本實用新型涉及水下機器人技術領域，尤其涉及一種新型仿生魚魚皮結構及仿生魚。

背景技術：

隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用，當今的自主水下機器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)已經成為人類進行海洋研究和探索的重要平臺。近年來，隨著人類對魚類游動機理認識的不斷探索和相關制造技術、控制技術的發(fā)展，一種采用魚體仿生推進機理的水下潛器應運而生，為研制高效率、高機動性、低噪音和易隱蔽的水下航行器提供了一種新思路。

機器魚是一種利用魚類游動機理實現(xiàn)推進的水下潛器，裝配各種微小型傳感器，利用先進的控制和通訊手段，可以構成一套類似魚體結構的，可以游動的傳感器。裝有不同傳感器的機器魚具有良好的機動性和隱蔽性，可以在狹小的空間內作業(yè)并實現(xiàn)低噪音運動。技術一旦成熟，機器魚將在復雜環(huán)境的水下作業(yè)、海洋監(jiān)測、海洋生物觀察、軍事偵察及排雷、布雷等方面發(fā)揮重大作用。

現(xiàn)階段仿生魚魚皮多采用硅膠皮蒙覆結構，對魚皮具體結構的研究還相對較少，致使現(xiàn)階段的仿生魚魚皮普遍存在下水后易變形、魚體擺動時，魚皮對其擺動效果影響大等缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本實用新型的目的在于提供一種新型仿生魚魚皮結構及仿生魚，在魚體擺動時可有效降低魚皮變形對其擺動效果帶來的影響。

根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種新型仿生魚魚皮結構，包括魚皮本體，魚皮本體整體為流線型結構，魚皮本體的側壁上設置多個溝槽，溝槽沿魚皮本體的長軸線方向并列分布，使魚皮本體形成柔性伸縮結構。

魚皮本體優(yōu)選采用硅膠皮，硅膠皮為柔性材料且具有彈性，使魚皮本體成為帶有彈性的柔性伸縮結構。魚皮本體側壁上的溝槽在魚皮擺動時產生補償作用，降低了魚皮變形量，從而降低魚皮變形對其擺動效果帶來的影響。

進一步的，溝槽為圍繞魚皮本體的側壁首尾相接的環(huán)形溝槽。魚體在擺動時，魚皮本體的一側被拉伸，魚皮本體的另一側被壓縮，溝槽在魚皮本體的周向上形成完整的環(huán)，拉伸變形和壓縮變形的補償點規(guī)整一致，魚皮本體的拉開和壓縮只需要很小的力就能實現(xiàn)，且不需要克服魚皮本體的大幅度彈性變形產生的阻力，避免了魚皮對仿生魚游動的影響。

一種可選擇的技術方案為：魚皮本體的側壁的縱向截面由多個V形結構依次連接構成，V形結構的凹陷處形成溝槽，相鄰的兩個V形結構的連接處形成波峰。V形結構使魚皮本體形成波紋管結構，加工工藝性好。

另一種可選擇的技術方案為：魚皮本體的側壁的縱向截面由多個U形結構和多個倒U形結構組成，U形結構和倒U形結構間隔設置，U形結構的凹陷處形成溝槽，倒U形結構的頂點處形成波峰。

優(yōu)選的，溝槽的深度為6～8mm，相鄰的波峰的距離為5～7mm。

優(yōu)選的，V形結構的初始結構尺寸為：V形結構的夾角為40°～50°，V形結構的單邊長度為7～9mm。V形結構形成等腰三角形的兩個腰。本實用新型所稱的“初始狀態(tài)”，即為自然伸展狀態(tài)，既沒有拉伸也沒有壓縮。

優(yōu)選的，魚皮本體的總長度為L，魚皮本體的側壁上由V形結構形成的齒數(shù)為n，n＝L/7。

優(yōu)選的，魚皮本體的兩側的間距為a，則魚皮本體拉伸后的極限狀態(tài)可以達到夾角為θ的一段同心圓圓弧，θ＝4L/3a。

根據(jù)本實用新型的另一個方面，提供一種仿生魚，包括上述新型仿生魚魚皮結構。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

1、本實用新型示例的新型仿生魚魚皮結構，魚皮本體側壁上的溝槽在魚皮擺動時產生補償作用，降低了魚皮變形量，從而降低魚皮變形對其擺動效果帶來的影響。

2、本實用新型示例的新型仿生魚魚皮結構，側壁上的溝槽形成首尾相接的環(huán)狀，拉伸變形和壓縮變形的補償點規(guī)整一致，魚皮本體的拉開和壓縮只需要很小的力就能實現(xiàn)，且不需要克服魚皮本體的大幅度彈性變形產生的阻力，避免了魚皮對仿生魚游動的影響。

3、本實用新型示例的仿生魚，魚皮上的溝槽結構在材料不變的情況下增大了其抗壓強度，減小了在水壓作用下魚體的變形量。

4、本實用新型示例的仿生魚，魚皮結構整體仍然呈流線型，有助于降低流體阻力，同時，魚皮設置溝槽增大了排水面積，進而增大了仿生魚的浮力，使其內部可以設置更多的搭載模塊。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例一魚皮本體的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例一魚皮本體初始狀態(tài)的縱向截面示意圖；

圖3為本實用新型實施例一魚皮本體受拉狀態(tài)的縱向截面示意圖；

圖4為本實用新型實施例一魚皮本體受壓狀態(tài)的縱向截面示意圖。

圖中：1溝槽，2波峰。

具體實施方式

為了更好的了解本實用新型的技術方案，下面結合說明書附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。

實施例一：

如圖1所示，一種仿生魚魚皮，包括魚皮本體，魚皮本體整體為流線型結構，魚皮本體的側壁上設置多個溝槽，溝槽沿魚皮本體的長軸線方向并列分布，使魚皮本體形成柔性伸縮結構。

魚皮本體采用硅膠皮制成，硅膠皮為柔性材料且具有彈性，使魚皮本體成為帶有彈性的柔性伸縮結構。魚皮本體側壁上的溝槽在魚皮擺動時產生補償作用，降低了魚皮變形量，從而降低魚皮變形對其擺動效果帶來的影響。

魚皮本體的側壁的縱向截面由多個V形結構依次連接構成，V形結構的凹陷處形成溝槽1，相鄰的兩個V形結構的連接處形成波峰2。V形結構使魚皮本體形成波紋管結構，加工工藝性好。

如圖2所示，在仿生魚魚體呈自然伸展狀態(tài)時，其兩側波紋管狀魚皮連續(xù)V形結構未受到拉力或壓力的作用，呈現(xiàn)出設計時的結構尺寸。其初始結構尺寸為：V形結構的夾角為45°，V形結構形成的等腰三角形的兩個腰的單邊長度為8mm，相鄰的波峰的距離約為6mm。

當仿生魚魚體擺動時，隨著其擺動幅度的不斷增大，魚體圓弧逐漸增大側的連續(xù)V形魚皮被拉伸，V形變得比較扁平，當魚體擺動到極限大圓弧狀態(tài)時，V形結構拉伸量最大，其結構如圖3所示。此時，V形結構的夾角約為80°，相鄰的V形結構波峰2的距離約為10.5mm。

同理，隨著仿生魚魚體擺動幅度的不斷增大，魚體圓弧逐漸減小側的連續(xù)V形魚皮被壓縮，V形變得更為狹小，當魚體擺動到極限小圓弧狀態(tài)時，V形結構壓縮量最大，其結構如圖4所示。此時，V形結構夾角約為20°，相鄰V形結構波峰2的距離約為2.5mm。

從上文魚皮的結構尺寸，我們可以得到V形結構魚皮溝槽1的深度約為7mm，相鄰的波峰2之間的距離約為6mm。若需要長度為L的一段魚皮，則其V形槽的齒數(shù)n＝L/7。假設兩側魚皮之間間距為a，則其拉伸后的極限狀態(tài)可以達到夾角大小為θ＝4L/3a的一段同心圓圓弧。

本實施例的仿生魚，包括上述仿生魚魚皮。

實施例二：

本實施例與實施例一相同的特征不再贅述，本實施例與實施例一不同的特征在于：魚皮本體的側壁的縱向截面由多個U形結構和多個倒U形結構組成，U形結構和倒U形結構間隔設置，U形結構的凹陷處形成溝槽，倒U形結構的頂點處形成波峰。

溝槽結構的拉開和壓縮只需要很小的力就能實現(xiàn)，且不需要克服硅膠皮的大幅度彈性變形產生的阻力，避免了魚皮對仿生魚游動的影響。同時，仿生魚的魚皮整體仍然呈流線型結構，有助于降低流體阻力，同時魚皮本體側壁上設置溝槽的結構增大了排水面積，進而增大了仿生魚的浮力，使其內部可以設置更多的搭載模塊。魚皮本體的側壁上設置溝槽在材料不變的情況下增大了其抗壓強度，減小了其在水壓作用下的魚體變形量，從而減少魚皮對魚體擺動效果的影響。

本實用新型中，魚皮上的褶皺的形狀不限于實施例所述的V形結構和U形結構，還可以設為其他形狀的溝槽和褶皺。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術原理的說明。本領域技術人員應當理解，本申請中所涉及的實用新型范圍，并不限于上述技術特征的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋在不脫離所述實用新型構思的情況下，由上述技術特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術特征進行互相替換而形成的技術方案。