一种仿生鱼鱼皮及包含该鱼皮的仿生鱼的制作方法

本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种仿生鱼鱼皮及包含该鱼皮的仿生鱼。

背景技术：

随着人类对海洋资源的不断开发和利用，当今的自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)已经成为人类进行海洋研究和探索的重要平台。近年来，随着人类对鱼类游动机理认识的不断探索和相关制造技术、控制技术的发展，一种采用鱼体仿生推进机理的水下潜器应运而生，为研制高效率、高机动性、低噪音和易隐蔽的水下航行器提供了一种新思路。

机器鱼是一种利用鱼类游动机理实现推进的水下潜器，装配各种微小型传感器，利用先进的控制和通讯手段，可以构成一套类似鱼体结构的，可以游动的传感器。装有不同传感器的机器鱼具有良好的机动性和隐蔽性，可以在狭小的空间内作业并实现低噪音运动。技术一旦成熟，机器鱼将在复杂环境的水下作业、海洋监测、海洋生物观察、军事侦察及排雷、布雷等方面发挥重大作用。

现阶段仿生鱼鱼皮多采用硅胶皮蒙覆结构，对鱼皮具体结构的研究还相对较少，致使现阶段的仿生鱼鱼皮普遍存在下水后易变形、鱼体摆动时，鱼皮对其摆动效果影响大等缺陷。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种仿生鱼鱼皮及包含该鱼皮的仿生鱼，在鱼体摆动时可有效降低鱼皮变形对其摆动效果带来的影响。

根据本发明的一个方面，提供了一种仿生鱼鱼皮，包括鱼皮本体，鱼皮本体整体为流线型结构，鱼皮本体的侧壁上设置多个沟槽，沟槽沿鱼皮本体的长轴线方向并列分布，使鱼皮本体形成柔性伸缩结构。

鱼皮本体优选采用硅胶皮，硅胶皮为柔性材料且具有弹性，使鱼皮本体成为带有弹性的柔性伸缩结构。鱼皮本体侧壁上的沟槽在鱼皮摆动时产生补偿作用，降低了鱼皮变形量，从而降低鱼皮变形对其摆动效果带来的影响。

进一步的，沟槽为围绕鱼皮本体的侧壁首尾相接的环形沟槽。鱼体在摆动时，鱼皮本体的一侧被拉伸，鱼皮本体的另一侧被压缩，沟槽在鱼皮本体的周向上形成完整的环，拉伸变形和压缩变形的补偿点规整一致，鱼皮本体的拉开和压缩只需要很小的力就能实现，且不需要克服鱼皮本体的大幅度弹性变形产生的阻力，避免了鱼皮对仿生鱼游动的影响。

一种可选择的技术方案为：鱼皮本体的侧壁的纵向截面由多个V形结构依次连接构成，V形结构的凹陷处形成沟槽，相邻的两个V形结构的连接处形成波峰。V形结构使鱼皮本体形成波纹管结构，加工工艺性好。

另一种可选择的技术方案为：鱼皮本体的侧壁的纵向截面由多个U形结构和多个倒U形结构组成，U形结构和倒U形结构间隔设置，U形结构的凹陷处形成沟槽，倒U形结构的顶点处形成波峰。

优选的，沟槽的深度为6～8mm，相邻的波峰的距离为5～7mm。

优选的，V形结构的初始结构尺寸为：V形结构的夹角为40°～50°，V形结构的单边长度为7～9mm。V形结构形成等腰三角形的两个腰。本发明所称的“初始状态”，即为自然伸展状态，既没有拉伸也没有压缩。

优选的，鱼皮本体的总长度为L，鱼皮本体的侧壁上由V形结构形成的齿数为n，n＝L/7。

优选的，鱼皮本体的两侧的间距为a，则鱼皮本体拉伸后的极限状态可以达到夹角为θ的一段同心圆圆弧，θ＝4L/3a。

根据本发明的另一个方面，提供一种仿生鱼，包括上述仿生鱼鱼皮。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明示例的仿生鱼鱼皮，鱼皮本体侧壁上的沟槽在鱼皮摆动时产生补偿作用，降低了鱼皮变形量，从而降低鱼皮变形对其摆动效果带来的影响。

2、本发明示例的仿生鱼鱼皮，侧壁上的沟槽形成首尾相接的环状，拉伸变形和压缩变形的补偿点规整一致，鱼皮本体的拉开和压缩只需要很小的力就能实现，且不需要克服鱼皮本体的大幅度弹性变形产生的阻力，避免了鱼皮对仿生鱼游动的影响。

3、本发明示例的仿生鱼，鱼皮上的沟槽结构在材料不变的情况下增大了其抗压强度，减小了在水压作用下鱼体的变形量。

4、本发明示例的仿生鱼，鱼皮结构整体仍然呈流线型，有助于降低流体阻力，同时，鱼皮设置沟槽增大了排水面积，进而增大了仿生鱼的浮力，使其内部可以设置更多的搭载模块。

附图说明

图1为本发明实施例一鱼皮本体的结构示意图；

图2为本发明实施例一鱼皮本体初始状态的纵向截面示意图；

图3为本发明实施例一鱼皮本体受拉状态的纵向截面示意图；

图4为本发明实施例一鱼皮本体受压状态的纵向截面示意图。

图中：1沟槽，2波峰。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：

如图1所示，一种仿生鱼鱼皮，包括鱼皮本体，鱼皮本体整体为流线型结构，鱼皮本体的侧壁上设置多个沟槽，沟槽沿鱼皮本体的长轴线方向并列分布，使鱼皮本体形成柔性伸缩结构。

鱼皮本体采用硅胶皮制成，硅胶皮为柔性材料且具有弹性，使鱼皮本体成为带有弹性的柔性伸缩结构。鱼皮本体侧壁上的沟槽在鱼皮摆动时产生补偿作用，降低了鱼皮变形量，从而降低鱼皮变形对其摆动效果带来的影响。

鱼皮本体的侧壁的纵向截面由多个V形结构依次连接构成，V形结构的凹陷处形成沟槽1，相邻的两个V形结构的连接处形成波峰2。V形结构使鱼皮本体形成波纹管结构，加工工艺性好。

如图2所示，在仿生鱼鱼体呈自然伸展状态时，其两侧波纹管状鱼皮连续V形结构未受到拉力或压力的作用，呈现出设计时的结构尺寸。其初始结构尺寸为：V形结构的夹角为45°，V形结构形成的等腰三角形的两个腰的单边长度为8mm，相邻的波峰的距离约为6mm。

当仿生鱼鱼体摆动时，随着其摆动幅度的不断增大，鱼体圆弧逐渐增大侧的连续V形鱼皮被拉伸，V形变得比较扁平，当鱼体摆动到极限大圆弧状态时，V形结构拉伸量最大，其结构如图3所示。此时，V形结构的夹角约为80°，相邻的V形结构波峰2的距离约为10.5mm。

同理，随着仿生鱼鱼体摆动幅度的不断增大，鱼体圆弧逐渐减小侧的连续V形鱼皮被压缩，V形变得更为狭小，当鱼体摆动到极限小圆弧状态时，V形结构压缩量最大，其结构如图4所示。此时，V形结构夹角约为20°，相邻V形结构波峰2的距离约为2.5mm。

从上文鱼皮的结构尺寸，我们可以得到V形结构鱼皮沟槽1的深度约为7mm，相邻的波峰2之间的距离约为6mm。若需要长度为L的一段鱼皮，则其V形槽的齿数n＝L/7。假设两侧鱼皮之间间距为a，则其拉伸后的极限状态可以达到夹角大小为θ＝4L/3a的一段同心圆圆弧。

本实施例的仿生鱼，包括上述仿生鱼鱼皮。

实施例二：

本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：鱼皮本体的侧壁的纵向截面由多个U形结构和多个倒U形结构组成，U形结构和倒U形结构间隔设置，U形结构的凹陷处形成沟槽，倒U形结构的顶点处形成波峰。

沟槽结构的拉开和压缩只需要很小的力就能实现，且不需要克服硅胶皮的大幅度弹性变形产生的阻力，避免了鱼皮对仿生鱼游动的影响。同时，仿生鱼的鱼皮整体仍然呈流线型结构，有助于降低流体阻力，同时鱼皮本体侧壁上设置沟槽的结构增大了排水面积，进而增大了仿生鱼的浮力，使其内部可以设置更多的搭载模块。鱼皮本体的侧壁上设置沟槽在材料不变的情况下增大了其抗压强度，减小了其在水压作用下的鱼体变形量，从而减少鱼皮对鱼体摆动效果的影响。

本发明中，鱼皮上的褶皱的形状不限于实施例所述的V形结构和U形结构，还可以设为其他形状的沟槽和褶皱。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。