CN100540397C

CN100540397C - 机器仿生水母

Info

Publication number: CN100540397C
Application number: CNB2007100718341A
Authority: CN
Inventors: 张立勋; 王令军
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2027-03-06
Also published as: CN101020498A

Abstract

本发明提供了一种机器仿生水母。它是由动力系统、传动系统、喷水系统和固定架组成，动力系统由四个电磁铁装置组成，传动系统由四块挡板和两个复位弹簧组成，喷水系统由两个皮囊、两个进水管和四个出水管组成，固定架由左、右固定梁组成，电磁铁装置设置在挡板上，挡板固定在皮囊的上、下部，皮囊通过挡板固定在固定架上，复位弹簧两端分别与上、下挡板固定；进水管布置在皮囊的前端，上皮囊的出水管对称地布置在皮囊的下后端，下皮囊的出水管对称地布置在皮囊的上后端。本发明真正做到了无噪声并且具有功能齐全，结构简单，工作效率高、价廉、易于维护等优点。

Description

机器仿生水母

(一)技术领域

本发明涉及船舶推进技术领域，具体涉及一种水下探测设备。

(二)背景技术

噪音是影响敌情侦察隐蔽性的最大根源之一，其中螺旋桨推进器噪音是敌方水声设备监听的主要声源，虽然采取一些改进措施，但还是达不到理想的效果。问题的解决似乎应考虑寻找其它推进途径，曾有人设计用划桨式，鱼尾摆动式的推进器，但因其结构复杂、效率低而并不实用；也有人曾设计了一些喷水推进装置用于潜水艇上，但是仍然不能从根本上消除噪音，因为其驱动或传动装置仍然有噪声。

运动灵活性是评定水下侦察设备的一项重要指标，无论是划桨式还是鱼尾摆动式推进器，它们的灵活性往往不够。

目前，国内外相关专利主要有以下几种：

申请号为200510010225.6的专利名称为“仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人”的发明专利利用记忆合金和复位弹簧为传动装置，由于记忆合金技术并不太完善，而且响应速度慢，其推进速度受到限制；而且它只有一个出水口，转向不灵活，平稳性差；申请号为00111425.5的专利名称为“无噪音潜水艇压水式喷水推进器”的发明专利的推进原理虽然降低了噪声，但是其齿轮传动机构仍然不能从根本上消除噪音。

因此，目前市场上还没有一种设备能够解决噪声、灵活度等困扰水下侦察设备的难题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服噪音，并运动灵活的机器仿生水母。

本发明的目的是这样实现的：它是由动力系统、传动系统、喷水系统和固定架组成，动力系统由四个电磁铁装置组成，传动系统由四块挡板和两个复位弹簧组成，喷水系统由两个皮囊、两个进水管和四个出水管组成，固定架由左、右固定梁组成，电磁铁装置设置在挡板上，挡板固定在皮囊的上、下部，皮囊通过挡板固定在固定架上，复位弹簧两端分别与上、下挡板固定，进水管布置在皮囊的前端，上皮囊的出水管对称地布置在皮囊的下后端，下皮囊的出水管对称地布置在皮囊的上后端。

本发明还有这样一些结构特征：

1、所述的电磁铁装置包括电磁铁和其匹配的蓄电池；

2、所述的挡板可以呈圆形或椭圆形；

3、所述的喷水系统的进水管处设置有进水口电磁阀，出水管处设置有出水口电磁阀；

4、所述的皮囊的材料可选用弹性较高的橡胶，其正面呈圆形或椭圆形，侧面呈椭圆形；

5、所述的电磁铁装置设置在挡板的中央，两块挡板上下对称地固定在一个皮囊的上、下部，连接处设置有密封装置；

6、所述的两个皮囊上下对称的通过各自挡板固定在左、右固定梁构成的固定架上，复位弹簧两端分别与上、下挡板固定；

7、所述的皮囊进水口截面积大于出水口截面积；

8、所述的进水管设置在皮囊的前端，进水管与皮囊的连接处设置有密封装置。

本发明是根据水母用肌肉收缩体内水囊喷水而无声快速前进的原理设计一种电磁铁加压于两个以上的皮囊而喷水的无噪音机器仿生水母。

本发明通常由两个皮囊组成一个工作单元。工作开始后，一个皮囊的进水口电磁阀打开，同时其两个出水口电磁阀关闭，两个电磁铁在复位弹簧的配合下相互排斥，使水从进水口电磁阀进入并充满此皮囊；在此过程中另一个皮囊的出水口电磁阀关闭，同时其两个出水口电磁阀打开，两个电磁铁相互吸引，挤压皮囊，使水从出水口电磁阀排出；这样一个皮囊进水时另一个皮囊排水，一个皮囊排水时另一个皮囊进水，如此交替运动，推动机器仿生水母前进，这个过程为连续前进工作状态。前进过程中若关闭左侧其中一个出水口电磁阀可以实现整体右转弯，若同时关闭左侧两个出水口电磁阀可以实现整体右急转弯；反之，可以实现整体左转弯、左急转弯；通过控制两个皮囊的进水量可以实现整体沉浮运动。若两个皮囊同步工作即同时吸水，同时喷水，这样水母可以得到较大的瞬时推力，该状态称为脉冲前进状态；也可以仅让其中一个皮囊工作，推动整体前进，而让另一个皮囊通过控制进水量实现整体沉浮。总之，机器仿生水母可以实现多种运行状态：

(1)前进、快速前进；

(2)后退；

(3)沉浮、快速沉浮；

(4)左转弯、左急转弯；

(5)右转弯、右急转弯；

(6)前进和沉浮同步运行；

(7)前进和转弯同步运行；

(8)转弯和沉浮同步运行。

本发明的推进装置没有在水中使用螺旋桨，又没有使用通常传动系统有噪声的喷水推进方式，而是使用了一种全新的动力及传动系统均无噪声的压水推进方式；同时本发明水口的水流旋涡的流体动力噪音也不会高于海水中的固有噪声；因此，机器仿生水母就可以真正做到无噪声，而且本发明具有功能齐全，结构简单，工作效率高、价廉、易于维护等优点。

(四)附图说明

图1是本发明机器仿生水母的主视图；

图2是本发明机器仿生水母的俯视图；

图3是本发明机器仿生水母的右视图；

图4是本发明机器仿生水母的另一状态图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：

结合图1-4，本实施例是由动力系统、传动系统、喷水系统和固定架组成，附图中电磁铁装置3、13、15、22组成动力系统，电磁铁装置可选用现成的电磁铁和其匹配的蓄电池；挡板1、4、12、16和复位弹簧2、14组成传动系统，挡板1、4、12、16可以呈圆形或椭圆形，其材料可用聚四氟乙烯、钢板等，复位弹簧2、14可选用现成的弹簧；皮囊6、11，进水管18、19，进水口电磁阀17、20，出水管7、10、23、26，出水口电磁阀8、9、24、25组成喷水系统，皮囊6、11的材料可选用弹性较高的橡胶，其正面呈圆形或椭圆形，侧面呈椭圆形，进水管18、19和出水管7、10、23、26可选用现成的塑料管、薄壁钢管等，进水口电磁阀17、20和出水口电磁阀8、9、24、25可选用现成的电磁阀；固定梁5、21组成固定架，固定梁5、21可用工字钢制作；电磁铁装置3、13、15、22经密封后分别镶嵌在挡板4、12、16、1中央，且固定后要在连接处密封；挡板1、4分别固定在皮囊6上、下部，并上下对称布置，且固定后要在连接处密封；挡板12、16分别固定在皮囊11的上、下部，并上下对称布置，且固定后要在连接处密封；以左、右固定梁21、5为固定架，皮囊6、11上下对称的通过各自挡板4、16固定在固定架上；复位弹簧2两端分别与挡板1、4固定，复位弹簧14两端分别与挡板12、16固定；进水管18、19与分别固定在皮囊6、11的前端，出水管7、23对称地固定在皮囊6的下后端，出水管10、26对称地固定在皮囊11上后端，进水口的开闭可用进水口电磁阀17、20控制，出水口的开闭可用出水口电磁阀8、9、24、25控制。工作时出水口电磁阀8、24关闭，电磁铁3、22在复位弹簧2的配合下相互排斥，水由进水口电磁阀19进入，充满皮囊6；在此过程中出水口电磁阀9、25关闭，电磁铁13、15相互吸引，挤压皮囊11，水由出水口9、25排出，这样皮囊6进水时皮囊11排水，反之皮囊11进水时皮囊6排水；如此皮囊6和皮囊11交替运行，推动机器仿生水母整体前进，这个过程为连续前进工作状态；前进过程中若关闭出水口电磁阀8或9可以实现整体右转弯，若同时关闭出水口电磁阀8、9可以实现整体右急转弯；若关闭出水口电磁阀24或25可以实现整体左转弯；若同时关闭出水口电磁阀24、25可以实现整体左急转弯；通过控制皮囊6、11的进水量可以实现整体沉浮运动。

图1和图4分别是运动过程中皮囊6和皮囊11的两个交替运行状态。

若皮囊6、11同步工作即同时吸水、同时喷水，水母可以得到较大的瞬时推进力，该状态称为脉冲前进状态；也可让其中一个皮囊工作，推动整体前进，让另一个皮囊通过控制进水量可以实现整体沉浮运动。

其中，电磁铁提供动力，经挡板分别带动两个皮囊；在连续前进工作状态，两个皮囊交替吸水、排水，推动整体前进，前进过程中若关闭左侧其中一个出水口电磁阀可以实现整体右转弯，若同时关闭左侧两个出水口电磁阀可以实现整体右急转弯；反之，可以实现整体左转弯、左急转弯；通过控制两个皮囊的进水量可以实现整体沉浮运动。若两个皮囊同步工作即同时吸水、同时喷水，可以得到较大的瞬时推力，该状态称为脉冲前进状态；也可以仅让其中一个皮囊工作，推动整体前进，而让另一个皮囊通过控制进水量实现整体沉浮。可以把该装置进行多组组合，形成稳定的均速和强力的喷水推进。也可以改变动力来源用于普通船舶的推进。

Claims

1、一种机器仿生水母，其特征是：它是由动力系统、传动系统、喷水系统和固定架组成，动力系统由四个电磁铁装置组成，传动系统由四块挡板和两个复位弹簧组成，喷水系统由两个皮囊、两个进水管和四个出水管组成，固定架由左、右固定梁组成，电磁铁装置设置在挡板上，挡板固定在皮囊的上、下部，皮囊通过挡板固定在固定架上，复位弹簧两端分别与上、下挡板固定，进水管布置在皮囊的前端，上皮囊的出水管对称地布置在皮囊的下后端，下皮囊的出水管对称地布置在皮囊的上后端。

2、根据权利要求1所述的机器仿生水母，其特征是：所述的电磁铁装置包括电磁铁和其匹配的蓄电池。

3、根据权利要求2所述的机器仿生水母，其特征是：所述的挡板呈圆形或椭圆形。

4、根据权利要求3所述的机器仿生水母，其特征是：所述的喷水系统的进水管处设置有进水口电磁阀，出水管处设置有出水口电磁阀。

5、根据权利要求4所述的机器仿生水母，其特征是；所述的皮囊为弹性橡胶，其正面呈圆形或椭圆形，侧面呈椭圆形。

6、根据权利要求5所述的机器仿生水母，其特征是：所述的电磁铁装置设置在挡板的中央，两块挡板上下对称地固定在一个皮囊的上、下部，连接处设置有密封装置。

7、根据权利要求6所述的机器仿生水母，其特征是：所述的皮囊进水口截面积大于出水口截面积。

8、根据权利要求7所述的机器仿生水母，其特征是：所述的进水管与皮囊的连接处设置有密封装置。