[发明专利]一种两自由度的柔性仿生鱼驱动装置及驱动方法

说明书

本发明涉及一种两自由度的柔性仿生鱼驱动装置，驱动装置设置在仿生鱼壳内，所述仿生鱼壳由前端的硬质鱼壳和后端的柔性鱼尾组成，所述驱动装置包括主控单元、驱动控制单元、驱动机械单元和检测单元，所述驱动控制单元包括驱动控制电路和电机驱动电路，所述驱动机械单元包括驱动壳体、第一电机、第二电机、鱼尾摆动板和摆动机构；基于一种两自由度的柔性仿生鱼驱动装置的一种两自由度的柔性仿生鱼驱动方法，包括前行驱动方法和转向驱动方法。本发明的目的是为了解决现有仿生机器鱼不能很好的实现全方位游动的问题，提供一种两自由度的柔性仿生鱼驱动装置及其驱动方法。

技术领域

本发明涉及仿生鱼技术领域，尤其涉及一种两自由度的柔性仿生鱼驱动装置及其驱动方法。

背景技术

在20世纪90年代以前对于仿生机器鱼的研究主要集中于理论方面，随着鱼类游动机理研究的深入，仿生机器鱼开始逐渐成形。近几年，仿生机器鱼在军事，工业和民用方面越来越普及。由于鱼类经过几亿年的进化，已经形成了适合在水下复杂环境的独特形态和运动方式。通过鱼尾和鱼鳍的协调配合摆动，普通鱼类的推进效率最低也能达到80%，而当下的普通水下推进器的推动效率只能达到40%左右。目前鱼类的运动方式主要有两种，一种是身体和尾鳍推进模式（BCF），另一种是中央鳍推进模式（MPF）。由于MPF模式并没有BCF模式运动效率高，因此国内外学者对仿生鱼的研究也就多集中于在对BCF类型上的研究上。当前的仿生鱼结构设计中，多采用通过尾部摆动来实现机器鱼的游动状态。这种方式多采用多关节串并联结构，由于结构装置制作过于复杂，将会降低机械传动效率，增加了控制难度。

现有申请日为2016.08.24，申请公布号为CN106275336 A的发明专利公开了一种仿生鱼的运动机构。该发明包括有仿生鱼摆动组件，仿生鱼身体部件。摆动组件包括了滑轨，滑块，齿条，支杆，定滑轮，拉线，扇形齿轮，带轮，皮带等。仿生鱼身体组件包括了鱼尾，鱼头，鱼身，鱼鳍等。在该机构中使用电机来进行驱动，通过控制电机旋转方向，可以达到控制鱼鳍的左右摆动，进而使仿生鱼不断地向指定的方向运动。另外，通过电机逆顺运动还可以带动仿生鱼鱼尾上下摆动，进而使仿生鱼不断地上下摆动，使得仿生鱼运动的更快更平稳。

但是上述一种仿生鱼的运动机构并不能很好地实现所述功能，利用上述运动机构虽然可以实现鱼尾的摆动并使仿生鱼运动，但由于此机构内部运动机构过多且运动过程较为复杂，产生的摩擦将会消耗很多能量。同时会造成运动时间延时，降低机械传动效率，所以此机构并不能很好地执行控制机构发出的命令。此外，该机构并没有很好的解决仿生鱼有效的转弯及仿生鱼的上浮和下潜，该运动机构也不能实现仿生鱼在上浮或者下潜的同时转弯的功能，即此机构并不能很好的实现仿生鱼的全方位游动。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有仿生机器鱼不能很好的实现全方位游动的问题，提供一种两自由度的柔性仿生鱼驱动装置及其驱动方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种两自由度的柔性仿生鱼驱动装置，驱动装置设置在仿生鱼壳内，所述仿生鱼壳由前端的硬质鱼壳和后端的柔性鱼尾组成，所述驱动装置包括主控单元、驱动控制单元、驱动机械单元和检测单元，所述驱动控制单元包括驱动控制电路和电机驱动电路，所述驱动机械单元包括驱动壳体、第一电机、第二电机、鱼尾摆动板和摆动机构，所述驱动壳体固定设置在硬质鱼壳内，驱动壳体呈前端开口的矩形壳体，驱动壳体的后壁中部横向设置有一字型滑槽，所述第一电机和第二电机分别上下对称固定设置在驱动壳体前端，所述鱼尾摆动板包括前鱼尾摆动板和后鱼尾摆动板，所述前鱼尾摆动板前端穿过驱动壳体的滑槽且与摆动机构传动连接，前鱼尾摆动板后端开有槽孔，所述后鱼尾摆动板前端通过槽孔与前鱼尾摆动板滑动连接，后鱼尾摆动板后端镶嵌在柔性鱼尾内；