本發(fā)明涉及仿生水下機(jī)器魚，尤其涉及一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚及其制作方法。
背景技術(shù)：
1、海洋中蘊(yùn)含著豐富的資源，包括石油、天然氣、生物基因資源和稀土資源等。然而，由于深海環(huán)境條件復(fù)雜惡劣，如海溝等地帶不僅空間狹窄，而且能見度低，人類在深海環(huán)境下直接進(jìn)行探測變得尤為困難。
2、傳統(tǒng)的仿生機(jī)器魚的動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過模擬魚類的低頻擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)推進(jìn)，低頻擺動(dòng)的仿生機(jī)器魚推進(jìn)效率相對較低。且傳統(tǒng)的仿生機(jī)器魚存在傳動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率與振動(dòng)電機(jī)的振動(dòng)頻率不匹配的情況，由于振動(dòng)頻率的不一致，傳動(dòng)裝置無法實(shí)現(xiàn)對電機(jī)輸出能量的高效捕獲與傳遞，從而限制了仿生機(jī)器魚游動(dòng)效率的提升。因此需要對傳動(dòng)裝置與振動(dòng)電機(jī)之間的頻率進(jìn)行協(xié)調(diào)，確保其振動(dòng)頻率與電機(jī)的振動(dòng)頻率相匹配，以提高能量傳遞效率，進(jìn)而增強(qiáng)仿生機(jī)器魚的游動(dòng)性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對背景技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚及其制作方法。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
3、一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚，包括仿生魚體，其特征在于，所述仿生魚體兩側(cè)與尾部柔性連接有仿生魚鰭，所述仿生魚鰭包括連接桿、電機(jī)裝置和擺動(dòng)件，所述電機(jī)裝置的一端通過所述連接桿傳動(dòng)連接于所述仿生魚體，所述電機(jī)裝置的另一端連接有所述擺動(dòng)件，所述連接桿橫截面為長大于寬的矩形，使得所述仿生魚鰭的一階固有頻率小于所述仿生魚鰭的二階固有頻率；所述仿生魚體內(nèi)設(shè)有控制裝置和電池，所述控制裝置及電池與所述電機(jī)裝置電連接，所述仿生魚體表面柔性密封連接有開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置與所述控制裝置電連接。
4、進(jìn)一步的，所述連接桿長為10-30mm，且所述連接桿橫截面的長寬比為2.5：1。
5、進(jìn)一步的，所述仿生魚體包括相互可拆卸連接的第一仿生魚體與第二仿生魚體，所述第一仿生魚體外側(cè)壁設(shè)有第一裝配腔，所述第二仿生魚體外側(cè)壁設(shè)有第二裝配腔，所述第一仿生魚體的尾部或第二仿生魚體的尾部設(shè)有第三裝配腔，所述連接桿柔性連接于所述第一裝配腔、所述第二裝配腔及所述第三裝配腔內(nèi)。
6、進(jìn)一步的，所述第一仿生魚體與所述第二仿生魚體呈流線型結(jié)構(gòu)。
7、進(jìn)一步的，所述電機(jī)裝置包括電機(jī)艙，所述電機(jī)艙內(nèi)裝配有振動(dòng)電機(jī)，所述電機(jī)艙一端連接有所述連接桿，所述電機(jī)艙的另一端連接有所述擺動(dòng)件。
8、進(jìn)一步的，所述擺動(dòng)件包括連接層與擺動(dòng)片，所述連接層一端連接于所述電機(jī)艙，所述連接層另一端插接有所述擺動(dòng)片。
9、進(jìn)一步的，還包括照明設(shè)備，所述照明設(shè)備柔性密封連接于所述仿生魚體頭部，且所述照明設(shè)備與所述控制裝置電連接。
10、進(jìn)一步的，還包括充電接口，所述充電接口柔性密封連接于設(shè)于所述仿生魚體表面，所述充電接口與所述電池電連接。
11、一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚的制作方法，包括以下步驟：
12、s1將第一仿生魚體和第二仿生魚體使用樹脂材料進(jìn)行3d打印制造；
13、s2將仿生魚鰭放置于第一仿生魚體與第二仿魚體的第一裝配腔、第二裝配腔與第三裝配腔內(nèi)；所述仿生魚鰭與所述第一裝配腔、所述第二裝配腔及所述第三裝配腔柔性連接；
14、s3將電池、照明設(shè)備、啟停開關(guān)與充電接口的引線與控制裝置焊接；
15、s4將所述控制裝置與所述電池豎直放置于仿生魚體內(nèi)，所述照明設(shè)備、所述啟停開關(guān)和所述充電接口分別放置于所述第一仿生魚體和所述第二仿生魚體的相應(yīng)位置，并進(jìn)行密封；
16、s5將所述第一仿生魚體和所述第二仿生魚體定位對齊，并膠黏固定。
17、進(jìn)一步的，s2中的所述仿生魚鰭的制作過程包括以下步驟：
18、s10將電機(jī)裝置的模型和擺動(dòng)件的模型使用樹脂材料進(jìn)行3d打印制造；
19、s20將所述擺動(dòng)件使用柔性材料倒模制成；
20、s30將擺動(dòng)片裁切成特定形狀，之后將擺動(dòng)片插入連接層中并膠黏固定；
21、s40將振動(dòng)電機(jī)嵌入所述電機(jī)裝置的電機(jī)固定腔中膠黏固定；
22、s50將與所述振動(dòng)電機(jī)裝配完成的所述電機(jī)裝置與所述擺動(dòng)件膠黏固定。
23、本發(fā)明的有益效果是：
24、1、本發(fā)明提出的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚及其制作方法，仿生機(jī)器魚對仿生魚鰭上的的連接桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將連接桿截面設(shè)置為長大于寬的矩形，在保證連接桿橫截面不變的情形下，將連接桿截面的長寬比增大，可使得仿生魚鰭的一階固有頻率與二階固有頻率之間的差值增大，可以保證在發(fā)生共振時(shí)，仿生魚鰭的振型以一階振型為主。且將連接桿截面設(shè)置為長大于寬的矩形可以使得仿生魚鰭的振型為垂直于連接桿長度方向的擺動(dòng)，符合魚類的運(yùn)動(dòng)方式。
25、2、本發(fā)明提出的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚及其制作方法，仿生機(jī)器魚采用了偏心輪振動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)推進(jìn)，相比傳統(tǒng)推進(jìn)器，這種高頻振動(dòng)不僅可以提高推進(jìn)效率，還能使機(jī)器魚在較小的體積下實(shí)現(xiàn)快速游動(dòng)。由于偏心輪振動(dòng)電機(jī)的高頻特性，機(jī)器魚能夠進(jìn)行更加精細(xì)和快速的游動(dòng)，同時(shí)振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，無傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚結(jié)構(gòu)的緊湊性，這對于在復(fù)雜水下環(huán)境中的導(dǎo)航和避障能力至關(guān)重要。
26、3、本發(fā)明提出的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚及其制作方法，仿生魚體由第一仿生魚體和第二仿生魚體組成，流線型仿生魚體精確模擬了真實(shí)魚類的體態(tài)特征與游動(dòng)模式，可以顯著提升機(jī)器魚的靈活性、機(jī)動(dòng)性、隱蔽性以及環(huán)境適應(yīng)性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)模塊化便于維護(hù)與升級(jí)，從而在復(fù)雜多變的水下環(huán)境中展現(xiàn)出卓越的性能。
27、4、本發(fā)明提出的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚及其制作方法，仿生魚鰭由連接桿、電機(jī)裝置與擺動(dòng)件組成，電機(jī)裝置外套設(shè)的電機(jī)艙由剛性材料制成，擺動(dòng)件由柔性材料制成，剛性材料制成的電機(jī)艙為魚鰭提供了穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，柔性擺動(dòng)件有助于在擺動(dòng)過程中保持一定的形狀和角度，從而更有效地將能量轉(zhuǎn)化為推力。而則能夠模擬真實(shí)魚鰭的擺動(dòng)方式，產(chǎn)生尾渦以推進(jìn)，進(jìn)一步優(yōu)化流體性能。這種結(jié)合使得仿生魚鰭在推進(jìn)效率上優(yōu)于傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)器。
28、5、本發(fā)明提出的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚及其制作方法，仿生魚體及電機(jī)艙在制作時(shí)都采用了3d打印的技術(shù)，可以精確控制仿生機(jī)器魚電機(jī)艙和魚體的結(jié)構(gòu)，更好達(dá)到所需要的形狀設(shè)計(jì)；同時(shí)，3d打印技術(shù)的應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料低成本、綠色制造提供了可能性與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，3d打印減少了材料浪費(fèi)，降低了制造成本，同時(shí)減少了對環(huán)境的影響。
1.一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚，包括仿生魚體，其特征在于，所述仿生魚體兩側(cè)與尾部柔性連接有仿生魚鰭，所述仿生魚鰭包括連接桿、電機(jī)裝置和擺動(dòng)件，所述電機(jī)裝置的一端通過所述連接桿傳動(dòng)連接于所述仿生魚體，所述電機(jī)裝置的另一端連接有所述擺動(dòng)件，所述連接桿橫截面為長大于寬的矩形，使得所述仿生魚鰭的一階固有頻率小于所述仿生魚鰭的二階固有頻率；所述仿生魚體內(nèi)設(shè)有控制裝置和電池，所述控制裝置及電池與所述電機(jī)裝置電連接，所述仿生魚體表面柔性密封連接有開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置與所述控制裝置電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚，其特征在于，所述連接桿長為10-30mm，且所述連接桿橫截面的長寬比為2.5：1。
3.如權(quán)利要求1所述的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚，其特征在于，所述仿生魚體包括相互可拆卸連接的第一仿生魚體與第二仿生魚體，所述第一仿生魚體外側(cè)壁設(shè)有第一裝配腔，所述第二仿生魚體外側(cè)壁設(shè)有第二裝配腔，所述第一仿生魚體的尾部或第二仿生魚體的尾部設(shè)有第三裝配腔，所述連接桿柔性連接于所述第一裝配腔、所述第二裝配腔及所述第三裝配腔內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚，其特征在于，所述第一仿生魚體與所述第二仿生魚體呈流線型結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚，其特征在于，所述電機(jī)裝置包括電機(jī)艙，所述電機(jī)艙內(nèi)裝配有振動(dòng)電機(jī)，所述電機(jī)艙一端連接有所述連接桿，所述電機(jī)艙的另一端連接有所述擺動(dòng)件。
6.如權(quán)利要求5所述的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚，其特征在于，所述擺動(dòng)件包括連接層與擺動(dòng)片，所述連接層一端連接于所述電機(jī)艙，所述連接層另一端插接有所述擺動(dòng)片。
7.如權(quán)利要求1所述的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚，其特征在于，還包括照明設(shè)備，所述照明設(shè)備柔性密封連接于所述仿生魚體頭部，且所述照明設(shè)備與所述控制裝置電連接。
8.如權(quán)利要求1所述的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚，其特征在于，還包括充電接口，所述充電接口柔性密封連接于設(shè)于所述仿生魚體表面，所述充電接口與所述電池電連接。
9.一種如權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.如權(quán)利要求9所述的一種振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微小型仿生機(jī)器魚的制作方法，其特征在于，s2中的所述仿生魚鰭的制作過程包括以下步驟：