3D打印智能機(jī)器人魚，用于水下探索

2018年8月29日,，南極熊從外媒獲悉，來自土耳其菲拉特大學(xué)的一組工程研究人員正在使用仿生設(shè)計和3D打印來構(gòu)建智能機(jī)器人魚,，用于實際的探索和測量任務(wù),。這些類型的機(jī)器人是水下探索，觀察和研究目的的首選,，特別是在需要機(jī)動性的情況下,。

△3D打印機(jī)器魚原型

該團(tuán)隊發(fā)表了他們的論文,，題為“Mechatronic Design and Manufacturing of the Intelligent Robotic Fish for Bio-Inspired Swimming Modes”,，由Mustafa Ay，Deniz Korkmaz,，Gonca Ozmen Koca,，Cafer Bal，Zuhtu Hakan Akpolat和Mustafa Can撰寫,。

本文介紹了具有雙連桿推進(jìn)尾機(jī)構(gòu)的仿生Carangiform型自主機(jī)器魚原型（i-RoF）,。對于設(shè)計過程，采用多鏈接仿生方法,，其使用真實鯉魚的物理特征作為其大小和結(jié)構(gòu),。根據(jù)游泳模式和鯉魚的尾部振蕩確定適當(dāng)?shù)捏w率。機(jī)器人魚的特征是在實驗池中進(jìn)行前進(jìn),，轉(zhuǎn)彎,，上下和自主游泳運(yùn)動。機(jī)器人魚擁有優(yōu)異的游泳性能,。

“機(jī)器魚設(shè)計有兩種基本方法,，”研究人員寫道。 “首先是仿生設(shè)計,，它具有一定的要求,，如尾部的大小和關(guān)節(jié)數(shù)量，以提供身體行波,，并能夠控制重心保持在一定深度,。第二種設(shè)計方法使用只有魚的運(yùn)動效果，但它并沒有真正受到真魚的啟發(fā)�,！�

機(jī)器魚的詳細(xì)機(jī)械配置

他們的機(jī)器魚模仿BCF型Carangiform游泳模式,，其推進(jìn)尾翼機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動。機(jī)器人魚原型由五個基本部件組成,，包括前剛性主體,，雙連桿尾機(jī)構(gòu)，執(zhí)行中央模式發(fā)生器（CPG）模型的控制單元,，前視單元和柔性尾鰭,。前部剛性魚雷形主體設(shè)計用于容納電子設(shè)備，傳感器和重心（CoG）控制機(jī)構(gòu),。 CoG控制機(jī)制成功地提供了上下運(yùn)動能力,。基于CPG的運(yùn)動控制器適于產(chǎn)生健壯,，平滑和有節(jié)奏的振蕩游泳模式,。由高功率伺服電機(jī)驅(qū)動的尾部連桿和一個固定在腳蹬上的柔性尾鰭設(shè)計用于產(chǎn)生原型的體波。這些鏈條以串聯(lián)鏈結(jié)構(gòu)的形式相互連接,，產(chǎn)生游泳運(yùn)動所需的推力,。由于機(jī)器人魚在水中移動時應(yīng)該能夠感知環(huán)境中的靜態(tài)和/或動態(tài)障礙，因此該團(tuán)隊在機(jī)器人魚的左側(cè),，右側(cè)和前方放置了三個夏普紅外距離傳感器,。

第二尾鏈的詳細(xì)機(jī)械配置：未安裝和安裝的型號

機(jī)器人魚的3D模型是在SolidWorks中設(shè)計的。 然后在Voxelizer中將STL文件轉(zhuǎn)換為體素格式,，其中配置了圖層,，打印和支持點(diǎn)設(shè)置。 原型的每個部分都是用PLA線材3D打印的,，柔性尾鰭是用模具硅膠制作的,。 外尾鰭模具也采用3D打印技術(shù)設(shè)計和生產(chǎn)。 所有部件都覆蓋有環(huán)氧樹脂,，以防止可能從生產(chǎn)過程中形成的微孔泄漏,。 在組裝階段之后，外表面覆蓋有合成涂料,，以防止在組裝期間可能由毛細(xì)管裂縫引起的泄漏,。

3D打印的尾鰭

機(jī)器魚原型長約500毫米，寬76毫米,，高215毫米,。原型質(zhì)量約為3.1千克。

“在真實的實驗系統(tǒng)中研究了用于三維運(yùn)動能力的機(jī)器魚原型,。在這些分析中,，進(jìn)行了超過72個不同的實驗研究以獲得原型的特征,，”研究人員解釋說。 “為了測試安裝部件的密封性能,，它們在充滿水的測試池中運(yùn)行6小時,。觀察到密封測試的成功�,！�

在未來的工作中,，將使用不同的控制結(jié)構(gòu)檢查原型的閉環(huán)控制性能，并在不同的水道中測試機(jī)器人的游泳性能,。

這種機(jī)器魚設(shè)計為各種不同的海洋應(yīng)用提供了多種解決方案,，例如水下資源檢查，污染測定,，生物形態(tài)觀察,，淹沒區(qū)域調(diào)查，電力或石油管道故障檢測,，海岸線安全和軍事任務(wù),。

編譯自：3ders