機器魚可以是科學研究測量的智能工具，也可以僅僅是家庭的新“寵物”，3D打印的應用，讓研究人員可以更方便的開發(fā)和測試，近期類似的研究火爆。來自土耳其菲拉特大學的研究團隊近期正在使用仿生設計，為不同的海洋應用提供靈活的解決方案，例如觀察水下生物，采集水下地理環(huán)境，發(fā)現(xiàn)和防治污染發(fā)現(xiàn)和防治污染，淹沒區(qū)域管道線路故障的檢測等。
3D打印機器魚的詳細機械配置
該團隊最近發(fā)表了一篇論文，題為“智能仿生游泳機器魚的設計和制造”，介紹了他們3D打印的仿生水下自主航行器。論文摘要中寫道：“本文介紹了具有雙連桿推進尾部機構的仿生自主機器魚原型（i-RoF）的機電一體化設計和制造。對于設計過程，采用多鏈接仿生方法，使用真實鯉魚的物理特征作為其大小和結構。根據(jù)游泳模式和鯉魚的尾部振蕩確定適當?shù)捏w率。原型由三個主要部分組成：前剛體，雙連桿推進尾機構和柔性尾鰭。原型零件采用3D打印技術生產。為了模擬類似魚類的強大游泳姿態(tài)，提出了一種基于中央模式發(fā)生器（CPG）的仿生運動控制結構。設計的單向鏈式CPG網絡的靈感來自七鰓鰻的神經脊髓，它產生穩(wěn)定的節(jié)奏振蕩模式。此外，重心控制機構設計在前剛體內，以確保立體運動能力。在這種設計的幫助下，機器魚在實驗池中已能靈活地進行前進，轉彎，上下和自主游泳運動。機器魚的最大前進速度可以達到0.8516BLs-1。”
在設計3D可打印的仿生機器魚時，要考慮的兩個最重要的事情，它的身體結構和游泳模式，因此研究人員花了很多時間觀察和測量正在的魚類確。根據(jù)該論文介紹，超過85％的魚通過彎曲身體和尾鰭游泳，而其余魚則用中鰭或胸鰭游泳。
研究人員寫道“機器魚的設計有兩種基本方法，首先是仿生設計，例如尾部的大小和關節(jié)數(shù)量，提供身體前進的波動，控制重心保持在一定深度，第二種設計方法僅使用魚類的運動效果，但它并沒有使用真魚的方式。”
機器魚原型的自主游泳性能
仿生機器魚使用振蕩和波動的身體運動，菲拉特大學的機器魚復制了BCF型游泳模式，使用推進式伺服電機驅動尾部。它還具有剛性的前部，魚雷形狀的主體，用于容納所有傳感器和電子設備，以及用于上下移動的重心控制機構（CoG）。
機器魚的3D模型在SOLIDWORKS中設計，再轉移到Voxelizer，然后用FDM 3d打印機和PLA材料制造主體及配件，柔性的尾鰭則用硅膠模具制成的，為了防止毛細和微孔泄露，每個零件表面使用環(huán)氧樹脂覆蓋，并在機器人組裝之后涂刷合成涂料。
機器魚在游泳時需要能夠感知周圍環(huán)境中的靜態(tài)和動態(tài)物體，團隊在他們的魚身上添加了三個夏普紅外距離傳感器，重量約為3.1千克，長約500毫米，寬76毫米，高215毫米。
設計的前視單元和視角
這項研究提出了基于仿生原理游泳的智能機器魚原型的設計和制造，以執(zhí)行現(xiàn)實世界的探索和測量任務，在真實的實驗系統(tǒng)中研究了用于三維運動能力的機器魚原型。在這些分析中，進行了超過72種不同的實驗研究，以分析機器魚的性能特征。例如，為了測試安裝部件的密封性能，它們在充滿水的測試池中成功運行6小時進行密封試驗。該團隊未來的研究將圍繞使用不同的控制結構檢查3D打印機器魚原型的閉環(huán)控制性能，以及測試其在不同水道中的游泳能力。
來源：創(chuàng)想三維 www.cxsw3d.com
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