CN105857557B - 基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水下自主式仿生机器鱼技术领域，目的是提供一种使仿箱魨科机器鱼具备高机动性、高推进效率且能实现复杂三维运动的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，包括两片仿生胸鳍、对称设置的两套摆动机构、分别与两套摆动机构连接的两套拍动机构，摆动机构包括安置盒、摆动舵机、摆动舵盘、安置盒端盖、输出轴，摆动舵机安装在安置盒内，摆动舵机的输出端与摆动舵盘连接，摆动舵盘与输出轴连接，安置盒端盖与安置盒固定连接，输出轴伸出安置盒端盖的一端上固定仿生胸鳍，拍动机构包括安置架、拍动舵机、拍动舵盘、动力输出中间模块、支撑轴，拍动舵机的输出端与拍动舵盘连接，拍动舵盘与摆动舵盘分别在相互垂直的两个平面上。
Description
技术领域
本发明属于水下自主式仿生机器鱼技术领域，特别是涉及一种基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构。
背景技术
近年来，包括机器鱼在内的水下服务机器人在海洋资源开采、水下勘查、管道检查、电缆铺设等方面发挥了重大作用，越来越引起科研工作者的关注。
仿生机器鱼通过采用身体和鱼鳍的协调运动，可实现快速启动、上升下潜、悬停定位以及机动转弯，从而具备在复杂水下环境中作业服务的能力。除了具备更优的机动性与灵活性外，与以往的基于螺旋桨的水下航行器相比，仿生推进器的推进效率可提高30％，从而可以节省能源，延长工作时间，提高续航能力。
CN101758916B公开了一种自主式机器鱼，其中部设置有一对对称分布的左、右胸鳍推进机构，所述左、右胸鳍的胸鳍推进机构为对称结构，均包括舵机支架，所述舵机支架通过螺丝固定在所述下壳体上，所述舵机支架上固定设置有所述胸鳍推进机构的舵机；所述舵机的输出力矩通过一联轴器传递给一大齿轮，所述大齿轮与一小齿轮啮合，所述小齿轮固定设置在一通过轴承与轴承座连接的输出轴上，所述轴承座通过螺丝固定连接一顶盖，所述顶盖固定在所述下壳体上；所述输出轴的另一端依次穿过所述顶盖和一与所述顶盖紧配合的法兰盖后，分别与所述左、右胸鳍连接。其存在的问题是胸鳍推进机构通过大、小齿轮进行传动，结构复杂，且仅能实现胸鳍的摆动，无法实现机器鱼在水中的多种复杂运动，如上升、下潜和翻转等动作。
相对于其他体型以及采用其他推进方式的鱼类来说，箱鲀具备更加优良的游动特性，包括机动性、稳定性、流场特性等，对其研究具备更大的意义。
对于仿生箱鲀，通过与其推进机理的结合，制造水动力性能稳定，外形更加接近真鱼，且综合性能最优的仿生箱鲀将是未来研究努力的方向。在此之外，进行仿生箱鲀的推进技术、传感技术以及控制技术的融合，提高机器鱼的智能性，进行仿生箱鲀的运动控制和多机器鱼的协调研究，也是未来仿生箱鲀的发展与研究趋势。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使仿箱魨科机器鱼具备高机动性、高推进效率且能实现复杂三维运动的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，包括两片仿生胸鳍、对称设置的两套摆动机构、分别与两套摆动机构连接的两套拍动机构，摆动机构包括安置盒、摆动舵机、摆动舵盘、安置盒端盖、输出轴，摆动舵机安装在安置盒内，摆动舵机的输出端与摆动舵盘连接，摆动舵盘与输出轴连接，输出轴上安装第一轴承，第一轴承安装在安置盒端盖内，安置盒端盖与安置盒固定连接，输出轴伸出安置盒端盖的一端上固定仿生胸鳍，拍动机构包括安置架、拍动舵机、拍动舵盘、动力输出中间模块、支撑轴，拍动舵机安装在安置架上，拍动舵机的输出端与拍动舵盘连接，动力输出中间模块包括动力轴、套筒，动力轴与拍动舵盘固定连接，动力轴上安装第二轴承，第二轴承安装在套筒内，动力轴的另一端与安置盒的侧壁连接，安置盒的另一侧壁上安装支撑轴，支撑轴上安装支撑轴承，拍动舵盘与摆动舵盘分别在相互垂直的两个平面上。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，进一步的，所述输出轴与安置盒端盖之间设置第一密封圈，第一密封圈位于第一挡圈的外侧。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，进一步的，所述输出轴上安装端盖，端盖与安置盒端盖固定连接。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，进一步的，所述动力轴与套筒之间设置第二密封圈。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，进一步的，通过第一挡圈对第一轴承进行轴向定位。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，进一步的，通过第二挡圈对第二轴承进行轴向定位。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，进一步的，所述仿生胸鳍包括骨架，骨架包括一体制成的多根圆杆，相邻圆杆之间设置薄膜。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，进一步的，所述仿生胸鳍形状呈扇形。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，进一步的，每根所述圆杆从中心到外端的截面积逐渐减小。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，进一步的，所述骨架采用工程塑料制成，薄膜采用塑料薄膜。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明设置两套摆动机构和两套拍动机构，通过采用双自由度的仿生胸鳍，使得仿箱魨科机器鱼具备更高的机动性能，提高了其推进效率，双自由度仿生胸鳍可以实现机器鱼在水中的多种复杂运动，比如上升、下潜、翻转等动作，实现了机器鱼在空间中的复杂三维运动。
下面结合附图对本发明的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构作进一步说明。
附图说明
图1为本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构的立体图；
图2为摆动机构的爆炸图；
图3为拍动机构的爆炸图；
图4为拍动机构中动力输出中间模块的爆炸图；
图5为本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构安装在仿箱魨科机器鱼上的示意图。
具体实施方式
如图1-图4所示，本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构包括两片仿生胸鳍1、对称设置的两套摆动机构2、分别与两套摆动机构2连接的两套拍动机构3。摆动机构2包括安置盒21、摆动舵机22、摆动舵盘23、安置盒端盖24、输出轴25，摆动舵机22安装在安置盒21内，摆动舵机22的输出端与摆动舵盘23连接，输出轴25轴端法兰通过螺钉与摆动舵盘23连接，输出轴25上安装第一轴承26并通过第一挡圈27进行轴向定位，第一轴承26安装在安置盒端盖24内，安置盒端盖24与安置盒21通过螺钉固定连接，输出轴25与安置盒端盖24之间设置第一密封圈28，第一密封圈28位于第一挡圈27的外侧。输出轴25上安装端盖29，端盖29通过螺钉与安置盒端盖24固定连接。
输出轴25伸出安置盒端盖24的一端上固定仿生胸鳍1，仿生胸鳍1形状呈扇形，包括骨架11，骨架11包括一体制成的多根圆杆12，每根圆杆12从中心到外端的截面积逐渐减小。骨架11采用工程塑料一体加工制成，相邻圆杆12之间设置薄膜13，薄膜13可采用塑料薄膜。
拍动机构3包括安置架31、拍动舵机32、拍动舵盘33、动力输出中间模块4、支撑轴5，拍动舵机32安装在安置架31上，拍动舵机32的输出端与拍动舵盘33连接。动力输出中间模块4包括动力轴401、套筒405，动力轴401轴端法兰通过螺钉与拍动舵盘33固定连接，动力轴401上安装第二轴承402并通过第二挡圈403进行轴向定位，第二轴承402安装在套筒405内，动力轴401与套筒405之间设置第二密封圈404，动力轴401的另一端与安置盒21的侧壁连接。安置盒21的另一侧壁上安装支撑轴5，支撑轴5上安装支撑轴承6。
拍动舵盘33与摆动舵盘23分别在相互垂直的两个平面上。
如图5所示，本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构安装在机器鱼主体7的腹部位置，使两片仿生胸鳍1分别位于机器鱼主体7的两侧。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构的工作过程为：
1.当摆动舵机22运转拍动舵机32不运转时，摆动舵机22带动摆动舵盘23、输出轴25转动，仿生胸鳍1转动，仿生胸鳍1实现摆动的动作；
2.当拍动舵机32运转摆动舵机22不运转时，拍动舵机32带动拍动舵盘33、动力轴401转动，带动摆动机构的安置盒21上、下拍动，从而实现仿生胸鳍1上、下拍动的动作；
3.当摆动舵机22和拍动舵机32分别运转时，仿生胸鳍1实现拍动与摆动的复合动作。
本发明基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明设置两套摆动机构和两套拍动机构，通过采用双自由度的仿生胸鳍，使得仿箱魨科机器鱼具备更高的机动性能，提高了其推进效率，双自由度仿生胸鳍可以实现机器鱼在水中的多种复杂运动，比如上升、下潜、翻转等动作，实现了机器鱼在空间中的复杂三维运动。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，其特征在于：包括两片仿生胸鳍、对称设置的两套摆动机构、分别与两套摆动机构连接的两套拍动机构，摆动机构包括安置盒、摆动舵机、摆动舵盘、安置盒端盖、输出轴，摆动舵机安装在安置盒内，摆动舵机的输出端与摆动舵盘连接，摆动舵盘与输出轴连接，输出轴上安装第一轴承，第一轴承安装在安置盒端盖内，安置盒端盖与安置盒固定连接，输出轴伸出安置盒端盖的一端上固定仿生胸鳍，拍动机构包括安置架、拍动舵机、拍动舵盘、动力输出中间模块、支撑轴，拍动舵机安装在安置架上，拍动舵机的输出端与拍动舵盘连接，动力输出中间模块包括动力轴、套筒，动力轴与拍动舵盘固定连接，动力轴上安装第二轴承，第二轴承安装在套筒内，动力轴的另一端与安置盒的侧壁连接，安置盒的另一侧壁上安装支撑轴，支撑轴上安装支撑轴承，拍动舵盘与摆动舵盘分别在相互垂直的两个平面上。
2.根据权利要求1所述的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，其特征在于：所述输出轴与安置盒端盖之间设置第一密封圈，第一密封圈位于第一挡圈的外侧。
3.根据权利要求1所述的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，其特征在于：所述输出轴上安装有端盖，端盖与安置盒端盖固定连接。
4.根据权利要求1所述的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，其特征在于：所述动力轴与套筒之间设置第二密封圈。
5.根据权利要求2所述的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，其特征在于：通过第一挡圈对第一轴承进行轴向定位。
6.根据权利要求1所述的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，其特征在于：通过第二挡圈对第二轴承进行轴向定位。
7.根据权利要求1所述的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，其特征在于：所述仿生胸鳍包括骨架，骨架包括一体制成的多根圆杆，相邻圆杆之间设置薄膜。
8.根据权利要求7所述的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，其特征在于：所述仿生胸鳍形状呈扇形。
9.根据权利要求8所述的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，其特征在于：每根所述圆杆从中心到外端的截面积逐渐减小。
10.根据权利要求9所述的基于箱鲀科鱼类的双自由度仿生胸鳍推进机构，其特征在于：所述骨架采用工程塑料制成，薄膜采用塑料薄膜。
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