CN103010438A - 一种新型机器鱼胸鳍推进机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新型机器鱼胸鳍推进机构，包括沿鱼体外壳中轴线左、右对称的两个胸鳍机构，两个胸鳍机构结构相同，胸鳍机构，包括电机支架、动力源电机、齿轮对、转动中轴、中轴支架、转动支架、第一电机、铰接件、滑筒、类球副、胸鳍，所述电机支架和中轴支架固定在鱼体外壳上，动力源电机固定于电机支架内，动力源电机的输出轴端连接齿轮对，齿轮对装配在转动中轴上，转动中轴由电机支架和中轴机架支撑，转动中轴一端与转动支架连接，第一电机紧固在转动支架上，所述第一电机的输出端与通过铰接件铰接于滑筒一端，所述滑筒另一端滑动连接类球副，所述类球副与胸鳍固定连接。本发明具有运动形式多、传统机械机构的灵活度和密封性的特点。

Description

一种新型机器鱼胸鳍推进机构

技术领域

本发明属于机电装置，尤其涉及机器鱼的胸鳍推动机构。

背景技术

随着海洋权益重要性的日益凸显，对海洋的探索、保护和利用的重要性也随之增加。现有水中执行任务的舰船及潜器多以螺旋桨为主要推进方式，在噪音和尾涡控制方面具有比较大的局限性。鱼类作为自然界进化的产物，在水中具有极为出色的游动能力，对其游动机理的研究有助于为新一代舰船和潜器提供新的推进方式。在自然界，鱼类的推进方式主要分为两类，即身体/尾鳍推进方式，及胸鳍推进方式。目前的研究主要集中在前者，且已有较为成熟的推进机理研究成果和仿生机器鱼产品。在低速运动的条件下，与尾鳍推进方式相比较，胸鳍推进方式在游动的灵活度、姿态稳定性、沉浮控制、定位等方面具有明显的优势，因此得到越来越多的研究者的关注。其中，胸鳍推进机构的创新设计是其中的关键技术之一，目前的推进机构多以鲼类为仿生对象，推进机构和鱼体实行整体密封。本发明涉及一种机器鱼的新型胸鳍推动机构，通过左右胸鳍各自独立的两自由度运动，实现机器鱼直游、转弯等多种推进模式。同时，通过机构创新，解决了胸鳍推进机构和鱼体机构之间的密封问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，基于鱼类胸鳍动力学分析以及机器鱼在其特殊动作环境中密封性的要求，提供一种新型机器鱼胸鳍推进机构，其具有运动形式多样、传统机械机构的灵活度和密封性的优点。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种新型机器鱼胸鳍推进机构，包括沿鱼体外壳中轴线左、右对称的两个胸鳍机构，两个所述胸鳍机构结构相同，所述胸鳍机构，包括电机支架、动力源电机、齿轮对、转动中轴、中轴支架、转动支架、第一电机、铰接件、滑筒、类球副、胸鳍，所述电机支架和中轴支架固定在鱼体外壳上，所述动力源电机固定于电机支架内，所述动力源电机的输出轴端连接齿轮对，所述齿轮对装配在转动中轴上，所述转动中轴的一端为动力源电机的输出褍，所述转动中轴由电机支架支撑，转动中轴的中部通过轴承由中轴支架支撑，其另一端通过法兰与转动支架连接，所述第一电机紧固在转动支架上，所述第一电机的输出端与通过铰接件铰接于滑筒一端，所述滑筒另一端滑动连接类球副，所述类球副与胸鳍固定连接。

进一步的，所述齿轮对包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮啮合第二齿轮。

进一步的，所述铰接件连接第一电机的一端设有大连接部，所述铰接件连接滑筒的另一端设有开口相反的小连接部。

进一步的，所述滑筒外壁一侧开有沿长度方向的缺口。

进一步的，所述类球副包括活动杆、第一类球副套件、第二类球副套件和第三类球副套件，所述活动杆为断开的两截，活动杆中间固定连接有第一类球副套件，所述第一类球副套件中部设置在第二类球副套件内，所述第二类球副套件密封安装于第三类球副套件内，所述活动杆另一端与胸鳍固定连接，所述第二类球副和活动杆件之间通过软橡胶皮套连接。

与现有技术相比较，本发明具有如下的有益效果：

解决了在胸鳍推进机构设计中灵活度和密封性的问题，在良好的密封效果下，实现胸鳍的二自由度灵活运动；

胸鳍机构简洁、容易实现，各部件材质选用灵活度大，采用铰链与类球副的配合可实现稳定的运动传输；

运动形式多样，通过各控制参数以及安装角度的调节可实现大量有效的推进力，在胸鳍的动作方面能更好的拟合鱼类胸鳍的运动状况，有利于机器鱼的发展研究；

左、右胸鳍采用对称结构，并且左、右胸鳍机构轴心线间的夹角，在具体设计时可根据实际情况需要变化，采用固定结构的电机支架能够应用在多种仿生机器鱼中；

动力源电机和第一电机提供动力，第一电机采用电刷提供电信号控制，可以同时实现胸鳍的摆动和整周转动，实现仿生机器鱼直游、转向、变速巡游的灵活性，提升了机器鱼游动推进能力。

附图说明

图1是本发明新型机器鱼胸鳍推进机构的整体示意图；

图2是本发明单侧胸鳍推进机构的示意图；

图3是本发明单侧胸鳍推进机构的类球副的示意图；

图4是本发明单侧胸鳍推进机构的类球副的整体图；

图5是本发明单侧胸鳍推进机构的类球副的整体俯视图；

图6是图5的A-A剖视图；

图7是图6的B-B剖视图；

图8是本发明单侧胸鳍推进机构的滑筒的示意图；

图9是本发明单侧胸鳍推进机构的滑筒的使用图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-9所示，新型机器鱼胸鳍推进机构，包括沿鱼体外壳中轴线完全对称的左、右两个胸鳍机构，左、右两个胸鳍机构结构相同， 符合机器鱼设计要求，且左、右胸鳍机构可独立动作。该胸鳍机构，包括电机支架1、动力源电机2、齿轮对3、转动中轴4、中轴支架5、转动支架6、第一电机7、铰接件8、滑筒10、类球副11、胸鳍12，电机支架1和中轴支架5固定在鱼体外壳上，电机支架1共有左右两个，以鱼体轴线为中心对称布置，在具体实现时，可以通过将左右两个电机支架按不同夹角在鱼体外壳上进行对称布置和固定而实现左右胸鳍之间夹角的改变。动力源电机2固定于电机支架1内，动力源电机2的输出轴端连接齿轮对3，齿轮对3包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮啮合连接第二齿轮，第二齿轮装配在转动中轴4上，转动中轴4的一端为动力源电机2的输出端，转动中轴4由电机支架1支撑，转动中轴4的中部通过轴承由中轴支架5支撑，其另一端通过法兰与转动支架6连接而构成摆动，第一电机7紧固在转动支架6上，第一电机7的输出端通过铰接件8铰接于滑筒10一端，铰接件8连接第一电机的一端设有大连接部9，铰接件8连接滑筒的另一端设有开口相反的小连接部17。滑筒10外壁一侧开有沿长度方向的缺口，滑筒10另一端滑动连接有类球副11。

如图3-7所示，该类球副11包括活动杆13、第一类球副套件14、第二类球副套件15和第三类球副套件16，所述活动杆13为断开的两截，活动杆13中间固定连接有第一类球副套件14，第一类球副套件14中部设置在第二类球副套件15内，第一类球副套件14在第二类球副套件15内部圆弧面的转动实现胸鳍的摆动；第二类球副套件15通过密封圈密封安装于第三类球副套件16内，第二类球副套件15在第三类球副套件16上绕轴向的转动实现胸鳍的转动；它通过第一类球副套件14和第二类球副套件15的配合，实现胸鳍两个自由度的运动。在密封方式上，第二类球副套件15和活动杆件13之间通过软橡胶皮套连接，实现机构摆动层面的密封；所述活动杆13另一端与胸鳍12固定连接。该类球副11二自由度胸鳍运动方式有利于转动和摆动两运动相互独立的实现机构密封，降低了密封的难度，保证了密封的可靠性。

新型机器鱼胸鳍推进机构主要动作方式有以下三类：

1、动力源电机2零输出，第一电机7有摆动输出。该种动作状态是当给定胸鳍攻角时，单纯利用胸鳍拍动产生推进力，胸鳍攻角可随动力源电机2的输出进行变换。

2、第一电机7零输出，动力源电机2有转动输出。该种动作状态借助机构本身的动作特点，仅仅利用轴向的转动，产生推进力，动作原理类似船桨的滑动。

3、动力源电机2和第一电机7均有输出。该种动作状态是较为复杂的两种动作的复合，给定电机合适的控制量，便能实现两自由度运动间的协调，产生胸鳍形式多样的运动来产生推进力，实现推进。

整个机构动作时，动力源电机2和第一电机7单独或者以一定方式联合转动，实现外部胸鳍运动形式的多样性。动力源电机2整周或一定角度的转动通过齿轮对3传送，带动转动中轴4以及紧固在上面的摆动机构，使第二类球副套件15沿第三类球副套件16内壁凹槽转动，产生外部胸鳍的轴向转动，该运动改变胸鳍在摆动过程中的攻角，产生有效推进力。第一电机7在一定角度范围内的往复摆动，通过铰接件8的传递，使滑筒10在活动杆13上沿轴向往复滑动，而活动杆13以类球副11为支点，连接滑筒10的端部沿某一确定方向垂直轴向摆动，进而使紧固在活动杆13另一端部的外部胸鳍12以相应规律摆动，拟合鱼类胸鳍的拍动而产生推进力。

除此之外，更大的灵活性在于通过电机控制量的改变实现两种运动各自的幅值、频率、偏角的改变，加上胸鳍安装与摆动方向的夹角的变化，便能使机构灵活动作，因而该机构在拟合鱼类胸鳍运动时游刃有余，这对于研究基于胸鳍推动的仿生机器鱼有着重要意义。

以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种新型机器鱼胸鳍推进机构，包括沿鱼体外壳中轴线左、右对称的两个胸鳍机构，其特征在于：两个所述胸鳍机构结构相同，所述胸鳍机构，包括电机支架、动力源电机、齿轮对、转动中轴、中轴支架、转动支架、第一电机、铰接件、滑筒、类球副、胸鳍，所述电机支架和中轴支架固定在鱼体外壳上，所述动力源电机固定于电机支架内，所述动力源电机的输出轴端连接齿轮对，所述齿轮对装配在转动中轴上，所述转动中轴的一端为动力源电机的输出端，所述转动中轴由电机支架支撑，转动中轴的中部通过轴承由中轴支架支撑，其另一端通过法兰与转动支架连接，所述第一电机紧固在转动支架上，所述第一电机的输出端与通过铰接件铰接于滑筒一端，所述滑筒另一端滑动连接类球副，所述类球副与胸鳍固定连接。

2.如权利1所述的新型机器鱼胸鳍推进机构，其特征在于：所述齿轮对包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮啮合第二齿轮。

3.如权利1所述的新型机器鱼胸鳍推进机构，其特征在于：所述铰接件连接第一电机的一端设有大连接部，所述铰接件连接滑筒的另一端设有开口相反的小连接部。

4.如权利1所述的新型机器鱼胸鳍推进机构，其特征在于：所述滑筒外壁一侧开有沿长度方向的缺口。

5.如权利1所述的新型机器鱼胸鳍推进机构，其特征在于：所述类球副包括活动杆、第一类球副套件、第二类球副套件和第三类球副套件，所述活动杆为断开的两截，活动杆中间固定连接有第一类球副套件，所述第一类球副套件中部设置在第二类球副套件内，所述第二类球副套件密封安装于第三类球副套件内，所述活动杆另一端与胸鳍固定连接，所述第二类球副和活动杆件之间通过软橡胶皮套连接。

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