于限制所述轴承的位置；所述密封件设于所述限位件与所述端盖之间。

11、根据本发明提供的一种并联机构驱动的仿生机器鱼，所述并联机构驱动的仿生机器鱼还包括控制组件、传感组件和无线通讯模块；所述仿生鱼体、所述仿生鱼尾以及所述胸鳍组件分别与所述控制组件连接，所述控制组件用于控制所述并联机构驱动的仿生机器鱼的运动；所述传感组件和所述无线通讯模块分别与所述控制组件连接，所述传感组件用于获取所述并联机构驱动的仿生机器鱼的姿态信息和环境信息，其中所述传感组件包括：视觉模块、图像处理模块、深度传感器以及惯性测量模块；所述无线通讯模块用于与上位机通信连接。

12、本发明提供的并联机构驱动的仿生机器鱼，通过在仿生鱼体内设置多个驱动电机，每个驱动电机均与仿生鱼尾连接，将多个驱动电机并联设置形成并联机构，通过协同控制多个驱动电机的运动，实现仿生鱼尾相对仿生鱼头在每个自由度的运动，从而实现多个自由度的运动。该并联机构驱动的仿生机器鱼在推进的过程中，稳定性强、输出力大，且灵活度高。

技术特征：

1.一种并联机构驱动的仿生机器鱼，其特征在于，包括：仿生鱼头、胸鳍组件、仿生鱼体、仿生鱼尾以及尾鳍；

2.根据权利要求1所述的并联机构驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述仿生鱼体构造成密闭容纳舱，所述密闭容纳舱的壁面为柔性壁面，多个所述驱动电机设置于所述密闭容纳舱内，每个所述驱动电机的长度可调节，以调节所述密闭容纳舱的体积，进而对仿生机器鱼的浮力进行调节。

3.根据权利要求2所述的并联机构驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述仿生鱼体包括：第一挡板、第二挡板和仿生蒙皮，所述第一挡板、所述第二挡板以及所述仿生蒙皮围设形成密闭容纳舱，所述仿生鱼头与所述第一挡板连接，所述仿生鱼尾与所述第二挡板连接。

4.根据权利要求3所述的并联机构驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述驱动电机为直线电机，所述直线电机的第一端通过虎克铰链与所述第一挡板连接，所述直线电机的第二端通过球铰链与所述第二挡板连接；所述直线电机能够沿自身的延伸方向伸缩。

5.根据权利要求1所述的并联机构驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述仿生鱼头包括壳体和重心调节模块，所述重心调节模块包括第一固定支架、重心驱动舵机、传动组件、重心滑块以及安装架；

6.根据权利要求5所述的并联机构驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述重心调节模块还包括导向杆，所述导向杆的两端分别与所述第一固定支架的两端连接，且所述导向杆与所述传动杆平行，所述安装架的顶部滑动连接于所述导向杆。

7.根据权利要求5所述的并联机构驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述胸鳍组件包括第一胸鳍、第二胸鳍、第一驱动组件以及第二驱动组件，所述第一胸鳍和所述第二胸鳍相对分设于所述仿生鱼头外的左、右侧；

8.根据权利要求7所述的并联机构驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件均包括：第二固定支架、胸鳍驱动舵机、联轴器以及胸鳍轴；

9.根据权利要求8所述的并联机构驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件还包括端盖、限位件以及密封件，所述端盖套设于所述胸鳍轴，并与所述壳体的内壁面连接；所述限位件套设于所述胸鳍轴，用于限制所述轴承的位置；所述密封件设于所述限位件与所述端盖之间。

10.根据权利要求1所述的并联机构驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述并联机构驱动的仿生机器鱼还包括控制组件、传感组件和无线通讯模块；

技术总结本发明涉及水下仿生机器人技术领域，提供一种并联机构驱动的仿生机器鱼，包括：仿生鱼头、胸鳍组件、仿生鱼体、仿生鱼尾以及尾鳍；仿生鱼头、仿生鱼体、仿生鱼尾以及尾鳍依次连接，胸鳍设置于仿生鱼头上；仿生鱼体内设有多个驱动电机，每个驱动电机均与仿生鱼尾连接，多个驱动电机并联形成并联机构，通过协同控制，以使仿生鱼尾能够在多个自由度上运动。本发明将多个驱动电机并联设置形成并联机构，通过协同控制多个驱动电机驱动仿生鱼尾在每个自由度的运动，从而实现多个自由度的运动。该并联机构驱动的仿生机器鱼在推进的过程中，稳定性强、输出力大，且灵活度高。技术研发人员：邓赛,范俊峰,吴正兴,周超,谭民受保护的技术使用者：中国科学院自动化研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/17