一種智能仿生機器魚的製作方法
2023-09-14 20:19:15
專利名稱：一種智能仿生機器魚的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種仿生機器魚，特別是關於一種適用於科普產品及智能玩 具等使用頻度較高領域的新型智能仿生機器魚。
技術背景魚類以其快速、高效和機動的遊動方式獲得了人類的讚嘆，九十年代各國紛 紛開始模仿魚類推進機理製造新的水下航行器。目前研究機器魚的機構很多，機 器魚的推進實現方法也很多，主要有舵機推進和氣動推進兩種。使用舵機作為動 力驅動電機的機器魚，由於舵機轉動力矩小、易損壞、響應速度慢等缺點，不適 合於長時間使用的場合。使用氣泵推進的機器魚機構複雜且由於水的變阻力而無 法精確控制機器魚尾部擺動幅度。大部分研究機構都將機器魚分為剛性頭部部分 和柔性推進部分，兩部分之間通過彈性的防水軟質體連接。控制電路、電源等部 件安裝於剛性頭部，採用充電電池作為動力提供元件。這種整體封裝的結構在部 分零件出現故障維修時或需更換電池時拆卸和更換比較困難。因此需要研究設計一種易於拆裝的、新型的、可長期穩定的模擬魚類遊動方 式的仿生機器魚，實現魚類遊動模式的仿生推進機構的目標。 發明內容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠長時間穩定運行，而且能 夠方便的更換電池或故障維修的新型智能仿生機器魚。為實現上述目的，本實用新型採取以下技術方案 一種智能仿生機器魚，其 特徵在於它包括 一傳感交互模塊，其設置在仿生機器魚的頭部； 一上升下潛模 塊，其設置在仿生機器魚的上部； 一仿生推進模塊，其設置在仿生機器魚的中後 部； 一動力電源模塊，其設置在仿生機器魚的下部； 一控制通訊模塊，其設置在 上述四個模塊的中間位置； 一骨架，所述各模塊分別連接在所述骨架上； 一機器 魚外殼，其通過其上的固定點與所述骨架固定連接。所述上升下潛模塊包括一密封艙體， 一直流電機通過一齒輪組帶動兩螺杆前 後運動，所述兩螺杆的前端的密封活塞分別滑動地設置在兩氣囊中，所述氣囊的 --端與所述固定，另一端與外界相連。所述仿生推進模塊包括一密閉的防水外殼，所述防水外殼內設置一底板，一
通過固定座連接在所述底板上的直流電機，所述電機通過一對傘齒輪連接一偏心 滑塊，所述偏心滑塊設置在一滑板的凹槽內，所述滑板的一端具有一直齒條；一 連接直齒輪的輸出軸與所述直齒條捏合，所述輸出軸擺動地連接在所述底板與定 位片之間，所述仿生推進模塊裝在一個防水外殼中，所述輸出軸伸出防水外殼， 通過一彈性的矽橡膠套連接一擺動連杆，所述擺動連杆的另一端與所述機器魚尾 部固定連接。所述控制通訊模塊包括採用ATmegal28的微控制器模塊，其連接有釆用全雙 工RF無線傳輸的通訊模塊、反饋位置信號的超聲測距模塊、顯示當前所處狀態的 LED模塊和直流電機控制晶片，所述控制晶片連接電機驅動模塊，分別驅動所述上 升下潛模塊的直流電機和仿生推進模塊的直流電機；所述採用ATmegal28的微控 制器模塊還連接有用於遙控仿生機器魚的鍵盤輸入模塊、LCD顯示模塊和全雙工串 口通訊模塊，所述控制通訊模塊密封在鋁製外殼中，裝入線路板後殼體用膠密封。所述傳感交互模塊裝有超聲、紅外傳感器以感知前方障礙物的距離，並在所 述仿生機器魚的頭部裝有彩色可控的七彩LED燈。所述仿生機器魚外殼由彈性矽膠整體壓模灌制而成，其底部有開口，開口裝 有易於開合的拉鏈。本實用新型由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本實用新型將仿生 機器魚的各部分分別設置成一個獨立的密封模塊，各部分之間通過防水導線連接， 特別是整個機器魚外殼由彈性矽膠整體壓模灌制而成，因此裝配非常靈活方便， 便於製造和單獨更換。2、本實用新型由於各模塊都是獨立防水的，因此可以在外 殼的底部設置一開口，在幵口上裝有易於開合的拉鏈，不但可以方便的更換電池 和對故障部件進行更換或維修，而且可以靈活選擇各種仿生機器魚的外形加以套裝。3、本實用新型整個系統都採用直流電機作為推進系統，整個系統運動的穩定 性好，並能夠承受一定的載荷。4、本實用新型的上升下潛模塊採用電機通過齒輪 組帶動活塞前後移動的方式，控制氣囊與艙體相連部分的體積，進而簡單方便地 實現了上升和下潛。5、本實用新型的仿生推進模塊通過電機帶動偏心滑塊的轉動， 實現了滑板的正弦往復運動，同時通過滑板的正弦往復運動轉變為輸出軸的正弦 擺動，實現了仿生機器魚尾部的擺動驅動。本實用新型結構簡單，體積可大可小， 可以特別方便地製作出各種用途的仿生機器魚以及觀賞玩具魚。
圖1是本實用新型整體結構的側視示意圖 圖2是本實用新型整體結構的正視示意圖
圖3是本實用新型上升下潛模塊結構示意圖圖4是本實用新型仿生推進模塊立體示意圖 圖5是本實用新型仿生推進模塊俯視示意圖 圖6是本實用新型仿生推進模塊的凸輪與滑板示意圖 圖7是本實用新型仿生機器魚控制電路示意圖 圖8是實用新型仿生機器魚遙控器電路示意圖具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。如圖l、圖2所示，本實用新型的整體結構由若干個模塊組成，包括設置在仿 生機器魚頭部的傳感交互模塊l，設置在仿生機器魚上部的上升下潛模塊2，設置 在仿生機器魚中後部的仿生推進模塊3，設置在仿生機器魚下部的動力電源模塊4， 設置在上述四個模塊中間位置的控制通訊模塊5和遙控部分。各個模塊分別裝在 密封的盒子中，構成一個獨立的密封模塊。各獨立密封模塊通過防水導線相互進 行電氣連接，動力電源模塊4通過易裝卸的防水電源插座與骨架6相連接，骨架6 通過仿生機器魚外殼7上的固定點與外殼7連接。本實用新型的傳感交互模塊1裝有超聲、紅外傳感器等，以感知前方的障礙 物，可以在仿生機器魚的頭部裝有彩色可控的七彩LED燈，通過燈光的變換顯示 仿生機器魚當前所處的狀態。如圖3所示，本實用新型的上升下潛模塊2採用魚漂的原理實現仿生機器魚 的上升下潛。上升下潛部分2包括 一直流電機201，其輸出端的主動齒輪202 帶動兩從動齒輪203轉動，電機201和齒輪組202、 203位置相對於艙體204固定， 兩從動齒輪203中心具有內螺紋，兩從動齒輪203的轉動可以帶動兩螺杆205前 後運動。螺杆205的前端裝有密封活塞206，活塞206在氣囊207中滑動，氣囊 207的一端與艙體204粘接密封，另一端通過管路與外界環境相連，整個艙體204 的各連接部位通過0型圈密封。通過減小氣囊207與艙體204相連部分的體積， 減小體積之後浮力減小，重力不變，使仿生機器魚下潛，增大氣囊207和艙體206 相連部分的體積，可以使仿生機器魚實現上升。如圖4、圖5、圖6所示，仿生推進模塊3的結構包括 一直流電機301，其 與一傘齒輪302相連，另一傘齒輪303與一偏心滑塊304相連，傘齒輪302、 303 把直流電機301的水平轉動轉變為豎直轉動輸出，直流電機301由電機固定座305 與底板306固定。滑塊304為偏心輪結構，滑塊304設置在一滑板307的凹槽中， 滑塊304的轉動可以轉變為滑板307的正弦往復運動，滑塊304與傘齒輪303的
中心固定在底板306與齒輪上定位片308之間，定位片308上設有一定位孔309。 滑板307 —端的直齒條310與輸出軸311端部的連接的直齒輪312嚙合，輸出軸 311安裝在底板306與輸出軸定位片313之間，輸出軸定位片313上設有一定位孔 314，輸出軸311把滑板307的正弦往復運動轉變為輸出軸311的正弦擺動，實現 了模擬魚類正弦擺動的運動方式。仿生推進模塊3為整個仿生機器魚的核心部件， 它裝在一個密閉的防水外殼中，輸出軸311伸出防水外殼。仿生推進模塊3末端 的輸出軸311上連接一擺動連杆8 (如圖1、圖2所示)，擺動連杆8的另一端與 仿生機器魚外殼7的尾部固定連接。仿生推進模塊3的輸出軸311與擺動連杆8 之間設置有一彈性係數比較大的矽橡膠套9，其起防水作用。動力電源模塊4採用高聚合鋰電池作為動力電池，電池裝在密閉的電池盒中， 電池盒採用0圈密封。如圖7所示，本實用新型的控制通訊模塊5包括採用ATmegal28的微控制 器502，全雙工RF無線數傳器件503、超聲蔽障傳感器504、由LED和壓力傳感器 組成的交互器件501和直流電機驅動晶片505。電機驅動晶片505驅動仿生推進電 機301和上升下潛電機205運動。電機301上裝有位置傳感器，已測量電機轉動 的位置信號。如圖8所示，本實用新型的遙控部分包括ATmegal28微控制器508， LCD顯 示屏507，鍵盤506，數傳器件509。微控制器508與鍵盤506、 LCD顯示屏507 和全雙工串口通訊模塊509相連。本實用新型的控制通訊模塊5通過串口與遙控器或上位機通訊，實現數據傳 輸和程序的在線更新。同時控制晶片用控制直流電機301的轉速來控制仿生機器 魚的遊動速度，用控制輸出軸310的擺動角度來控制仿生機器魚的轉彎方向。控 制通訊模塊5密封在鋁製外殼中，裝入線路板後殼體用膠密封，控制信號線通過 防水接口引出殼體與電機301和傳感交互模塊1相連。本實用新型的外殼7由彈性矽膠整體壓模灌制而成，其底部有開口，開口裝 有易於開合的拉鏈。其它模塊部分與骨架6固定後整體裝入。外殼7可製作成金 魚、鯉魚、鯊魚等造型。
權利要求1、一種智能仿生機器魚，其特徵在於它包括一傳感交互模塊，其設置在仿生機器魚的頭部；一上升下潛模塊，其設置在仿生機器魚的上部；一仿生推進模塊，其設置在仿生機器魚的中後部；一動力電源模塊，其設置在仿生機器魚的下部；一控制通訊模塊，其設置在上述四個模塊的中間位置；一骨架，所述各模塊分別連接在所述骨架上；一機器魚外殼，其通過其上的固定點與所述骨架固定連接。
2、 如權利要求l所述的一種智能仿生機器魚，其特徵在於所述上升下潛模 塊包括一密封艙體， 一直流電機通過一齒輪組帶動兩螺杆前後運動，所述兩螺杆 的前端的密封活塞分別滑動地設置在兩氣囊中，所述氣囊的--端與所述固定，另 一端與外界相連。
3、 如權利要求l所述的一種智能仿生機器魚，其特徵在於所述仿生推進模 塊包括一密閉的防水外殼，所述防水外殼內設置一底板， 一通過固定座連接在所 述底板上的直流電機，所述電機通過一對傘齒輪連接一偏心滑塊，所述偏心滑塊 設置在一滑板的凹槽內，所述滑板的一端具有一直齒條； 一連接直齒輪的輸出軸 與所述直齒條捏合，所述輸出軸擺動地連接在所述底板與定位片之間，所述仿生 推進模塊裝在一個防水外殼中，所述輸出軸伸出防水外殼，通過一彈性的矽橡膠 套連接一擺動連杆，所述擺動連杆的另一端與所述機器魚尾部固定連接。
4、 如權利要求2所述的一種智能仿生機器魚，其特徵在於所述仿生推進模 塊包括一密閉的防水外殼，所述防水外殼內設置一底板， 一通過固定座連接在所 述底板上的直流電機，所述電機通過一對傘齒輪連接一偏心滑塊，所述偏心滑塊 設置在一滑板的凹槽內，所述滑板的一端具有一直齒條； 一連接直齒輪的輸出軸 與所述直齒條捏合，所述輸出軸擺動地連接在所述底板與定位片之間，所述仿生 推進模塊裝在一個防水外殼中，所述輸出軸伸出防水外殼，通過一彈性的矽橡膠 套連接一擺動連杆，所述擺動連杆的另一端與所述機器魚尾部固定連接。
5、 如權利要求1或2或3或4所述的一種智能仿生機器魚，其特徵在於所 述控制通訊模塊包括採用ATmegal28的微控制器模塊，其連接有採用全雙工RF無 線傳輸的通訊模塊、反饋位置信號的超聲測距模塊、顯示當前所處狀態的LED模 塊和直流電機控制晶片，所述控制晶片連接電機驅動模塊，分別驅動所述上升下 潛模塊的直流電機和仿生推進模塊的直流電機；所述採用ATmegal28的微控制器 模塊還連接有用於遙控仿生機器魚的鍵盤輸入模塊、LCD顯示模塊和全雙工串口通 訊模塊，所述控制通訊模塊密封在鋁製外殼中，裝入線路板後殼體用膠密封。
6、 如權利要求1或2或3或4所述的一種智能仿生機器魚，其特徵在於所 述傳感交互模塊裝有超聲、紅外傳感器以感知前方障礙物的距離，並在所述仿生 機器魚的頭部裝有彩色可控的七彩LED燈。
7、 如權利要求5所述的一種智能仿生機器魚，其特徵在於所述傳感交互模 塊裝有超聲、紅外傳感器以感知前方障礙物的距離，並在所述仿生機器魚的頭部 裝有彩色可控的七彩LED燈。
8、 如權利要求1或2或3或4或7所述的一種智能仿生機器魚，其特徵在於 所述仿生機器魚外殼由彈性矽膠整體壓模灌制而成，其底部有開口，開口裝有易 於開合的拉鏈。
9、 如權利要求5所述的一種智能仿生機器魚，其特徵在於所述仿生機器魚外殼由彈性矽膠整體壓模灌制而成，其底部有開口，開口裝有易於開合的拉鏈。
10、 如權利要求6所述的一種智能仿生機器魚，其特徵在於所述仿生機器 魚外殼由彈性矽膠整體壓模灌制而成，其底部有開口，開口裝有易於開合的拉鏈。
專利摘要本實用新型涉及一種智能仿生機器魚，其特徵在於它包括一傳感交互模塊，其設置在仿生機器魚的頭部；一上升下潛模塊，其設置在仿生機器魚的上部；一仿生推進模塊，其設置在仿生機器魚的中後部，一動力電源模塊，其設置在仿生機器魚的下部；一控制通訊模塊，其設置在上述四個模塊的中間位置；一骨架，所述各模塊分別連接在所述骨架上；一機器魚外形，骨架通過仿生機器魚外形上的固定點與其相固定。本實用新型的各模塊都是獨立防水的，故可在外殼的底部設置一開合拉鏈，不但更換電池和對故障部件進行更換或維修，而且可以靈活選擇各種仿生機器魚的外形加以套裝。本實用新型結構簡單，體積可大可小，可以方便地製作出各種用途的仿生機器魚以及觀賞玩具魚。
文檔編號A63H23/00GK201052416SQ20072014926
公開日2008年4月30日 申請日期2007年5月22日 優先權日2007年5月22日
發明者範瑞峰, 邵金燕 申請人:範瑞峰;邵金燕