本发明涉及仿生机器人，尤其涉及一种混合动力仿生机器鱼及其控制方法。
背景技术：
1、根据产生主要推进力部位的不同，仿生机器鱼可分为两大类：身体尾鳍推进模式(bcf)的机器鱼以及中间鳍对鳍推进模式(mpf)的机器鱼。其中，身体尾鳍推进模式(bcf)的机器鱼的机动性能优异，而中间鳍对鳍推进模式(mpf)的机器鱼的稳定性高。目前的智能仿生机器鱼通常只采用单一的推进方式，要么是胸鳍推进，要么是尾鳍推进，并且往往不能切换推进方式。
2、其次，中间鳍对鳍推进模式又有波动运动和振动运动，其中振动运动根据胸鳍旋转轴又分为羽翼、扑动和划船运动。在划船运动中，胸鳍采用刚性胸鳍，鳍拍循环包括一个动力冲程，胸鳍向机器人的后部拍动，并通过鳍上的诱导阻力获得推力，以及一个恢复冲程，胸鳍向身体的前部拍动，为下一个循环做准备。在恢复冲程期间，流体会对胸鳍产生阻力，使胸鳍产生的净推力降低。
技术实现思路
1、有鉴于此，为了解决目前仿生机器鱼运动存在的上述问题，本发明的实施例提供了一种混合动力仿生机器鱼及其控制方法。
2、本发明的实施例提供一种混合动力仿生机器鱼，包括：
3、鱼身；
4、两胸鳍，对称设置于所述鱼身的两侧，所述胸鳍包括胸鳍电机、以及与所述胸鳍电机的输出端连接的胸鳍板，所述胸鳍板包括多个刚性板、柔性板和多个限位机构，所有刚性板依次间隔设置于所述柔性板的前侧，所述柔性板分别连接各所述刚性板，每一所述限位机构设置于相邻两所述刚性板之间，所述胸鳍板向后摆动形成动力冲程、向前摆动形成恢复冲程，所述限位机构和所述柔性板配合使所述胸鳍板向后摆动时无法弯曲、向前摆动时能够弯曲；
5、尾鳍，其设置于所述鱼身的后端，所述尾鳍受尾鳍电机驱动而转动；
6、以及控制器，其分别连接两所述胸鳍电机和所述尾鳍电机，所述控制器通过cpg控制网络控制两所述胸鳍电机和所述尾鳍电机转动，从而控制两所述胸鳍和所述尾鳍耦合协同运动；其中所述cpg控制网络由三个振荡器单元组成，三所述振荡器单元的输出角度分别对应两所述胸鳍电机和所述尾鳍电机的转动角度变化，所述cpg控制网络的控制算法模型如下：
7、
8、θi＝di+zi cos(φi)
9、其中i和j代表电机编号，fi是频率，βi是时间非对称系数，ki是频率过渡系数，ti是摆动周期，zi是振幅，pz是振幅增益，zi是期望振幅，di是偏置，pd是偏置增益，di是期望偏置，φi是相位，ωij是耦合权重，是期望相位差，θi是输出角。
10、进一步地，所述控制器用于通过调节时间非对称系数βi来调节动力冲程和恢复冲程的时间比，使得动力冲程时间更快，恢复冲程时间更慢，增大所述胸鳍的净推力。
11、进一步地，所述胸鳍还包括驱动杆，所述驱动杆一端连接所述胸鳍电机的输出端、另一端连接位于内侧边缘的一所述刚性板。
12、进一步地，所述限位机构包括两u形的限位块，两所述限位块分别固定于相邻两所述刚性板上，且两所述限位块的开口相对设置，且所述限位块开口一侧的两端与两所述刚性板之间空隙相对的位置设有避让缺口。
13、进一步地，所述尾鳍包括所述尾鳍电机、柔性关节和尾鳍板，所述尾鳍电机的输出端连接所述柔性关节，所述柔性关节连接所述尾鳍板。
14、此外，本发明的实施例还提供了一种混合动力仿生机器鱼的控制方法，应用于上述的一种混合动力仿生机器鱼，包括以下步骤：
15、通过调节所述胸鳍和所述尾鳍摆动时的摆动周期、振幅、偏置和相位差，来调节胸鳍和尾鳍协同推进过程中的摆动关系。
16、进一步地，还包括：
17、调节所述尾鳍摆动振幅为0、两所述胸鳍摆动振幅为非0，使两所述胸鳍同步摆动，所述尾鳍不摆动；
18、调节时间非对称系数βi来调节动力冲程和恢复冲程的时间比，使得动力冲程时间更快，恢复冲程时间更慢，增大所述胸鳍的净推力。
19、进一步地，还包括：调节两所述胸鳍摆动振幅为0、所述尾鳍摆动振幅为非0，使所述尾鳍摆动，所述胸鳍不摆动。
20、进一步地，还包括：调节两所述胸鳍摆动振幅为非0、所述尾鳍摆动振幅为非0，一所述胸鳍与所述尾鳍的相位差是0，另一所述胸鳍与尾鳍的相位差是-π，使得一侧胸鳍和尾鳍的运动规律相同，另一侧胸鳍和尾鳍的运动规律相反。
21、进一步地，还包括：调节其中一所述胸鳍摆动振幅为0、另一所述胸鳍摆动振幅为非0、所述尾鳍摆动振幅为非0，并且调节所述尾鳍偏置，使所述尾鳍朝向摆动振幅为0的胸鳍一侧偏置，从而使所述混合动力仿生机器鱼朝向摆动振幅为0的胸鳍所在一侧偏转。
22、本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
23、1、本发明的一种混合动力仿生机器鱼及其控制方法，通过cpg控制网络控制两所述胸鳍电机和所述尾鳍电机转动，从而控制两所述胸鳍和所述尾鳍耦合协同运动，可以在胸鳍推进和尾鳍推进之间任意切换，还可以实现胸鳍推进和尾鳍推进的混合驱动。
24、2、本发明的一种混合动力仿生机器鱼及其控制方法，胸鳍采用柔性被动关节，各个刚性板之间柔性连接，使得胸鳍在动力冲程中保持平直的向后运动，同时在恢复冲程中各个刚性板相对转动，胸鳍适应性弯曲，从而减少由于流体相互作用而产生的阻力，并且通过cpg控制动力冲程和恢复冲程的时间比，使得动力冲程时间更快，恢复冲程时间更慢，以最大限度地减少胸鳍上的阻力，使胸鳍产生的净推力最大。
25、3、本发明的一种混合动力仿生机器鱼及其控制方法，在转弯时胸鳍尾鳍协同推进，使得机器鱼能够拥有更快的转弯速度和更小的转弯半径。
1.一种混合动力仿生机器鱼，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种混合动力仿生机器鱼，其特征在于：所述控制器用于通过调节时间非对称系数βi来调节动力冲程和恢复冲程的时间比，使得动力冲程时间更快，恢复冲程时间更慢，增大所述胸鳍的净推力。
3.如权利要求1所述的一种混合动力仿生机器鱼，其特征在于：所述胸鳍还包括驱动杆，所述驱动杆一端连接所述胸鳍电机的输出端、另一端连接位于内侧边缘的一所述刚性板。
4.如权利要求1所述的一种混合动力仿生机器鱼，其特征在于：所述限位机构包括两u形的限位块，两所述限位块分别固定于相邻两所述刚性板上，且两所述限位块的开口相对设置，且所述限位块开口一侧的两端与两所述刚性板之间空隙相对的位置设有避让缺口。
5.如权利要求1所述的一种混合动力仿生机器鱼，其特征在于：所述尾鳍包括所述尾鳍电机、柔性关节和尾鳍板，所述尾鳍电机的输出端连接所述柔性关节，所述柔性关节连接所述尾鳍板。
6.一种混合动力仿生机器鱼的控制方法，其特征在于：应用于如权利要求1～5任意一项所述的一种混合动力仿生机器鱼，且包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的一种混合动力仿生机器鱼的控制方法，其特征在于，还包括：
8.如权利要求6所述的一种混合动力仿生机器鱼的控制方法，其特征在于，还包括：调节两所述胸鳍摆动振幅为0、所述尾鳍摆动振幅为非0，使所述尾鳍摆动，所述胸鳍不摆动。
9.如权利要求6所述的一种混合动力仿生机器鱼的控制方法，其特征在于，还包括：调节两所述胸鳍摆动振幅为非0、所述尾鳍摆动振幅为非0，一所述胸鳍与所述尾鳍的相位差是0，另一所述胸鳍与尾鳍的相位差是-π，使得一侧胸鳍和尾鳍的运动规律相同，另一侧胸鳍和尾鳍的运动规律相反。
10.如权利要求6所述的一种混合动力仿生机器鱼的控制方法，其特征在于，还包括：调节其中一所述胸鳍摆动振幅为0、另一所述胸鳍摆动振幅为非0、所述尾鳍摆动振幅为非0，并且调节所述尾鳍偏置，使所述尾鳍朝向摆动振幅为0的胸鳍一侧偏置，从而使所述混合动力仿生机器鱼朝向摆动振幅为0的胸鳍所在一侧偏转。