(19)中华人民共和国国家知识产权局 ▣装▣ (12)实用新型专利 (10)授权公告号CN205273823U (45)授权公告日2016.06.01 (21)申请号201521031982.7 (22)申请日2015.12.12 (73)专利权人毕芃 地址100096北京市海淀区西三旗育新花园 66楼809 (72)发明人毕芃马宏伟宫昭 (74)专利代理机构北京市商泰律师事务所 11255 代理人白改芳 (51)nt.Cl. B63H1/36(2006.01) B6301152(2006.01) 权利要求书1页说明书3页附图2页 (54)实用新型名称 “种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼 (57)摘要 17 本实用新型提供一种基于单关节尾鳍驱动的 仿生机器鱼，包括基架以及设于所述基架内的骨 架：其中：所述基架包括机体以及设于所述机体 尾端的尾鳍，所述机体的机身还设有胸鳍组和尾 鳍，所述胸鳍组包括设于所述机身两侧的第一胸 鳍和第二胸鳍：所述骨架包括骨架基体以及设于 所述骨架基体的动力部，所述动力部包括第一动 力单元和第二动力单元，其中：所述第一动力单 元与所述胸鳍组相连接，用于使仿生机器鱼的获 得上浮或者下潜运动：所述第二动力单元与所述 尾鳍相连接，用于使仿生机器鱼的获得摆动。本实 用新型的仿生机器鱼可以稳定而且准确地实现游 动动作，且由于其结构简单，成本较低，尤其适合 于科普教育类的应用场合。 8395327900 石
CN205273823U 权利要求书 1/1页 1.一种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼，其特征在于，包括基架以及设于所述基架 内的骨架：其中： 所述基架包括机体以及设于所述机体尾端的尾鳍，所述机体的机身还设有胸鳍组和尾 鳍，所述胸鳍组包括设于所述机身两侧的第一胸鳍和第二胸鳍： 所述骨架包括骨架基体以及设于所述骨架基体的动力部，所述动力部包括第一动力单 元和第二动力单元，其中： 所述第一动力单元与所述胸鳍组相连接，用于使仿生机器鱼的获得上浮或者下潜运 动； 所述第二动力单元与所述尾鳍相连接，用于使仿生机器鱼的获得摆动。 2.根据权利要求1所述的基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述第一胸 鳍和所述第二胸鳍分别通过第一胸鳍连接杆和第二胸鳍连接杆组连接至所述第一动力单 元，所述尾鳍通过尾鳍架与所述机体相连接，所述尾鳍架连接至所述第二动力单元。 3.根据权利要求2所述的基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述第一动 力单元为舵机，所述舵机通过舵机连接件固定于所述骨架基体，所述第一胸鳍连接杆和第 二胸鳍连接杆经所述舵机连接件连接至所述舵机。 4.根据权利要求2所述的基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述第二动 力单元为电机，所述电机和所述尾鳍架之间设有可变向传动机构，所述可变向传动机构的 输入端与所述电机相连接，所述可变向传动机构的输出端与所述尾鳍架相连接。 5.根据权利要求4所述的基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述可变向 传动机构为锥齿轮副或者蜗轮蜗杆齿轮副。 6.根据权利要求1所述的基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述基架还 包括鱼头，所述鱼头设于所述机体首端，所述鱼头通过0型圈与所述机体相连接。 7.根据权利要求1所述的基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼，其特征在于，所述基架还 包括背鳍，所述背鳍设于所述机体，且所述背鳍置于所述第一胸鳍和所述第二胸鳍之间，所 述背鳍通过机体上的预留孔固定于所述机体。 8.根据权利要求1所述的基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼，其特征在于，还包括流线 组件，所述流线组件设于所述机体与所述尾鳍的连接处，用于减少仿生机器鱼在游动过程 中产生的游动阻力。 2
CN205273823U 说明书 1/3页 一种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼 技术领域 [0001] 本实用新型涉及水下潜器，具体涉及一种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼。 背景技术 [0002]地球的海洋面积为3.61亿平方千米，约占地球总面积的71%，广阔的海洋蕴藏着 丰富的矿产资源，而且海洋中的物种资源储量巨大，随着资源在全球范围内成为关注的焦 点以及海洋勘测技术的发展，对于海洋资源的开发和利用成为世界各国关注的焦点。水下 机器人是从驱动和结构出发，实现对于水下生物（鱼类）的外形及其运动方式的仿生，用智 能设备代替人类实现水下探测，在军用侦查等领域具有广阔的应用前景和巨大的潜在价 值。 [0003]按照推进运动所模仿的鱼类身体部位的不同，目前的仿生机器鱼主要分为两种： 一种是身体、尾鳍推进模式，即利用身体弯曲或尾鳍的周期性往复摆动产生推进力：另一种 是中间鳍、对鳍推进模式，即利用中间鳍、对鳍的周期性摆动或波动产生推进力，这种驱动 模式相比尾鳍驱动模式，游动速度较慢，而采用尾鳍推进模式驱动的仿生机器鱼由于其具 有优秀的加速及高效推进能力，因此在对速度及推进效率有要求的场合下，这种推进模式 得到了人们更多的关注。 实用新型内容 [0004]有鉴于此，本实用新型提供一种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼，旨在从外形 以及游动性能方面优化尾鳍推进模式的仿生机器鱼。 [0005] 本实用新型采用的技术方案具体为： [0006] 一种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼，包括基架以及设于所述基架内的骨架： 其中： [0007] 所述基架包括机体以及设于所述机体尾端的尾鳍，所述机体的机身还设有胸鳍组 和尾鳍，所述胸鳍组包括设于所述机身两侧的第一胸鳍和第二胸鳍： [0008] 所述骨架包括骨架基体以及设于所述骨架基体的动力部，所述动力部包括第一动 力单元和第二动力单元，其中： [0009] 所述第一动力单元与所述胸鳍组相连接，用于使仿生机器鱼的获得上浮或者下潜 运动； [0010] 所述第二动力单元与所述尾鳍相连接，用于使仿生机器鱼的获得摆动。 [0011]在上述基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼中，所述第一胸鳍和所述第二胸鳍分别 通过第一胸鳍连接杆和第二胸鳍连接杆组连接至所述第一动力单元，所述尾鳍通过尾鳍架 与所述机体相连接，所述尾鳍架连接至所述第二动力单元。 [0012]在上述基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼中，所述第一动力单元为舵机，所述舵 机通过舵机连接件固定于所述骨架基体，所述第一胸鳍连接杆和第二胸鳍连接杆经所述舵 机连接件连接至所述舵机。 3
CN205273823U 说明书 2/3页 [0013] 在上述基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼中，所述第二动力单元为电机，所述电 机和所述尾鳍架之间设有可变向传动机构，所述可变向传动机构的输入端与所述电机相连 接，所述可变向传动机构的输出端与所述尾鳍架相连接。 [0014] 在上述基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼中，所述可变向传动机构为锥齿轮副或 者蜗轮蜗杆齿轮副。 [0015]在上述基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼中，所述基架还包括鱼头，所述鱼头设 于所述机体首端，所述鱼头通过0型圈与所述机体相连接。 [0016]在上述基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼中，所述基架还包括背鳍，所述背鳍设 于所述机体，且所述背鳍置于所述第一胸鳍和所述第二胸鳍之间，所述背鳍通过机体上的 预留孔固定于所述机体。 [0017] 在上述基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼中，还包括流线组件，所述流线组件设 于所述机体与所述尾鳍的连接处，用于减少仿生机器鱼在游动过程中产生的游动阻力。 [0018] 本实用新型产生的有益效果是： [0019]本实用新型的仿生机器鱼在水中能够实现如真鱼一样的游动状态，而且这种外形 结构能够在运动过程降低游动阻力：且单关节尾鳍的结构简单，成本相对较低，尤其适合科 普教有类的应用场合： [0020]通过在动力单元中设置电池，使得仿生机器鱼可以在无外接电源的状态下进行在 水下工作，而且两个动力单元通过独立或者联合控制可以实现任意形式的运动。 附图说明 [0021]当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本实用新型。此处所说明的附图用来 提供对本实用新型的进一步理解，实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实 用新型的不当限定。 [0022] 图1为本实用新型一种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼的结构示意图： [0023] 图2为本实用新型一种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼的爆炸图： [0024] 图3为本实用新型一种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼的内部骨架的结构示意 图； [0025] 图4为本实用新型一种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼的内部骨架的爆炸图。 [0026] 图中： [0027] 11、机体12、鱼头13、尾鳍14、第一胸鳍15、第二胸鳍16、背鳍171、第一卡扣 件172、第二卡扣件18、第一胸鳍连接杆19、第二胸鳍连接杆20、尾鳍架21、尾鳍架配 件： [0028] 2、骨架 [0029] 21、骨架基体22、舵机23、电机24、维齿轮传动机构25、舵机连接件26、第一轴 套27、第二轴套。 具体实施方式 [0030]下面结合附图及实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。 [0031] 如图1-2所示的一种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼，通过仿海洋中采用尾鳍
CN205273823U 说明书 3/3页 推进模式运动的鱼类，来实现水下仿生机器人的驱动及其相应的运动。其结构包括基架以 及设于基架内的骨架2，基架主要包括机体11以及设于机体11两端的鱼头12和尾鳍13，机体 11的机身上设有（左、右）两侧胸鳍(14、15)和背鳍16，其中： [0032]鱼头12与机体11通过兼具连接和密封功能的0型圈密封连接，尾鳍13通过尾鳍架 20与机体11相连接，胸鳍(14、15)分别通过胸鳍连接杆(18、19)连接到内部的骨架2（机体11 对应的位置预留有安装孔)，背鳍16则通过机体11上部的预留孔固定于机体11。 [0033]作为一种优选，为了保证尾鳍部位在游动过程中的流线顺畅，在机体11与尾鳍13 的连接处设有相互扣合的卡扣件(171、172)，卡扣件(171、172)的两端分别设有卡扣端，第 一卡扣件171安装于尾鳍架20上，尾鳍架20连接有尾鳍架配件21，可以使得第二卡扣件172 对称式设于另一个尾鳍3的另一侧.通过结构上的过渡，使得仿生机器鱼在游动过程中不 会因为此处连接的突兀性产生游动阻力。 [0034]基架内部的骨架2结构进一步如图3-4所示，主要包括骨架基体21以及沿游动方向 依次置于骨架基体21的舵机22和电机23；其中： [0035]舵机22通过舵机连接件23固定于骨架基体21，而且前述的胸鳍(41、42)也通过胸 鳍连接杆(18、19)连接至舵机连接件25，进一步实现与舵机22的连接：作为一种优选，胸鳍 连接杆(18、19)外侧设有用于保证胸鳍连接杆(18、19)与机体11装配精度的轴套(26、17)， 这样，在舵机23输出转动运动后，依次通过多级连接杆23和胸鳍连接杆(18、19)的传递，进 而使得两侧的胸鳍(41、42)获得转动运动，而胸鳍(41、42)的转动运动使得仿生机器鱼获得 了上浮和下潜运动。 [0036]固定于骨架基体21上的电机23与可变向传动的锥齿轮传动机构24的动力输入轴 相连接，而锥齿轮传动机构24的动力输出轴连接至尾鳍架20，电机23输出的转动运动经锥 齿轮传动机构24输出到尾鳍架20，其中的尾鳍架20为一个L型架，L型架的一边安装有尾鳍 13,另一端则与输出轴相连接，用于传递运动，从而使得尾鳍13获得转动运动，而尾鳍13的 转动运动使得仿生机器鱼获得了摆动运动。当然只要能产生输入与输出的90°转向，也可以 采用如蜗轮蜗杆齿轮副或者等其他能够可靠实现上述传动要求的传动形式。 [0037]本实施例中的仿生机器鱼其外壳形状仿照的是自然界中的鲤鱼外形，一方面利用 单关节尾鳍3的摆动产生前进和转弯动力，另一方面利用胸鳍(14、15)的转动产生上浮/下 潜运动，通过对舵机22和电机23进行相对独立或者联合控制，即可根据设定实现仿生机器 鱼的自由游动。结构简单，尤其适用于实际勘测相对应的科普教育类（如科技馆、）场合。 [0038] 以上结合附图对本实用新型的实施例进行了详细地说明，此处的附图是用来提供 对本实用新型的进一步理解。显然，以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实 用新型的保护范围并不局限于此，任何对本领域的技术人员来说是可轻易想到的、实质上 没有脱离本实用新型的变化或替换，也均包含在本实用新型的保护范围之内。 5
CN205273823U 说明书附图 1/2页 16 15 13 11 12 14 图1 171 13 16 20 2 15 19 21 11 美72 18 14 图2 6
CN205273823U 说明书附图 2/2页 22 19 23 25 18 21 24 图3 21 19 27 23 18 26 25 24 图4 7