电磁驱动软体仿生鱼

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1、水下机器鱼1.研究现状2.鱼类推进理论3.机器鱼的机械设计4.整体设计方案机器鱼的研究现状机器鱼的研究现状鱼类推进理论鱼类推进理论a鱼类的形体结构鱼类推进理论a鱼类的形体结构纺锤形侧扁形平扁形圆筒形水动力学阻力也很小，显示出这类外形具有良好的水动力学性能鱼类推进理论a鱼类的形体结构尾鳍长距离游动中优势明显鱼类推进理论a鱼类的形体结构胸鳍鱼类胸鳍的运动一般包含三个自由度，这样才能保证胸鳍产生三维的力，实现上浮、下潜运动。鱼类推进理论b鱼类游动方式喷射式BCF推进方式（又称尾鳍摆动式）MPF推进方式机

2、器鱼的机构设计机器鱼的机构设计单关节机器鱼的结构虽然简单，但运动姿态过于生硬，因此不予采用。两关节机器鱼，可以较好的模拟鱼类的运动姿态，控制上也比较简单，因为关节较少，体积可以压缩到一个可承受的范围内，因此，最终选择两个关节作为我们机器鱼的设计方案。自由度选择与分段设计方案机器鱼的机构设计鱼体骨架的设计采用主脊柱与肋环结构，使鱼成为一个整体空腔，便于内部安装其他机构。肋环直径各不相同，以保持鱼体的流线型，从而使鱼体外形更流畅，减少阻力。主脊柱由刚性材料和劲度系数适中的弹簧组成。刚性材料可保持鱼体的

3、特定形状，对肋环起支撑作用。劲度系数适中的弹簧可使鱼体尾部具有一定的柔韧性。因为尾部波动的形成，要求尾部是一个弹性体，这样摆动机构的摆动才能够形成一束波向后传播，推动包络在周围的水以获得向前的动力。弹簧的刚性需控制在一定范围内，太硬会导致损耗太多的电机功率，阻力大，而太软又无法保持鱼的形体。机器鱼的机构设计机器鱼的机构设计机器鱼的机构设计机器鱼的机构设计鲹科类尾部的参数设计摆动部分长度占身体总长的比例身长与摆动部分的比例是鱼类科目划分的一个重要依据。根据R的不同取值，鱼类可以划分为鳗鲡科、骖科、亚

4、鳢科、鲔形科等。同时，这一比例关系对于鱼类游动的速度和机动性也有很重要的影响。一般来说，随着R的减小，鱼类的游动效率和游动尾部占身体比例1/3机器鱼的机构设计摆动部位的简化关节数摆动关节数N越多，鱼体的柔性越大，其游动灵活性越高，但其游动效率越低。随着R的减小N随之减小，其身体的刚性增加，游动效率增加，身体灵活性降低。考虑到机电系统的结构和尺寸约束，以及在多关节串联情况下容易出现的大误差累积，N也非越大越好。设计过程中需要考虑机器鱼的总体尺寸、所要求的性能以及机电系统的精度等因素。鲹科类尾部的参数

5、设计关节数为4机器鱼的机构设计鲹科类尾部的参数设计尾鳍形状尾鳍的形状与身体的游动特征密切相关。一般来说，R越大，主要由身体波产生推进力，尾鳍的形状主要用来调节机动性能，因此，尾鳍柔性较高，多成半圆形和梯形。R越小，尾鳍在摆动时产生的推进力越大，同时其尾鳍的刚性大。凡游动快速而又作长距离洄游的鱼类，尾鳍多呈新月形或叉形，且尾柄较狭细而有力，如金枪鱼、鲐鱼、鲅鱼等。新月形电磁驱动装置的设计电磁驱动装置的设计动力源的选择传统驱动主要包括电机驱动，液压驱动与气压驱动。传统驱动一般来说体积都较大，难以用来设

6、计微型机器鱼，但是材料容易获取，在一般机器鱼的设计中使用较多。大部分动力源为电机，需要使用运动机构，因此带来噪声、机械损耗等问题。本设计概念正是针对以上问题提出的，采用新型动力源，结构简单，容易实现，并且噪声、振动、机械损耗都比较小。电磁驱动装置的设计电磁装置的设计图1——鱼体主轴2——侧骨架3——尾端4——铰链转轴5——磁铁6——阻尼装置7——电磁装置结合图1，鱼体动力装置的设计包括主轴1、侧骨架2，主轴为分节结构，各节之间由铰链4连接，每一节主轴上固定一个侧骨架，最后一节主轴上安装有尾鳍3，在

7、每一节侧骨架的断头安装电磁装置5。在最后一节与倒数第二节主轴上设置有阻尼装置6。而本设计的电磁装置是既能产生拉力，又能产生推力的电磁铁。整个装置固定在上述设计的鱼骨架中，保证整个鱼的灵活性。电磁驱动装置的设计电磁装置的工作原理接通电源，在向右摆尾时，使电磁装置产生如图所示的磁场，即A侧电磁装置之间产生引力作用，而B侧电磁装置之间产生斥力作用，在力的作用下相邻动力段之间将产生转角，最终使鱼尾摆向右侧。在向左摆尾时，改变通向电磁装置的电流方向，使电磁装置产生如图所示的磁场，即A侧电磁装置之间产生斥力作

8、用，在力的作用下相邻动力段之间将产生转角，最终使鱼尾向左摆。再次改变部分电磁装置的电流方向，鱼尾将摆向右侧。周期性的改变电流，即可使鱼尾左右摆动。控制电流改变的频率即可控制鱼尾摆动的频率，而电流的频率我们选择用单片机控制。电磁驱动装置的设计电磁装置的工作原理接通电源，在向右摆尾时，使电磁装置产生如图所示的磁场，即A侧电磁装置之间产生引力作用，而B侧电磁装置之间产生斥力作用，在力的作用下相邻动力段之间将产生转角，最终使鱼尾摆向右侧。在向左摆尾时，改变通向电磁装置的电流方向，使电磁装置