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CN106143844A - 可充电的机器鱼 - Google Patents

可充电的机器鱼 Download PDF

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CN106143844A
CN106143844A CN201610545777.5A CN201610545777A CN106143844A CN 106143844 A CN106143844 A CN 106143844A CN 201610545777 A CN201610545777 A CN 201610545777A CN 106143844 A CN106143844 A CN 106143844A
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CN
China
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fish
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driving
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CN201610545777.5A
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English (en)
Inventor
黄典贵
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University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
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Publication date
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    • B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for
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Abstract

本发明涉及一种可充电的机器鱼，共享一套驱动与发电装置，该驱动或发电装置用于使背鳍或鱼体产生行波运动，所述背鳍或鱼体前端连接驱动装置，推进过程时，所述驱动装置在电机的带动下，背鳍或鱼体行波运动，作用于水或空气，获得推力；发电时，流水或风作用在背鳍或鱼体上，驱动背鳍或鱼体相应关节上的传动机构，背鳍或鱼体作行波运动，使驱动发电装置发电及充电。本发明的可以充电的机器鱼，即在流动的水域，可以自行充电，则可以使机器鱼真正用于复杂危险水下环境作业、军事侦察、水下救捞、海洋生物观察、考古等方面。在有风的环境下，同样也可以为“空中飞鱼”充电。

Description

可充电的机器鱼
技术领域
本发明涉及一种机器鱼，尤其是一种可利用行波水流或风力充电的机器鱼。
背景技术
鱼类是自然界最早出现的脊椎动物，经过数百万年的自然演化，具有持久的速度、较高的效率和大的推重比。鱼类流线型体形具有很好的流体力学性能，他们高超的游泳技巧远高明于人类现有的航海技术。
鱼类推进的方式有几种，行波推进方式是其中重要的一种。这类鱼的特点是身体较扁平如鳗鲡、带鱼，或身体呈椭圆形或条带状如鲑鱼、大马哈鱼，或具有较大的背鳍。利用身体或背鳍的行波运动，产生推力，这类推进方式效率高，机动性好。
近半个世纪以来，鱼类推进机理的研究取得了长足的进展，先后提出了“细长体理论”、2维和3维“波动板理论”、“射流推进理论”等模型.在此基础上，各类的仿生机器鱼实验装置也相继诞生，有的甚至已投入实际应用。
仿生机器鱼为研制新型的水下航行器提供了一种新思路，与传统螺旋桨推进器相比，其具备效率高、机动性好、游动噪声低、操纵灵活、结构尺寸和重量小等特点，具有重要的研究价值和应用前景。
然而，与其他移动机器人一样，仿生机器鱼也同样面临一个重要的制约因素——能源问题.从能量储备角度出发，可以多备几组蓄电池作备用，但是由于重量和体积的额外增加，有效负载能力和效率会相应降低。现有的仿生机器鱼不能远航，只能在一个很小的工作半径内工作。
如果能发明一种可以充电的机器鱼，即在流动的水域，可以自行充电，则可以使机器鱼真正用于复杂危险水下环境作业、军事侦察、水下救捞、海洋生物观察、考古等方面。在有风的环境下，同样也可以为“空中飞鱼”充电。
如图1所示，鱼体或背鳍有行波运动时，当鱼体大部分区域侧向运动的速度方向与受到的压力差方向相反时，如图1(a)，鱼体的行波运动将消耗生物能，并将能量传递到水中，从而产生向前运动的推力，这一点在前人的研究中已经得到证明；而在流动的水中，当鱼体大部分区域侧向运动的速度方向与受到的压力差方向相同时,如图1(b)，意味着流水强迫鱼体侧向运动，该侧向力对鱼体做正功，只要机器鱼体中有合适的传动机构，即可利用该力发电。
发明内容
本发明是要提出一种可充电的机器鱼，该机器鱼在流动的水域，可以自行充电，使机器鱼真正用于复杂危险水下环境作业、军事侦察、水下救捞、海洋生物观察、考古等方面。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种可充电的机器鱼，共享一套驱动与发电装置、用于驱动背鳍或鱼体产生行波运动，所述背鳍或鱼体前端连接驱动与发电装置，推进过程时，所述驱动与电动装置带动背鳍或鱼体行波运动，作用于水或空气，获得推力；发电时，流水或风作用在背鳍或鱼体上，驱动背鳍或鱼体相应关节上的传动机构，背鳍或鱼体作行波运动，使驱动与发电装置发电及充电。
所述驱动与发电装置上设有支架，当需要充电时，将支架插在河床或楼顶，使水流或风作用在机器鱼的背鳍或鱼体上。
所述背鳍或鱼体由多个关节、连杆、传动机构组成，关节之间通过连杆活动连接，传动机构与驱动与发电装置连接。
所述驱动与发电装置由发电机、齿轮箱组成，发电机与齿轮箱及充电电池组合在一起。
本发明的有益效果是：本发明的可以充电的机器鱼，共享一套驱动与发电装置，该驱动或发电装置用于使背鳍或鱼体产生行波运动，推进过程时，所述驱动与电动装置带动背鳍或鱼体行波运动，作用于水或空气，获得推力；发电时，流水或风作用在背鳍或鱼体上，驱动背鳍或鱼体相应关节上的传动机构，背鳍或鱼体作行波运动，使驱动与发电装置发电及充电。即在流动的水域，可以自行充电，则可以使机器鱼真正用于复杂危险水下环境作业、军事侦察、水下救捞、海洋生物观察、考古等方面。在有风的环境下，同样也可以为“空中飞鱼”充电。
附图说明
图1为鱼体或背鳍侧向运动速度方向和压力差方向关系图；
其中：(a)为侧向运动速度与压力差方向相反，(b)侧向运动速度与压力差方向相同；
图2为本发明的可充电的机器鱼结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，一种可充电的机器鱼，包括驱动与发电装置1、背鳍或鱼体、尾鳍6。共享一套驱动与发电装置1，该驱动或发电装置1用于使背鳍或鱼体产生行波运动，推进过程时，所述驱动与电动装置1带动背鳍或鱼体行波运动，作用于水或空气，获得推力；发电时，流水或风作用在背鳍或鱼体上，驱动背鳍或鱼体相应关节上的传动机构，背鳍或鱼体作行波运动，使驱动与发电装置1发电及充电。
驱动与发电装置1上设有支架7。当需要充电时，将支架7插在河床或楼顶，使水流或风作用在机器鱼的背鳍或鱼体上。驱动与发电装置1由发电机、齿轮箱组成，发电机与齿轮箱组合在一起。背鳍或鱼体由第一至第四关节2，3，4，5、连杆、传动机构组成，关节之间通过连杆活动连接，传动机构与驱动与发电装置1连接。
当这类鱼前进时，它可以是身体或背鳍的行波运动来推进，它通常有一个以上的关节。推进与发电采用同一套装置，推进过程是发电机驱动传动机构，带动各关节使背鳍或鱼体运动，作用于水(空气)，获得推力；发电时，流水(风)作用在背鳍或鱼体上，驱动相应关节上的传动机构，这些传动机构在驱动发电机发电。发电时需要对鱼体的位置进行固定，即找到有一定水速的水域(或一定风速的环境)，将支架放在河床或楼顶。

Claims (4)

1.一种可充电的机器鱼，共享一套驱动与发电装置（1）、用于驱动背鳍或鱼体（6）产生行波运动，其特征在于：所述背鳍或鱼体前端连接驱动与发电装置（1），推进过程时，所述驱动与电动装置（1）带动背鳍或鱼体行波运动，作用于水或空气，获得推力；发电时，流水或风作用在背鳍或鱼体上，驱动背鳍或鱼体相应关节上的传动机构，背鳍或鱼体作行波运动，使驱动与发电装置（1）发电及充电。
2.根据权利要求1所述的可充电的机器鱼，其特征在于：所述驱动与发电装置（1）上设有支架（7），当需要充电时，将支架（7）插在河床或楼顶，使水流或风作用在机器鱼的背鳍或鱼体上。
3.根据权利要求1所述的可充电的机器鱼，其特征在于：所述背鳍或鱼体由多个关节、连杆、传动机构组成，关节之间通过连杆活动连接，传动机构与驱动与发电装置（1）连接。
4.根据权利要求1所述的可充电的机器鱼，其特征在于：所述驱动与发电装置（1）由发电机、齿轮箱组成，发电机与齿轮箱及充电电池组合在一起。
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