专利名称：一种仿鳕鱼机器人的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种水下实验机器人，更特别地说，是指一种仿鳕鱼机器人。
背景技术：
鱼类已经历了上亿年的进化过程，逐渐形成了各具特色的机动游动能力，金枪鱼巡游时的速度在30km/h以上，而瞬时爆发速度高达100km/h ；在转弯能力方面，鱼类可以在 不减速情况下迅速改变方向，转弯半径仅为0. 1 0. 3倍体长，相比之下人造机器的转弯半 径要大至少一个量级，而且在转弯前先要大幅度地减速；在加速性能方面，白斑狗鱼可以在 短时间内加速，加速度可超过20倍重力加速度，是舰艇、机器鱼等不可比拟的。鱼类常见的 机动运动包括快速起动(fast-start)、加速-滑行(burst-coast)、快速转弯(fast turn), 制动(brake)以及常规加速(routine accerlation)等。这些机动性研究都为人造机器提 供重要参考价值。作为鱼类最典型的优势，生物学家已经进行了大量的研究工作，巡游在研 究中被定义为定常运动，而机动运动属于非定常运动，速度大小和运动方向都可能发生改 变。人造机器与生物存在的巨大差距需要通过详细、定量的对比方可全面揭示，并在此基础 上逐步探索缩小差距从而优化人造机器的性能。为了研究鱼类高效游动机制，各国的研究人员纷纷设计了各式各样的机器鱼以有 机器鱼拖曳实验平台。为了研究仿鱼机器人游动时产生的推力、与此推力相匹配的加速度、 仿鱼体本身的阻力、仿鱼体自身所消耗的功率等等参数，必须设计一种专门用于这类实验 的仿鱼机器人。
发明内容
本发明的目的是提供一种仿鳕鱼机器人，其由仿生鱼头、仿生鱼体和尾鳍组成的 机器鱼本体通过防水套筒与基座连接。电机驱动组件通过电机固定件安装在基座上，经过 同步带传动周转轮系，分别将四个伺服电机的动力传递给位于防水套筒的下部的机器鱼本 体。仿生鱼体附着泡沫材料作为鱼体填充物，保持鱼的流线外形。整个鱼体用硅胶皮包裹， 并用防水胶密封。防水套筒以下，可浸于水中进行机器鱼功耗拖曳实验。本发明设计的仿 鱼机器人的外形是效仿真实鳕鱼鱼体，经过建立流线型鱼体放样模型，并在每个关节相应 位置取横截面作为设计第一关节件至第四关节件的设计尺寸。尾鳍选取与鱼体相匹配的参 数，即优化的展弦比。
图1是本发明仿鳕鱼机器人的结构图。图IA是去除外壳的本发明仿鳕鱼机器人 的结构图。图2是本发明电机驱动组件的结构图。图2A是本发明电机驱动组件中A压力 调节件的结构图。图3是本发明基座的下板面的结构图。图3A是本发明基座中A支架的结构图。图3B是本发明基座中B支架的结构图。图3C是本发明基座中C支架的结构图。图3D是本发明基座中D支架的结构图。
图3E是本发明基座中E支架的结构图。图4是本发明仿生鱼头与防水套筒的结 构图。图4A是本发明仿生鱼头与防水套筒的分解图。图5是本发明尾鳍的结构图。图6是本发明仿鳕鱼机器人的躯干的结构图。图6A是本发明仿鳕鱼机器人的传 动部分的结构图。图6B是本发明仿鳕鱼机器人的骨架结构图。图6C是本发明第一关节支架的结构 图。图6D是本发明第二关节支架的结构图。图6E是本发明第三关节支架的结构图。图6F是本发明第四关节支架的结构图。图6G是本发明传动轴支架的结构图。图中1.仿_体 IA外壳 IR躯干 U.第一关M架11-1.A支撑肋11-11.1通孔 11-2.B支撑肋 11-21. J通孔 11-3.A躯干板11-31.空腔11^4.第一关■架 11-41.上框梁 11-42下框梁11-43. K 通孔 11-44. L 通孔 11-5.第一关节轴 11-51.1 轴承11-52. J 轴承11-53. K轴承 11-54. L轴承 11-55. M轴承 12.第二关节支架12-1. C支撑肋12-11. M 通孔 12-2. D 支撑肋 12-21. N 通孔 12-3. B 躯干板 12-31.空腔12-4.第二关节轴架12-41.上框梁 12-42.下框梁 12-43.0通孔12-44. P 通孔 12-5.第二关节轴 12-51. N轴承 12-52. 0 轴承 12-53. P 轴承12-54. Q轴承13.第三关节支架13-1. E支撑肋13-11. Q通孔13-2. F支撑肋13-21. R通孔 13-3. C躯干板13-31.空腔 13-4.第三关节轴架13-41.上框梁 13-42.下框梁 13-43. S通孔13-44. T通孔13-5.第三关节轴13-51. R轴承 13-52. S轴承 13-53. T轴承 14.第四关节支架14-4.尾鳍接头14-41. G支撑肋 14-42. H支撑肋14-43. U通孔14-44. V通孔 14-5.第四关节轴14-51. U轴承 14-52. V轴承 15.传动轴支架15-1. E轴承15-2. F轴承15-3. G轴承 15-4. H轴承15-5. 1支撑肋 15-6. W通孔 15-7. J支撑肋15-8. X通孔 15-9.鱼头架 15-91. E轴承孔 15-92. F轴承孔 15-93. G轴承孔15-94. H 轴承孔 15-95.底板101. I 带轮 102. J 带轮 103. K 带轮104. L 带轮105. M 带轮 106. N 带轮 107. 0 带轮 108. P 带轮109. Q 带轮110. R 带轮 111. S 带轮 112. T 带轮 113. U 带轮114 V带轮 121. A角度传感器122. B角度传感器123. C角度传感器124 D角度传感器151. E同步带 152. F同步带 153. G同步带 154. H同步带 155. I同步带156. J同步带 157. K同步带158. L同步带 159. M同步带 160. N同步带2.电机驱动组件 2A.A伺服电机2B.B伺服电机2C.C伺服电机2D. D伺服电机21A.A传动轴 21B. B传动轴 21C. C传动轴 21D. D传动轴 22A. A同步带22B. B同步带22C. C同步带 22D. D同步带 23Α· A压力调节件23C. C压力调节件23D.D压力调节件 23E.E压力调节件23F.F压力调节件 23G.G压力调节件23H.H压力调节件24A.A带轮 24B. B带轮 24C.C带轮24D.D 带轮24E.E 带轮 24F.F 带轮 24G.G 带轮 24H.H 带轮3.基座3A.上板面 3B.下板面 31. A支架 311. A电机座312. A传感器座 313. B传感器座 314. E通孔 315. A支臂 316. B支臂
32. B支架 321. B电机座 322. C传感器座 323. D传感器座 324. F通孔325. C支臂 326. D支臂 33. C支架 331. C电机座 332. E传感器座333. F传感器座 334. G通孔 335. E支臂 336. F支臂 34. D支架341. D电机座 342. G传感器座 343. H传感器座 344. H通孔 345. G支臂346. H支臂 35. E支架 351. A轴承 352. B轴承 353. C轴承354. D轴承 355.底板 355A.A轴承孔 355B. B轴承孔 355C. C轴承孔355D.D轴承孔4.连接板 4A.支撑柱 5.防水套筒 51. A半套管52. B半套管 6.仿生鱼头61. A半鱼头 62. B半鱼头7.尾鳍71.前端 72.螺纹孔
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图1、图IA所示，本发明的一种仿鳕鱼机器人包括有仿生鱼体1、电机驱动组 件2、基座3、连接板4和防水套筒5 ；其中，仿生鱼体1由仿生鱼头6、尾鳍7、泡沫填充物 (聚乙烯或者聚丙烯)和硅胶外壳IA构成，泡沫填充物填充在仿生鱼体1的躯干IB上，填 充好仿生鱼体1的躯干IB后，再用硅胶包裹在仿生鱼头6、尾鳍7和泡沫填充物的外部上 形成仿生鱼体1的硅胶外壳1A。在本发明中，采用硅胶包裹技术形成仿生鱼体1的外壳IA 充分考虑了仿生鱼体1的外部流线性，以及防水功能。在本发明中，仿生鱼体1通过防水套筒5与基座3连接。电机驱动组件2通过电 机固定件安装在基座3上，经过同步带传动周转轮系(如图2、图6A所示)，分别将四个伺 服电机的动力传递给位于防水套筒5的下部的仿生鱼体1。由于仿生鱼体1的外壳采用硅 胶皮包裹形成，故防水套筒5以下，可浸于水中进行机器鱼功耗拖曳实验。本发明设计的仿 鱼机器人的外形是效仿真实鳕鱼鱼体，经过建立流线型鱼体放样模型，并在每个关节相应 位置取横截面作为设计第一关节件至第四关节件的设计尺寸。尾鳍选取与鱼体相匹配的参 数，即优化的展弦比。在本发明的同步带传动周转轮系中采用的带轮和同步带均为标准件。 所使用的轴承均为深沟球轴承。一、仿生鱼体1参见图1、图IA所示，在本发明中，仿生鱼体1的躯干IB处附着泡沫材料作为鱼体 填充物，保持鱼的流线外形；然后在整个鱼体的外部用硅胶皮包裹，并用防水胶密封形成不 渗水的外壳1A。所述整个鱼体是指仿生鱼头6和仿生鱼体1。参见图6、图6A、图6B所示，仿生鱼体1的躯干IB包括有第一关节支架11、第二 关节支架12、第三关节支架13、第四关节支架14、传动轴支架15和带-轮传动组件；所述 带-轮传动组件是由同步带与带轮配合形成的同步带传动周转轮系。第一关节支架11、第 二关节支架12、第三关节支架13、第四关节支架14和传动轴支架15构成仿生鱼体1的躯 干IB的骨架。参见图6A所示，带-轮传动组件中的同步带与带轮之间的套接关系为I带轮101与M带轮105之间套接有E同步带151 ；J带轮102与N带轮106的上端之间套接有F同步带152 ；N带轮106的下端与Q带轮109的下端之间套接有I同步带155 ；Q带轮109的上端与T带轮112的下端之间L同步带158 ；T带轮112的上端与V带轮114之间套接有N同步带160 ；K带轮103与0带轮107的上端之间套接有G同步带153 ；0带轮107的下端与R 带轮Iio的下端之间套接有J同步带156 ；R带轮110的上端与U带轮113之间套接有M同 步带159 ；L带轮104与P带轮108的上端之间套接有H同步带154 ；P带轮108的下端与S带轮111之间套接有K同步带157。在本发明中，A带轮24A、B带轮24B、C带轮24C、D带轮24D、E带轮24E、F带轮 24F、G带轮24G、H带轮24H、I带轮101、J带轮102、K带轮103、L带轮104、M带轮105、S 带轮111、U带轮113和V带轮114的结构相同(第一组带轮)；N带轮106、0带轮107、P 带轮108、Q带轮109、R带轮110和T带轮112的结构相同(第二组带轮)；由于第二组带 轮上需要套接两根同步带，且需保证两根同步带同向运动，因此第二组带轮的外部齿条结 构与第一组带轮的外部齿条结构相同，但在关节轴的纵向方向上的齿条高度来讲，第二组 带轮要比第一组带轮高出一倍。在电机驱动组件中的带轮、带-轮传动组件中的带轮，其带 轮的外部均设有齿条，该带轮上的齿条与同步带上的齿条相啮合，从而实现在前一个带轮 的转动下，经同步带的传递致使后一个带轮随动。参见图6C所示，第一关节支架11包括有A支撑肋11-1、B支撑肋11_2、A躯干板 11-3、第一关节轴架11-4、第一关节轴11-5，以及安装在第一关节轴11-5上的轴承；所述轴 承在第一关节轴11-5上从上至下分布为I轴承11-51、J轴承11-52、K轴承11_53、L轴承 11-54和M轴承11-55 ；用于测量第一关节轴11_5转动角度的A角度传感器121安装在第 一关节轴11-5的顶部；A支撑肋11-1的收敛端上设有I通孔11-11，该I通孔11_11内安装有I轴承 11-51 ；B支撑肋11-2的收敛端上设有J通孔11-21，该J通孔11_21内安装有M轴承 11-55 ；A躯干板11-3设计成椭圆形，A躯干板11_3的中部开有空腔11_31，该空腔11_31 用于放置第一关节轴架11-4;第一关节轴架11-4的上框梁11-41的中心设有K通孔11_43，第一关节轴架11_4 的下框梁11-42的中心设有L通孔11-44 ；；第一关节轴11-5的一端安装上A角度传感器121后，第一关节轴11_5的另一端 顺次穿过I轴承11-51、J轴承11-52、K轴承11-53、L轴承11-54、M带轮105和M轴承
11-55。J轴承11-52的外圈与P带轮108套接，K轴承11-53的外圈与0带轮107套接，L 轴承11-54的外圈与N带轮106套接。在A伺服电机2A的驱动下，由A带轮24A、A同步带 22A、E带轮24E、A传动轴21A、I带轮101、E同步带151和M带轮105的运动传递关系，使 得第一关节轴11-5转动；因第一关节轴11-5、第一关节轴架11-4和A躯干板11_3为固定 安装关系，故A躯干板11-3随动；A躯干板11-3的随动最终使得仿生鱼体1的躯干IB在 脊椎线上摆动。A躯干板11-3摆幅的大小通过A角度传感器121来测量。参见图6D所示，第二关节支架12包括有C支撑肋12-1、D支撑肋12_2、B躯干板
12-3、第二关节轴架12-4、第二关节轴12-5，以及安装在第二关节轴12_5上的轴承；所述轴 承在第二关节轴12-5上从上至下分布为N轴承12-51、0轴承12-52、P轴承12-53和Q轴承12-54 ；用于测量第二关节轴12-5转动角度的B角度传感器122安装在第二关节轴12_5 的顶部；C支撑肋12-1的收敛端上设有M通孔12-11，该M通孔12-11内安装有N轴承 12-51 ； D支撑肋12-2的收敛端上设有N通孔12-21，该N通孔12-21内安装有Q轴承
12-54；B躯干板12-3设计成椭圆形，B躯干板12_3的中部开有空腔12_31，该空腔12_31 用于放置第二关节轴架12-4;第二关节轴架12-4的上框梁12-41的中心设有0通孔12-43，第二关节轴架12_4 的下框梁12-42的中心设有P通孔12-44 ；第二关节轴12-5的一端安装上B角度传感器122后，第二关节轴12_5的另一端顺 次穿过N轴承12-51、S带轮111、0轴承12-52、P轴承12-53和Q轴承12-54。0轴承12-52 的外圈与R带轮110套接，P轴承12-53的外圈与Q带轮109套接。在D伺服电机2D的驱 动下，由D带轮24D、D同步带22D、H带轮24H、D传动轴21D、L带轮104、H同步带154、P带 轮108、K同步带157和S带轮111的运动传递关系，使得第二关节轴12_5转动；因第二关 节轴12-5、第二关节轴架12-4和B躯干板12-3为固定安装关系，故B躯干板12_3随动；B 躯干板12-3的随动最终使得仿生鱼体1的躯干IB在脊椎线上摆动。B躯干板12-3摆幅的 大小通过B角度传感器122来测量。参见图6E所示，第三关节支架13包括有E支撑肋13_1、F支撑肋13_2、C躯干板
13-3、第三关节轴架13-4、第三关节轴13-5，以及安装在第三关节轴13_5上的轴承；所述轴 承在第三关节轴13-5上从上至下分布为R轴承13-51、S轴承13-52和T轴承13-53 ；用于 测量第三关节轴13-5转动角度的C角度传感器123安装在第三关节轴13-5的顶部；E支撑肋13-1的收敛端上设有Q通孔13-11，该Q通孔13-11内安装有R轴承 13-51 ；F支撑肋13-2的收敛端上设有R通孔13-21，该R通孔13_21内安装有T轴承 13-53 ；C躯干板13-3设计成椭圆形，C躯干板13-3的中部开有空腔13_31，该空腔13_31 用于放置第三关节轴架13-4;第三关节轴架13-4的上框梁13-41的中心设有S通孔13_43，第三关节轴架13_4 的下框梁13-42的中心设有T通孔13-44 ；第三关节轴13-5的一端安装上C角度传感器123后，第三关节轴13_5的另一端 顺次穿过R轴承13-51、S轴承13-52、T带轮112和T轴承13-53。S轴承13-52的外圈与 U带轮113套接。在B伺服电机2B的驱动下，由B带轮24B、B同步带22B、F带轮24F、B传 动轴21B、J带轮102、F同步带152、N带轮106、I同步带155、Q带轮109、L同步带158、T 带轮112、N同步带160和V带轮114的运动传递关系，使得第三关节轴13_5转动；因第三 关节轴13-5、第三关节轴架13-4和C躯干板13-3为固定安装关系，故C躯干板13_3随动； C躯干板13-3的随动最终使得仿生鱼体1的躯干IB在脊椎线上摆动。C躯干板13-3摆幅 的大小通过C角度传感器123来测量。 参见图6F所示，第四关节支架14包括有尾鳍接头14-4、第四关节轴14_5，以及安装在第四关节轴14-5上的轴承；所述轴承在第四关节轴14-5上从上至下分布为U轴承14-51和V轴承14-52 ；用于测量第四关节轴14_5转动角度的D角度传感器124安装在第 四关节轴14-5的顶部；尾鳍接头14-4的后端开有卡槽14-45，该卡槽14_45内安装有尾鳍7的前端71 ； 尾鳍7与尾鳍接头14-4安装是通过螺钉穿过尾鳍接头14-4上的螺纹孔14-46和尾鳍7上 的螺纹孔72后实现；尾鳍接头14-4的前端设有G支撑肋14-41、H支撑肋14-42 ；G支撑肋 14-41的端部设有U通孔14-43，U通孔14-43内安装有U轴承14-51 ；H支撑肋14-42的端 部设有V通孔14-44，V通孔14-44内安装有V轴承14-52 ；第四关节轴14-5的一端安装上D角度传感器124后，第四关节轴14_5的另一端 顺次穿过U轴承14-51、V带轮114和V轴承14-52。在C伺服电机2C的驱动下，由C带轮 24C、C同步带22C、G带轮24G、C传动轴21C、K带轮103、G同步带153、0带轮107、J同步 带156、R带轮110、M同步带159和U带轮113的运动传递关系，使得第四关节轴14_5转 动；因尾鳍接头14-4与第四关节轴14-5为固定安装关系，故尾鳍接头14-4随动；尾鳍接头
14-4的随动最终使得仿生鱼体1的尾鳍7在脊椎线上摆动。尾鳍接头14-4摆幅的大小通 过D角度传感器124来测量。参见图6G所示，传动轴支架15包括有鱼头架15-9、1支撑肋15_5、J支撑肋15-7 ； I支撑肋15-5的一端和J支撑肋15-7的一端安装在鱼头架15-9的后端的侧板面上；I支 撑肋15-5与J支撑肋15-7的结构相同；I支撑肋15-5通过I轴承11-51连接在第一关节 轴11-5的上端，J支撑肋15-7通过M轴承11-55连接在第一关节轴11_5的下端；I支撑 肋15-5上设有W通孔15-6，该W通孔15-6内安装有I轴承11-51 J支撑肋15_7上设有 X通孔15-8，该X通孔15-8内安装有M轴承11-55 ；鱼头架15_9的底板15-95上设有E轴 承孔15-91、F轴承孔15-92、G轴承孔15-93和H轴承孔15-94，E轴承孔15-91内安装有 W轴承15-1，F轴承孔15-92内安装有X轴承15-2，G轴承孔15-93内安装有Y轴承15_3， H轴承孔15-94内安装有Z轴承15-4，W轴承15_1套接在A传动轴2A的另一端上，X轴承
15-2套接在B传动轴2B的另一端上，Y轴承15-3套接在C传动轴2C的另一端上，Z轴承 15-4套接在D传动轴2D的另一端上。在本发明中，支撑肋的收敛端与关节轴之间采用轴承方式的转动副连接。二、电机驱动组件2参见图2所示，电机驱动组件2包括有四个伺服电机、四根传动轴、四根同步带、八 个压力调节件和八个带轮；所述四个伺服电机是指A伺服电机2A、B伺服电机2B、C伺服电机2C和D伺服电 机2D ；所述四根传动轴是指A传动轴21A、B传动轴21B、C传动轴21C和D传动轴21D ；所述四根同步带是指A同步带22A、B同步带22B、C同步带22C和D同步带22D ；所述八个压力调节件是指A压力调节件23A、B压力调节件(图2中未示出)、C压 力调节件23C、D压力调节件23D、E压力调节件23E、F压力调节件23F、G压力调节件23G 和H压力调节件23H。A压力调节件23A包括有惰轮23A-1、惰轮座23A-2、上压块23A-3和下压块23A-4 ； 惰轮座23A-2的一端连接在下压块23A-4的圆柱端上，惰轮座23A-2的另一端连接有惰轮23A-1 ；上压块23A-3的圆柱端安装在A支架31的A支臂312上，上压块23A-3的凹形端与 下压块23A-4的凹形端相对放置，且通过一螺钉连接。在本发明中，惰轮23A-1与A同步带 24A接触的松紧调节通过一贯穿上压块23A-4和下压块23A-5上的螺钉来实现，即一螺钉顺 次穿过上压块23A-4上的螺纹孔和下压块23A-5上的螺纹孔后，在螺钉的螺纹端部套接一 螺母，螺母在螺钉上的运动，实现了惰轮23A-1与A同步带24A的压紧与松开。
所述八个带轮是指A带轮24A、B带轮24B、C带轮24C、D带轮24D、E带轮24E、F 带轮24F、G带轮24G和H带轮24H。A伺服电机21A的机壳安装在基座3的上板面3A上，且A伺服电机21A的输出轴 穿过基座3上的A通孔、A支架上的E通孔314后套接有A带轮24A ；A带轮24A上套接有 A同步带22A，A同步带22k的另一端上套接有E带轮24E，E带轮24E安装在A传动轴21A 一端上；A同步带22A的两个外侧分别A压力调节件23A、B压力调节件接触。B伺服电机21B的机壳安装在基座3的上板面3A上，且B伺服电机21B的输出轴 穿过基座3上的B通孔、B支架上的F通孔324后套接有B带轮24B ；B带轮24B上套接有 B同步带22B，B同步带22B的另一端上套接有F带轮24F，F带轮24F安装在B传动轴21B 一端上；B同步带22B的两个外侧分别C压力调节件23C、D压力调节件23D接触，对于B同 步带22B在传动时的松紧通过所述的C压力调节件23C、D压力调节件23D进行信息采集。C伺服电机21C的机壳安装在基座3的上板面3A上，且C伺服电机21C的输出轴 穿过基座3上的C通孔、C支架上的G通孔334后套接有C带轮24C ；C带轮24C上套接有 C同步带22C，C同步带22C的另一端上套接有G带轮24G，G带轮24G安装在C传动轴21C 一端上；C同步带22C的两个外侧分别E压力调节件23E、F压力调节件23F接触，对于C同 步带22C在传动时的松紧通过所述的E压力调节件23E、F压力调节件23F进行信息采集。D伺服电机21D的机壳安装在基座3的上板面3A上，且D伺服电机21D的输出轴 穿过基座3上的D通孔、D支架上的H通孔344后套接有D带轮24D ；D带轮24D上套接有 D同步带22D，D同步带22D的另一端上套接有H带轮24H，H带轮24H安装在D传动轴21D 一端上；D同步带22D的两个外侧分别G压力调节件23G、H压力调节件23H接触，对于D同 步带22D在传动时的松紧通过所述的G压力调节件23G、H压力调节件23H进行信息采集。三、基座3参见图3所示，基座3上设有用于供伺服电机输出轴通过的四个通孔(A通孔、B通 孔、C通孔和D通孔，这四个通孔在图中未示出)，即A通孔用于A伺服电机2A的输出轴通 过，B通孔用于B伺服电机2B的输出轴通过，C通孔用于C伺服电机2C的输出轴通过，D通 孔用于D伺服电机2D的输出轴通过。基座3的下板面3B上安装有四个结构相同的用于安 装压力调节件的支架(即A支架31、B支架32、C支架33和D支架34)和一个用于确定传 动轴安装位置的E支架35。参见图3A所示，A支架31的A电机座311上设有E通孔314，该E通孔314用于 A伺服电机2A的输出轴穿过；所述A电机座311的A支臂315上安装有A传感器座312，A 传感器座312用于安装A压力调节件23A ；所述A电机座311的B支臂316上安装有B传 感器座313，B传感器座313用于安装B压力调节件(在本发明中给出的附图中没有示出该 附图标记，但根据对称结构设计是可以直接推导得到的)。参见图3B所示，B支架32的B电机座321上设有F通孔324，该F通孔324用于B伺服电机2B的输出轴穿过；所述B电机座321的C支臂325上安装有C传感器座322，B传感器座322用于安装C压力调节件23C ；所述B电机座321的D支臂326上安装有D传 感器座323，D传感器座323用于安装D压力调节件23D。参见图3C所示，C支架33的C电机座331上设有G通孔334，该G通孔334用于 C伺服电机2C的输出轴穿过；所述C电机座331的E支臂335上安装有E传感器座332，E 传感器座332用于安装E压力调节件23E ；所述C电机座331的F支臂336上安装有F传 感器座333，F传感器座333用于安装F压力调节件23F。参见图3D所示，D支架34的D电机座331上设有H通孔344，该H通孔344用于 D伺服电机2D的输出轴穿过；所述D电机座341的G支臂345上安装有G传感器座342，G 传感器座342用于安装G压力调节件23G ；所述D电机座341的H支臂346上安装有H传 感器座343，H传感器座343用于安装H压力调节件23H。参见图3E所示，E支架35的底板355上设有供安装轴承的A轴承孔355A、B轴承 孔355B、C轴承孔355C和D轴承孔355D，A轴承孔355A内安装有A轴承351，B轴承孔355B 内安装有B轴承352，C轴承孔355C内安装有C轴承353，D轴承孔355D内安装有D轴承 354。A轴承351A套接在传动轴21A的上端；B轴承352套接在B传动轴21B的上端；C轴 承353套接在C传动轴2IC的上端；D轴承354套接在D传动轴2ID的上端。在本发明中，通过紧靠在同步带两外侧的两个压力调节件来调节套接在伺服电机 的输出轴上的同步带的张紧力。四、连接板4参见图1所示，在本发明中，连接板4是用于将仿生机器人与仿生机器人的拖曳控 制部分进行固定安装的一个连接件。连接板4与基座3之间安装有四根结构相同的支撑柱 4A，这四根支撑柱4A用于隔开连接板4与基座3之间的距离，同时也是方便电机驱动组件 2中的四个电机在基座3上的安装位置。五、防水套筒5和仿生鱼头6参见图4、图4A所示，防水套筒5与仿生鱼头6采用铸塑成型工艺进行加工，即将 原料(如铝或者塑料)加热成液态，然后注入模具中形成。防水套筒5是由A半套管51与B半套管52经对接后形成。仿生鱼头6是由A半鱼头62与B半鱼头62经对接后形成，且对接后的鱼头尾部 形成一个空腔6A，该空腔6A用于放置传动轴支架15。在本发明中，采用注浆成型工艺制得仿生鱼头6，使得仿鱼机器人更佳的接近鳕鱼 的头部。将传动轴外部套接的防水套筒5与仿生鱼头6注浆成一体，有利于仿鱼机器人在 水中进行拖曳实验时头部因螺纹连接或者螺钉铆接造成的相对滑动，影响仿鱼机器人躯干 的运动。六、尾鳍7参见图5所示，尾鳍7采用铸塑成型工艺加工，制得的尾鳍7与鳕鱼的尾部相同， 尾鳍7的前部71设有螺纹孔72，通过一螺钉穿过该螺纹孔72和尾鳍接头14-4上的螺纹孔 14-46实现尾鳍7安装在尾鳍接头14-4上。本发明仿鳕鱼机器人中电机驱动组件与带_轮传动组件的同步带串联周转轮系 传动方式为
A伺服电机2A输出的运动顺次经A带轮24A、A同步带22A、E带轮24E、A传动轴 21A、I带轮101、E同步带151和M带轮105后传递至第一关节轴11_5上；所述第一关节轴
11-5在A伺服电机2A的驱动下，进而实现了A躯干板11-3在仿鱼机器人的脊椎线上的摆
动。B伺服电机2B输出的运动顺次经B带轮24B、B同步带22B、F带轮24F、B传动轴 21B、J带轮102、F同步带152、N带轮106、I同步带155、Q带轮109、L同步带158和T带 轮112后传递至第三关节轴13-5上；所述第三关节轴13-5在B伺服电机2B的驱动下，进 而实现了 C躯干板13-3在仿鱼机器人的脊椎线上的摆动。C伺服电机2C输出的运动顺次经C带轮24C、C同步带22C、G带轮24G、C传动轴 21C、K带轮103、G同步带153、0带轮107、J同步带156、R带轮110、M同步带159、U带轮 113、N同步带160和V带轮114后传递至第四关节轴14_5上；所述第四关节轴14_5在C 伺服电机2C的驱动下，进而实现了第四关节支架14在仿鱼机器人的脊椎线上的摆动。D伺服电机2D输出的运动顺次经D带轮24D、D同步带22D、H带轮24H、D传动轴 21D、L带轮104、H同步带154、P带轮108、K同步带157和S带轮111后传递至第二关节轴
12-5上；所述第二关节轴12-5在D伺服电机2D的驱动下，进而实现了B躯干板12_3在仿 鱼机器人的脊椎线上的摆动。本发明设计的仿鱼机器人将驱动原件置于机器鱼体外，大大减轻了鱼体各个关节 上的分布质量。机器鱼体波动时，减轻了施加在伺服电机上的负载，减小了运动失真，有利 于控制系统(通过连接板4安装)精确拟合运动曲线，提高系统的动态响应性能。本发明 根据鳕鱼形态观测生物学数据设计机器鱼的外形，同时采用了一种新的机构——同步带串 联周转轮系传动方式，作为机器鳕鱼的机械传动方式，使仿生机器鳕鱼在形态学和运动学 上最大程度复现自然界鱼类游动方式。因此，为研究非定常高升力产生机制而专门建立一 个实验平台，有着实际和科学的意义。
权利要求
一种仿鳕鱼机器人，其特征在于包括有仿生鱼体(1)、电机驱动组件(2)、基座(3)、连接板(4)和防水套筒(5)；其中，仿生鱼体(1)由仿生鱼头(6)、尾鳍(7)、泡沫填充物和硅胶外壳(1A)构成，泡沫填充物填充在仿生鱼体(1)的躯干(1B)上，然后用硅胶包裹躯干(1B)和仿生鱼头(6)形成仿鳕鱼外形的硅胶外壳(1A)；仿生鱼体(1)的躯干(1B)包括有第一关节支架(11)、第二关节支架(12)、第三关节支架(13)、第四关节支架(14)、传动轴支架(15)和带-轮传动组件；所述带-轮传动组件是由同步带与带轮配合形成；第一关节支架(11)、第二关节支架(12)、第三关节支架(13)、第四关节支架(14)和传动轴支架(15)构成仿生鱼体(1)的躯干(1B)的骨架；所述带-轮传动组件中的同步带与带轮之间的套接关系为I带轮(101)与M带轮(105)之间套接有E同步带(151)；J带轮(102)与N带轮(106)的上端之间套接有F同步带(152)；N带轮(106)的下端与Q带轮(109)的下端之间套接有I同步带(155)；Q带轮(109)的上端与T带轮(112)的下端之间L同步带(158)；T带轮(112)的上端与V带轮(114)之间套接有N同步带(160)；K带轮(103)与O带轮(107)的上端之间套接有G同步带(153)；O带轮(107)的下端与R带轮(110)的下端之间套接有J同步带(156)；R带轮(110)的上端与U带轮(113)之间套接有M同步带(159)；L带轮(104)与P带轮(108)的上端之间套接有H同步带(154)；P带轮(108)的下端与S带轮(111)之间套接有K同步带(157)；第一关节支架(11)包括有A支撑肋(11-1)、B支撑肋(11-2)、A躯干板(11-3)、第一关节轴架(11-4)、第一关节轴(11-5)，以及安装在第一关节轴(11-5)上的轴承；所述轴承在第一关节轴(11-5)上从上至下分布为I轴承(11-51)、J轴承(11-52)、K轴承(11-53)、L轴承(11-54)和M轴承(11-55)；A角度传感器(121)安装在第一关节轴(11-5)的顶部；A支撑肋(11-1)的收敛端上设有I通孔(11-11)，该I通孔(11-11)内安装有I轴承(11-51)；B支撑肋(11-2)的收敛端上设有J通孔(11-21)，该J通孔(11-21)内安装有M轴承(11-55)；A躯干板(11-3)的中部开有空腔(11-31)，该空腔(11-31)用于放置第一关节轴架(11-4)；第一关节轴架(11-4)的上框梁(11-41)的中心设有K通孔(11-43)，第一关节轴架(11-4)的下框梁(11-42)的中心设有L通孔(11-44)；第一关节轴(11-5)的一端安装上A角度传感器(121)后，第一关节轴(11-5)的另一端顺次穿过I轴承(11-51)、J轴承(11-52)、K轴承(11-53)、L轴承(11-54)、M带轮(105)和M轴承(11-55)；J轴承(11-52)的外圈与P带轮(108)套接，K轴承(11-53)的外圈与O带轮(107)套接，L轴承(11-54)的外圈与N带轮(106)套接；在A伺服电机(2A)的驱动下，由A带轮(24A)、A同步带(22A)、E带轮(24E)、A传动轴(21A)、I带轮(101)、E同步带(151)和M带轮(105)的运动传递关系，使得第一关节轴(11-5)转动；进而使A躯干板(11-3)在脊椎线上摆动；第二关节支架(12)包括有C支撑肋(12-1)、D支撑肋(12-2)、B躯干板(12-3)、第二关节轴架(12-4)、第二关节轴(12-5)，以及安装在第二关节轴(12-50上的轴承；所述轴承在第二关节轴(12-5)上从上至下分布为N轴承(12-51)、O轴承(12-52)、P轴承(12-53)和Q轴承(12-54)；B角度传感器(122)安装在第二关节轴(12-5)的顶部；C支撑肋(12-1)的收敛端上设有M通孔(12-11)，该M通孔(12-11)内安装有N轴承(12-51)；D支撑肋(12-2)的收敛端上设有N通孔(12-21)，该N通孔(12-21)内安装有Q轴承(12-54)；B躯干板(12-3)的中部开有空腔(12-31)，该空腔(12-31)用于放置第二关节轴架(12-4)；第二关节轴架(12-4)的上框梁(12-41)的中心设有O通孔(12-43)，第二关节轴架(12-4)的下框梁(12-42)的中心设有P通孔(12-44)；第二关节轴(12-5)的一端安装上B角度传感器(122)后，第二关节轴(12-5)的另一端顺次穿过N轴承(12-51)、S带轮(111)、O轴承(12-52)、P轴承(12-53)和Q轴承(12-54)；O轴承(12-52)的外圈与R带轮(110套接)，P轴承(12-53)的外圈与Q带轮(109)套接；在D伺服电机(2D)的驱动下，由D带轮(24D)、D同步带(22D)、H带轮(24H)、D传动轴(21D)、L带轮(104)、H同步带(154)、P带轮(108)、K同步带(157)和S带轮(111)的运动传递关系，使得第二关节轴(12-5)转动；进而使B躯干板(12-3)在脊椎线上摆动；第三关节支架(13)包括有E支撑肋(13-1)、F支撑肋(13-2)、C躯干板(13-3)、第三关节轴架(13-4)、第三关节轴(13-5)，以及安装在第三关节轴(13-5)上的轴承；所述轴承在第三关节轴(13-5)上从上至下分布为R轴承(13-51)、S轴承(13-52)和T轴承(13-53)；C角度传感器(123)安装在第三关节轴(13-5)的顶部；E支撑肋(13-1)的收敛端上设有Q通孔(13-11)，该Q通孔(13-11)内安装有R轴承(13-51)；F支撑肋(13-2)的收敛端上设有R通孔(13-21)，该R通孔(13-21)内安装有T轴承(13-53)；C躯干板(13-3)的中部开有空腔(13-31)，该空腔(13-31)用于放置第三关节轴架(13-4)；第三关节轴架(13-4)的上框梁(13-41)的中心设有S通孔(13-43)，第三关节轴架(13-4)的下框梁(13-42)的中心设有T通孔(13-44)；第三关节轴(13-5)的一端安装上C角度传感器(123)后，第三关节轴(13-5)的另一端顺次穿过R轴承(13-51)、S轴承(13-52)、T带轮(112)和T轴承(13-53)；S轴承(13-52)的外圈与U带轮(113)套接；在B伺服电机(2B)的驱动下，由B带轮(24B)、B同步带(22B)、F带轮(24F)、B传动轴(21B)、J带轮(102)、F同步带(152)、N带轮(106)、I同步带(155)、Q带轮(109)、L同步带(158)、T带轮(112)、N同步带(160)和V带轮(114)的运动传递关系，使得第三关节轴(13-5)转动；进而使C躯干板(13-3)在脊椎线上摆动；第四关节支架(14)包括有尾鳍接头(14-4)、第四关节轴(14-5)，以及安装在第四关节轴(14-5)上的轴承；所述轴承在第四关节轴(14-5)上从上至下分布为U轴承(14-51)和V轴承(14-52)；D角度传感器(124)安装在第四关节轴(14-5)的顶部；尾鳍接头(14-4)的后端开有卡槽(14-45)，该卡槽(14-45)内安装有尾鳍(7)的前端(71)；尾鳍(7)与尾鳍接头(14-4)安装是通过螺钉穿过尾鳍接头(14-4)上的螺纹孔(14-46)和尾鳍(7)上的螺纹孔(72)后实现；尾鳍接头(14-4)的前端设有G支撑肋(14-41)、H支撑肋(14-42)；G支撑肋(14-41)的端部设有U通孔(14-43)，U通孔(14-43)内安装有U轴承(14-51)；H支撑肋(14-42)的端部设有V通孔(14-44)，V通孔(14-44)内安装有V轴承(14-52)；第四关节轴(14-5)的一端安装上D角度传感器(124)后，第四关节轴(14-5)的另一端顺次穿过U轴承(14-51)、V带轮(114)和V轴承(14-52)；在C伺服电机(2C)的驱动下，由C带轮(24C)、C同步带(22C)、G带轮(24G)、C传动轴(21C)、K带轮(103)、G同步带(153)、O带轮(107)、J同步带(156)、R带轮(110)、M同步带(159)和U带轮(113)的运动传递关系，使得第四关节轴(14-5)转动；进而使尾鳍接头(14-4)随动；尾鳍接头(14-4)的随动最终使得仿生鱼体(1)的尾鳍(7)在脊椎线上摆动；传动轴支架(15)包括有鱼头架(15-9)、I支撑肋(15-5)、J支撑肋(15-7)；I支撑肋(15-5)的一端和J支撑肋(15-7)的一端安装在鱼头架(15-9)的后端的侧板面上；I支撑肋(15-5)与J支撑肋(15-7)的结构相同；I支撑肋(15-5)通过I轴承(11-51)连接在第一关节轴(11-5)的上端，J支撑肋(15-7)通过M轴承(11-55)连接在第一关节轴(11-5)的下端；I支撑肋(15-5)上设有W通孔(15-6)，该W通孔(15-6)内安装有I轴承(11-51)；J支撑肋(15-7)上设有X通孔(15-8)，该X通孔(15-8)内安装有M轴承(11-55)；鱼头架(15-9)的底板(15-95)上设有E轴承孔(15-91)、F轴承孔(15-92)、G轴承孔(15-93)和H轴承孔(15-94)，E轴承孔(15-91)内安装有E轴承(15-1)，F轴承孔(15-92)内安装有F轴承(15-2)，G轴承孔(15-93)内安装有G轴承(15-3)，H轴承孔(15-94)内安装有H轴承(15-4)，E轴承(15-1)套接在A传动轴(2A)的另一端上，F轴承(15-2)套接在B传动轴(2B)的另一端上，G轴承(15-3)套接在C传动轴(2C)的另一端上，H轴承(15-4)套接在D传动轴(2D)的另一端上；电机驱动组件(2)包括有四个伺服电机、四根传动轴、四根同步带、八个压力调节件和八个带轮；所述四个伺服电机是指A伺服电机(2A)、B伺服电机(2B)、C伺服电机(2C)和D伺服电机(2D)；所述四根传动轴是指A传动轴(21A)、B传动轴(21B)、C传动轴(21C)和D传动轴(21D)；所述四根同步带是指A同步带(22A)、B同步带(22B)、C同步带(22C)和D同步带(22D)；所述八个压力调节件是指A压力调节件(23A)、B压力调节件、C压力调节件(23C)、D压力调节件(23D)、E压力调节件(23E)、F压力调节件(23F)、G压力调节件(23G)和H压力调节件(23H)；所述八个带轮是指A带轮(24A)、B带轮(24B)、C带轮(24C)、D带轮(24D)、E带轮(24E)、F带轮(24F)、G带轮(24G)和H带轮(24H)；A伺服电机(21A)的机壳安装在基座(3)的上板面(3A)上，且A伺服电机(21A)的输出轴穿过基座(3)上的A通孔、A支架上的E通孔(314)后套接有A带轮(24A)；A带轮(24A)上套接有A同步带(22A)，A同步带(22A)的另一端上套接有E带轮(24E)，E带轮(24E)安装在A传动轴(21A)一端上；A同步带(22A)的两个外侧分别A压力调节件(23A)、B压力调节件(23B)接触；B伺服电机(21B)的机壳安装在基座(3)的上板面(3A)上，且B伺服电机(21B)的输出轴穿过基座(3)上的B通孔、B支架上的F通孔(324)后套接有B带轮(24B)；B带轮(24B)上套接有B同步带(22B)，B同步带(22B)的另一端上套接有F带轮(24F)，F带轮(24F)安装在B传动轴(21B)一端上；B同步带(22B)的两个外侧分别C压力调节件(23C)、D压力调节件(23D)接触；C伺服电机(21C)的机壳安装在基座(3)的上板面(3A)上，且C伺服电机(21C)的输出轴穿过基座(3)上的C通孔、C支架上的G通孔(334)后套接有C带轮(24C)；C带轮(24C)上套接有C同步带(22C)，C同步带(22C)的另一端上套接有G带轮(24G)，G带轮(24G)安装在C传动轴(21C)一端上；C同步带(22C)的两个外侧分别E压力调节件(23E)、F压力调节件(23F)接触；D伺服电机(21D)的机壳安装在基座(3)的上板面(3A)上，且D伺服电机(21D)的输出轴穿过基座(3)上的D通孔、D支架上的H通孔(344)后套接有D带轮(24D)；D带轮(24D)上套接有D同步带(22D)，D同步带(22D)的另一端上套接有H带轮(24H)，H带轮(24H)安装在D传动轴(21D)一端上；D同步带(22D)的两个外侧分别G压力调节件(23G)、H压力调节件(23H)接触；基座(3)上设有用于供伺服电机输出轴通过的A通孔、B通孔、C通孔和D通孔，A通孔用于A伺服电机(2A)的输出轴通过，B通孔用于B伺服电机(2B)的输出轴通过，C通孔用于C伺服电机(2C)的输出轴通过，D通孔用于D伺服电机(2D)的输出轴通过；基座(3)的下板面(3B)上安装有四个结构相同的用于安装压力调节件的A支架(31)、B支架(32)、C支架(33)、D支架(34)和E支架(35)；A支架(31)的A电机座(311)上设有E通孔(314)，该E通孔(314)用于A伺服电机(2A)的输出轴穿过；所述A电机座(311)的A支臂(315)上安装有A传感器座(312)，A传感器座(312)用于安装A压力调节件(23A)；所述A电机座(311)的B支臂(316)上安装有B传感器座(313)，B传感器座(313)用于安装B压力调节件；B支架(32)的B电机座(321)上设有F通孔(324)，该F通孔(324)用于B伺服电机(2B)的输出轴穿过；所述B电机座(321)的C支臂(325)上安装有C传感器座(322)，B传感器座(322)用于安装C压力调节件(23C)；所述B电机座(321)的D支臂(326)上安装有D传感器座(323)，D传感器座(323)用于安装D压力调节件(23D)；C支架(33)的C电机座(331)上设有G通孔(334)，该G通孔(334)用于C伺服电机(2C)的输出轴穿过；所述C电机座(331)的E支臂(335)上安装有E传感器座(332)，E传感器座(332)用于安装E压力调节件(23E)；所述C电机座(331)的F支臂(336)上安装有F传感器座(333)，F传感器座(333)用于安装F压力调节件(23F)；D支架(34)的D电机座(331)上设有H通孔(344)，该H通孔(344)用于D伺服电机(2D)的输出轴穿过；所述D电机座(341)的G支臂(345)上安装有G传感器座(342)，G传感器座(342)用于安装G压力调节件(23G)；所述D电机座(341)的H支臂(346)上安装有H传感器座(343)，H传感器座(343)用于安装H压力调节件(23H)；E支架(35)的底板(355)上设有供安装轴承的A轴承孔(355A)、B轴承孔(355B)、C轴承孔(355C)和D轴承孔(355D)，A轴承孔(355A)内安装有A轴承(351)，B轴承孔(355B)内安装有B轴承(352)，C轴承孔(355C)内安装有C轴承(353)，D轴承孔(355D)内安装有D轴承(354)；A轴承(351A)套接在传动轴(21A)的上端；B轴承(352)套接在B传动轴(21B)的上端；C轴承(353)套接在C传动轴(21C)的上端；D轴承(354)套接在D传动轴(21D)的上端；防水套筒(5)是由A半套管(51)与B半套管(52)经对接后形成；仿生鱼头(6)是由A半鱼头(62)与B半鱼头(62)经对接后形成，且对接后的鱼头尾部形成一个空腔(6A)，该空腔(6A)用于放置传动轴支架。
2.根据权利要求1所述的仿鳕鱼机器人，其特征在于电机驱动组件与带-轮传动组件 的同步带串联周转轮系传动方式为A伺服电机(2A)输出的运动顺次经A带轮(24A)、A同步带(22A)、E带轮(24E)、A传 动轴(21A)、I带轮(101)、E同步带(151)和M带轮(105)后传递至第一关节轴(11_5)上； 所述第一关节轴(11-5)在A伺服电机(2A)的驱动下，进而实现了 A躯干板(11-3)在仿鱼 机器人的脊椎线上的摆动；B伺服电机(2B)输出的运动顺次经B带轮(24B)、B同步带(22B)、F带轮(24F)、B传 动轴(21B)、J带轮(102)、F同步带(152)、N带轮(106)、I同步带(155)、Q带轮(109)、L 同步带(158)和T带轮(112)后传递至第三关节轴(13-5)上；所述第三关节轴(13_5)在 B伺服电机(2B)的驱动下，进而实现了 C躯干板(13-3)在仿鱼机器人的脊椎线上的摆动； C伺服电机(2C)输出的运动顺次经C带轮(24C)、C同步带(22C)、G带轮(24G)、C传 动轴(21C)、K带轮(103)、G同步带(153)、O带轮(107)、J同步带(156)、R带轮(110)、M 同步带(159)、U带轮(113)、N同步带(160)和V带轮(114)后传递至第四关节轴(14-5) 上；所述第四关节轴(14-5)在C伺服电机(2C)的驱动下，进而实现了第四关节支架(14)在仿鱼机器人的脊椎线上的摆动； D伺服电机(2D)输出的运动顺次经D带轮(24D)、D同步带(22D)、H带轮(24H)、D传 动轴(21D)、L带轮(104)、H同步带(154)、P带轮(108)、K同步带(157)和S带轮(111) 后传递至第二关节轴(12-5)上；所述第二关节轴(12-5)在D伺服电机(2D)的驱动下，进 而实现了 B躯干板(12-3)在仿鱼机器人的脊椎线上的摆动。
全文摘要
本发明公开了一种仿鳕鱼机器人，属于仿生机器人研究领域；其包括有仿生鱼体、电机驱动组件、基座、连接板和防水套筒；仿生鱼体由仿生鱼头、尾鳍、泡沫填充物和硅胶外壳构成，泡沫填充物填充在仿生鱼体的躯干上后，再用硅胶包裹在仿生鱼头、尾鳍和泡沫填充物的外部形成具有仿鳕鱼流线外形及防水功能的硅胶外壳。电机驱动组件与带-轮传动组件的同步带串联周转轮系传动方式，作为机器鳕鱼的机械传动方式，使仿生机器鳕鱼在形态学和运动学上最大程度复现自然界鱼类游动方式。该机器人具有运动功耗可测量，游动拟合度高。
文档编号B63G8/00GK101797971SQ201010142639
公开日2010年8月11日 申请日期2010年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者丑武胜, 文力, 梁建宏, 范哲 申请人:北京航空航天大学