仿真鱼设计说明书

仿真机器鱼设计

一、引言

仿真鱼作为新型动力及数控方向的实践研究已有一定成果，它可以更逼真的模拟鱼的游动原理，使水下的机器人运动更符合流体力学原理，具有更好的加速和转向能力，利用它们可以探测海洋，寻找和检测海域中受污染的地方，也可以用来勘探地形；在当今日趋复杂的生活应用中，具有很大的现实意义，随着人们对海底世界的探究，我们急需有能够代替人自身而探索海洋资源的器械，仿真鱼则是很好的选择。

二、研究意义与发展前景

一般的潜水技术已无法适应现代高深度综合考察和研究、完成各种作业的需要。但在现实中都是利用螺旋桨来推动船前进，这就要求突破当今专一的运输方式和水下推进方式，追求利用鱼类的游动原理来做出比具有螺旋桨更快和更低噪声的水下推行器-------仿鱼机器人。仿鱼机器人是参照鱼类的游动推进机理，利用机械和电子手段以及功能材料来模拟鱼游动作，从而实现高效的水下运动的一种机械装置。与传统螺旋桨推进器相比，具有高效率、高机动性和低噪音等优点。

对于仿真鱼的研究有机器广阔的发展前景，我们追求利用鱼类的游动原理来做出比具有螺旋桨更快和更低噪声的水下推行器-------仿鱼机器鱼。仿鱼机器鱼是参照鱼类的游动推进机理，利用机械和电子手段以及功能材料来模拟鱼游动作，从而实现高效的水下运动的一种机械装置。与传统螺旋桨推进器相比，具有高效率、高机动性和低噪音等优点。所以说对于方针鱼的研究有极其重要的意义。

仿鱼机器人是参照鱼类的游动推进机理，利用机械和电子手段以及功能材料来模拟鱼游动作，目前国内外仿鱼机器人研究和发展现状已有一定发展，这也也为实现各相关学科之间的交叉与互动提供了一个研究平台，仿真鱼可以更逼真的模拟鱼的游动原理，使水下的机器人运动更符合流体力学原理，具有更好的加速和转向能力，利用它们可以探测海洋，寻找和检测海域中受污染的地方，也可以用来勘探地形；可以通过研制机器鱼这个实验平台来研究鱼的运动原理和鱼类运动所依附的流体力学原理；而且它以泳动方式运动，解决了螺旋桨的噪声问题；

构造要比一般的水下推进器简单，制作和使用成本都较低；能源利用率高，作业时间长。

三、方案确定

方案一：鱼体模仿实际的鱼星进行建模如图1，外壳为一整体式，可以从视觉上提高及其鱼的真实性及连贯性，对于内部的机构设计如图2，其中设计理念的突破点在于仿真鱼的灵敏性。

图1 方案一得外形设计图2 内部结构图

方案二：

图3 方案二的外形设计图4 外形尺寸的确定

此方案考虑到仿真鱼的摇摆动作及转弯的需要，讲鱼体改为有分节支的外壳，且大致模拟确定了鱼体的尺寸如图4，并通过一切资料数据的查阅，组员也一直通过此项方案。

四、结构设计

1.摆动机构

依据“波动理论”,依靠身体的后半部分和尾部摆动而游动。尾部波动的形成，需要两个必要的因素。首先要有一个振源，也就是说，需要尾部产生一个周期性的往复运动。我们选择四连杆机构将电机的转动转换成为摆杆的往复运动。为了能够等幅摆动，不产生急回特性，选择了III型曲柄摇杆机构，根据其摆动的幅度，确定了各杆件的长度，考虑到鱼体内的空间有限，确定摆动角为40°，曲柄长度为30mm如图8，连杆为20mm，摆杆为200mm如图所示。具体结构与方案一中相同如图2，杆4与杆1的交接处由固定铰链连接，保证稳固不动，杆4与杆3处由活动铰链连接，可以使杆3绕交接点自由转动，（确保杆4固定），带动杆2一起往复运动（杆2与杆3也是活动铰接），从而推动流体运动，完成摆动机构，实现机体游动。

杆1 杆2

滑块摆动机构设计

2.转弯设计

主要依靠尾部的偏转以及游动的惯性来设计转弯原理。可利用霍尔传感器设置拐弯动作。当机构运行到转弯位置时，霍尔传感器将产生一个低电平跳变信号输出给单片机，然后由单片机控制电机停转使摆杆停留在指定位置。这样，当鱼由于惯性前进时，摆杆所停留的一边所受的阻力较大，从而使鱼朝某一方向转向。

3. 沉浮机构设

用气缸排开水的体积来模拟鱼鳔的收缩实现其沉浮设计，采用电机驱动气缸，在其往复做功的工程中，再配以电磁阀的开合，控制水储器中的高低压转变，实现鱼的上浮和下沉。

底座上盖

凸轮沉浮机构

4、各部件材料确定

(1)鱼的骨架用注塑材料，尾部用软化纤维材料,便于摇摆。

(2)骨架表面用PU 革，利用其防水和粘合后不漏水的性质。

(3)内部的杆和滑块均用复合塑料材料以减轻鱼身的重量。

(4)能源装置为 12V 蓄电池。

(5)马达为 12V、1.8A的直流电动机

5、加工工艺

(1)鱼的骨架先用纸做一个鱼身模型，再用来喷塑。

(2)裁剪PU 革为外壳形状，再用502粘与外壳。

(3)用金属膜压制内部各杆。

五、项目总结

为期将近一年的科创实验制作，从了解仿真鱼的基本知识技术要求及发展前景到付诸实践制作仿真鱼，对于小组成员自身而言锻炼提高了对科创知识方面的掌握程度以及动手实践能力，在大学生创新性实验计划项目中，真正学习到了探索并建立模拟问题的学习模式，充分发挥了我们的的主动性、积极性和创造性，逐渐掌握思考问题、解决问题的方法，不断提高其创新实践的能力。本小组通过将近一年的时间完成该项试验，在研究与制作过程中积极合作，勇于进取，虽然由于资金和时间条件的限制并未完成整个实体的制作，但设计方面已完成而且有很多创新之处，至此在我们组的共同努力下，完成预定的计划。

项目设计说明书题目：仿真机器鱼设计

专业机械制造及其自动化

学生姓名齐湛涛

班级 D机制113班

学号 1120101328

指导教师葛友华，崔治

完成日期2014.1.1

项目设计说明书题目：可变换休闲式婴儿车

专业机械制造及其自动化

学生姓名唐璐

班级 D机制113班

学号 1120101323

指导教师葛友华，崔治

完成日期2014.1.1