CN106275336B - 一种仿生鱼运动机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于仿生机器人技术领域，尤其属于一种仿生鱼运动机构。本发明要解决的技术问题是提供一种运动灵活、结构简单、应用广泛的仿生鱼运动机构。为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种仿生鱼运动机构，包括有仿生鱼头、仿生鱼身、仿生鱼尾、仿生鱼鳍、固定板、第一滑轨、第一滑块、齿条、支杆、第一定滑轮、第一拉线、第二定滑轮、第二拉线、固定杆、第一摆动杆、扇形齿轮、第二滑轨、第二滑块、连接杆、第一绕线轮、大皮带轮、圆柱齿轮、小皮带轮、平皮带、电机、第二绕线轮、第三滑轨、第三滑块、第一连杆、转盘、第二连杆、滑动轴、第二摆动杆和挡板。本发明达到了运动灵活、结构简单、应用广泛的效果。

Description

一种仿生鱼运动机构

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，尤其属于一种仿生鱼运动机构。

背景技术

20世纪90年代以前对于鱼类仿生学的研究主要集中于理论方面，随着鱼类推进机理研究的深入，机器人技术、仿生学、电子技术、材料科学和控制技术的新发展，模拟鱼类游动机理的新型水下机器人——仿生机器鱼受到了国内外的广泛关注。美国麻省理工学院根据提出的鱼尾推进的“射流推进理论”，研制出长1.2米的仿生金枪鱼和长0.8米的仿生梭鱼。美国东北大学海洋科学中心利用形状记忆合金和连杆机构开发了波动推进的机器鳗鱼。美国新墨西哥大学利用高分子电解质离子交换膜IEM，镀在仿生鱼鳍的金属簿片上，通过外加电场实现人造合成肌肉运动，产生类似鳗鱼的游动方式。英国Essex大学设计了具有三维运动能力的机器鱼。日本东京大学研制了两关节自推进的机器海豚。Kato等研究了对胸鳍推进机构的控制，并开发了机器鱼样机黑鲈。日本名古屋大学研制出形状记忆合金驱动微型身体波动式水下推进器和压电陶瓷驱动的双鳍鱼型微机器人。在国内，哈尔滨工程大学开展了仿生机器章鱼的研究工作。北京航空航天大学机器人研究所研制了机器鳗鱼、机器海豚以及采用扁平宽大的斧形水动力外型的SPC系列仿生机器鱼。中科院沈阳自动化研究所制作了两关节的仿生机器鱼模型。北京大学力学与工程科学系研制了仿生海豚样机。中科院北京自动化研究所研发出微小型机器鱼、多传感器仿生机器鱼等。

仿生鱼可实现替代水上作业不方便性和危险性，也可应用于水上机器人比赛，但目前的仿生鱼存在运动不灵活、结构复杂、应用不广泛的缺点，因此亟需研发一种运动灵活、结构简单、应用广泛的仿生鱼运动机构。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明为了克服目前的仿生鱼存在运动不灵活、结构复杂、应用不广泛的缺点，本发明要解决的技术问题是提供一种运动灵活、结构简单、应用广泛的仿生鱼运动机构。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种仿生鱼运动机构，包括有仿生鱼头、仿生鱼身、仿生鱼尾、仿生鱼鳍、固定板、第一滑轨、第一滑块、齿条、支杆、第一定滑轮、第一拉线、第二定滑轮、第二拉线、固定杆、第一摆动杆、扇形齿轮、第二滑轨、第二滑块、连接杆、第一绕线轮、大皮带轮、圆柱齿轮、小皮带轮、平皮带、电机、第二绕线轮、第三滑轨、第三滑块、第一连杆、转盘、第二连杆、滑动轴、第二摆动杆和挡板，仿生鱼身左侧连接有仿生鱼头，仿生鱼身右侧中部铰接连接有连接杆，连接杆右端连接有仿生鱼尾，连接杆左端连接有第二滑轨，第二滑轨位于仿生鱼身内，第二滑轨上滑动式连接有第二滑块，仿生鱼身内右侧设有固定板和固定杆，固定杆位于固定板右侧，固定杆中部铰接连接有第一摆动杆，第一摆动杆左端连接有扇形齿轮，第一摆动杆右端与第二滑块连接，固定板右侧从上至下依次设有第一定滑轮、第一滑轨和第二定滑轮，第一滑轨上滑动式连接有第一滑块，第一滑块右侧设有齿条，齿条与扇形齿轮啮合，固定板左侧上部设有第一绕线轮，第一绕线轮上绕有第一拉线，第一拉线绕过第一定滑轮，并与齿条顶端连接，固定板左侧下部设有第二绕线轮，第二绕线轮上绕有第二拉线，第二拉线绕过第二定滑轮与齿条底端连接，第一绕线轮与第二绕线轮后侧均设有大皮带轮，固定板左侧中心设有第三滑轨，第三滑轨上滑动式连接有第三滑块，固定板左侧关于第三滑轨对称设有支杆，上侧支杆左端设有圆柱齿轮，下侧支杆左端设有电机，电机前侧也设有圆柱齿轮，两圆柱齿轮啮合，且两圆柱齿轮前侧均连接有小皮带轮，小皮带轮与大皮带轮通过平皮带连接，两圆柱齿轮前侧偏心位置处均铰接连接有第一连杆，两第一连杆左端均与第三滑块右侧铰接连接，第三滑块左侧上下对称铰接连接有第二连杆，仿生鱼身内后壁左侧上下对称设有转盘，两转盘前侧偏心位置处均与第二连杆左端铰接连接，两转盘前侧均设有滑动轴，仿生鱼身左侧上下对称铰接连接有第二摆动杆，第二摆动杆上均开有一字孔，一字孔位于仿生鱼身内，滑动轴位于一字孔内，并与一字孔配合，第二摆动杆上均连接有仿生鱼鳍，仿生鱼鳍位于仿生鱼身外。

优选地，还包括有挡板，仿生鱼鳍上均匀开有小孔，且仿生鱼鳍上后侧面的小孔处均铰接连接有挡板。

优选地，鱼头外壳采用硬质防水材料制成，优选材料为玻璃钢。

优选地，保证密封连接。

工作原理：当用户将仿生鱼放入水中后，控制电机旋转，一方面，当电机顺时针旋转时，带动下侧圆柱齿轮顺时针转动，带动下侧第一连杆向左运动，同时下侧圆柱齿轮带动上侧圆柱齿轮逆时针转动，进而带动上侧第一连杆向左运动，两第一连杆带动第三滑块向左运动，第三滑块带动两第二连杆向左运动，上侧第二连杆带动上侧转盘顺时针转动，上侧转盘通过滑动轴带动上侧第二摆动杆逆时针转动，上侧第二摆动杆带动上侧仿生鱼鳍向左摆动，下侧第二连杆带动下侧转盘逆时针转动，下侧转盘通过滑动轴带动下侧第二摆动杆顺时针转动，下侧第二摆动杆带动下侧仿生鱼鳍向左摆动，当电机逆时针旋转时，带动下侧圆柱齿轮逆时针转动，带动下侧第一连杆向右运动，同时下侧圆柱齿轮带动上侧圆柱齿轮顺时针转动，进而带动上侧第一连杆向右运动，两第一连杆带动第三滑块向右运动，第三滑块带动两第二连杆向右运动，上侧第二连杆带动上侧转盘逆时针转动，上侧转盘通过滑动轴带动上侧第二摆动杆顺时针转动，上侧第二摆动杆带动上侧仿生鱼鳍向右摆动，下侧第二连杆带动下侧转盘顺时针转动，下侧转盘通过滑动轴带动下侧第二摆动杆逆时针转动，下侧第二摆动杆带动下侧仿生鱼鳍向右摆动，如此，控制电机不断顺时针或逆时针旋转，带动仿生鱼鳍不断左右摆动，使得仿生鱼可以不断向左运动。另一方面，当电机顺时针旋转时，下侧圆柱齿轮带动下侧小皮向左带轮顺时针转动，进而通过平皮带带动下侧大皮带轮顺时针转动，从而带动第二绕线轮顺时针转动，第二拉线被放开，同时上侧圆柱齿轮带动上侧小皮带轮逆时针转动，进而通过平皮带带动下侧大皮带轮逆时针转动，从而带动第一绕线轮逆时针转动，第一拉线被绕起，第一拉线与第二拉线带动齿条向上运动，使得扇形齿轮顺时针转动，进而带动第一摆动杆顺时针转动，通过第二滑块在第二滑轨上滑动，带动连接杆左端向下摆动，进而带动仿生鱼尾向上摆动，当电机逆时针旋转时，下侧圆柱齿轮带动下侧小皮带轮逆时针转动，进而通过平皮带带动下侧大皮带轮逆时针转动，从而带动第二绕线轮逆时针转动，第二拉线被绕起，同时上侧圆柱齿轮带动上侧小皮带轮顺时针转动，进而通过平皮带带动下侧大皮带轮顺时针转动，从而带动第一绕线轮顺时针转动，第一拉线被放开，第一拉线与第二拉线带动齿条向下运动，使得扇形齿轮逆时针转动，进而带动第一摆动杆逆时针转动，通过第二滑块在第二滑轨上滑动，带动连接杆左端向上摆动，进而带动仿生鱼尾向下摆动，如此，使得仿生鱼不断上下摆动，使得仿生鱼运动的更快速且平稳。

因为还包括有挡板，仿生鱼鳍上均匀开有小孔，且仿生鱼鳍上后侧面的小孔处均铰接连接有挡板，当仿生鱼鳍向摆动时，水流将可顺利从小孔流出，防止仿生鱼鳍产生向右的阻力，导致仿生鱼停滞，当仿生鱼鳍向右摆动时，水流被挡板阻挡，使得仿生鱼鳍充分受到向左的推力，使得仿生鱼运动更加快速且平稳。

因为鱼头外壳采用硬质防水材料制成，优选材料为玻璃钢，有效延长仿生鱼使用寿命。

因为保证密封连接，仿生鱼具有很好的密封性。

(3)有益效果

本发明达到了运动灵活、结构简单、应用广泛的效果。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明仿生鱼身的主视结构示意图。

图3为本发明仿生鱼鳍的第一种主视结构示意图。

图4为本发明仿生鱼鳍的第二种主视结构示意图。

附图中的标记为：1-仿生鱼头，2-仿生鱼身，3-仿生鱼尾，4-仿生鱼鳍，5-固定板，6-第一滑轨，7-第一滑块，8-齿条，9-支杆，10-第一定滑轮，11-第一拉线，12-第二定滑轮，13-第二拉线，14-固定杆，15-第一摆动杆，16-扇形齿轮，17-第二滑轨，18-第二滑块，19-连接杆，20-第一绕线轮，21-大皮带轮，22-圆柱齿轮，23-小皮带轮，24-平皮带，25-电机，26-第二绕线轮，27-第三滑轨，28-第三滑块，29-第一连杆，30-转盘，31-第二连杆，32-滑动轴，33-第二摆动杆，34-一字孔，41-小孔，42-挡板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

一种仿生鱼运动机构，如图1-4所示，包括有仿生鱼头1、仿生鱼身2、仿生鱼尾3、仿生鱼鳍4、固定板5、第一滑轨6、第一滑块7、齿条8、支杆9、第一定滑轮10、第一拉线11、第二定滑轮12、第二拉线13、固定杆14、第一摆动杆15、扇形齿轮16、第二滑轨17、第二滑块18、连接杆19、第一绕线轮20、大皮带轮21、圆柱齿轮22、小皮带轮23、平皮带24、电机25、第二绕线轮26、第三滑轨27、第三滑块28、第一连杆29、转盘30、第二连杆31、滑动轴32、第二摆动杆33和挡板42，仿生鱼身2左侧连接有仿生鱼头1，仿生鱼身2右侧中部铰接连接有连接杆19，连接杆19右端连接有仿生鱼尾3，连接杆19左端连接有第二滑轨17，第二滑轨17位于仿生鱼身2内，第二滑轨17上滑动式连接有第二滑块18，仿生鱼身2内右侧设有固定板5和固定杆14，固定杆14位于固定板5右侧，固定杆14中部铰接连接有第一摆动杆15，第一摆动杆15左端连接有扇形齿轮16，第一摆动杆15右端与第二滑块18连接，固定板5右侧从上至下依次设有第一定滑轮10、第一滑轨6和第二定滑轮12，第一滑轨6上滑动式连接有第一滑块7，第一滑块7右侧设有齿条8，齿条8与扇形齿轮16啮合，固定板5左侧上部设有第一绕线轮20，第一绕线轮20上绕有第一拉线11，第一拉线11绕过第一定滑轮10，并与齿条8顶端连接，固定板5左侧下部设有第二绕线轮26，第二绕线轮26上绕有第二拉线13，第二拉线13绕过第二定滑轮12与齿条8底端连接，第一绕线轮20与第二绕线轮26后侧均设有大皮带轮21，固定板5左侧中心设有第三滑轨27，第三滑轨27上滑动式连接有第三滑块28，固定板5左侧关于第三滑轨27对称设有支杆9，上侧支杆9左端设有圆柱齿轮22，下侧支杆9左端设有电机25，电机25前侧也设有圆柱齿轮22，两圆柱齿轮22啮合，且两圆柱齿轮22前侧均连接有小皮带轮23，小皮带轮23与大皮带轮21通过平皮带24连接，两圆柱齿轮22前侧偏心位置处均铰接连接有第一连杆29，两第一连杆29左端均与第三滑块28右侧铰接连接，第三滑块28左侧上下对称铰接连接有第二连杆31，仿生鱼身2内后壁左侧上下对称设有转盘30，两转盘30前侧偏心位置处均与第二连杆31左端铰接连接，两转盘30前侧均设有滑动轴32，仿生鱼身2左侧上下对称铰接连接有第二摆动杆33，第二摆动杆33上均开有一字孔34，一字孔34位于仿生鱼身2内，滑动轴32位于一字孔34内，并与一字孔34配合，第二摆动杆33上均连接有仿生鱼鳍4，仿生鱼鳍4位于仿生鱼身2外。

还包括有挡板42，仿生鱼鳍4上均匀开有小孔41，且仿生鱼鳍4上后侧面的小孔41处均铰接连接有挡板42。

鱼头外壳采用硬质防水材料制成，优选材料为玻璃钢。

保证密封连接。

工作原理：当用户将仿生鱼放入水中后，控制电机25旋转，一方面，当电机25顺时针旋转时，带动下侧圆柱齿轮22顺时针转动，带动下侧第一连杆29向左运动，同时下侧圆柱齿轮22带动上侧圆柱齿轮22逆时针转动，进而带动上侧第一连杆29向左运动，两第一连杆29带动第三滑块28向左运动，第三滑块28带动两第二连杆31向左运动，上侧第二连杆31带动上侧转盘30顺时针转动，上侧转盘30通过滑动轴32带动上侧第二摆动杆33逆时针转动，上侧第二摆动杆33带动上侧仿生鱼鳍4向左摆动，下侧第二连杆31带动下侧转盘30逆时针转动，下侧转盘30通过滑动轴32带动下侧第二摆动杆33顺时针转动，下侧第二摆动杆33带动下侧仿生鱼鳍4向左摆动，当电机25逆时针旋转时，带动下侧圆柱齿轮22逆时针转动，带动下侧第一连杆29向右运动，同时下侧圆柱齿轮22带动上侧圆柱齿轮22顺时针转动，进而带动上侧第一连杆29向右运动，两第一连杆29带动第三滑块28向右运动，第三滑块28带动两第二连杆31向右运动，上侧第二连杆31带动上侧转盘30逆时针转动，上侧转盘30通过滑动轴32带动上侧第二摆动杆33顺时针转动，上侧第二摆动杆33带动上侧仿生鱼鳍4向右摆动，下侧第二连杆31带动下侧转盘30顺时针转动，下侧转盘30通过滑动轴32带动下侧第二摆动杆33逆时针转动，下侧第二摆动杆33带动下侧仿生鱼鳍4向右摆动，如此，控制电机25不断顺时针或逆时针旋转，带动仿生鱼鳍4不断左右摆动，使得仿生鱼可以不断向左运动。另一方面，当电机25顺时针旋转时，下侧圆柱齿轮22带动下侧小皮向左带轮顺时针转动，进而通过平皮带24带动下侧大皮带轮21顺时针转动，从而带动第二绕线轮26顺时针转动，第二拉线13被放开，同时上侧圆柱齿轮22带动上侧小皮带轮23逆时针转动，进而通过平皮带24带动下侧大皮带轮21逆时针转动，从而带动第一绕线轮20逆时针转动，第一拉线11被绕起，第一拉线11与第二拉线13带动齿条8向上运动，使得扇形齿轮16顺时针转动，进而带动第一摆动杆15顺时针转动，通过第二滑块18在第二滑轨17上滑动，带动连接杆19左端向下摆动，进而带动仿生鱼尾3向上摆动，当电机25逆时针旋转时，下侧圆柱齿轮22带动下侧小皮带轮23逆时针转动，进而通过平皮带24带动下侧大皮带轮21逆时针转动，从而带动第二绕线轮26逆时针转动，第二拉线13被绕起，同时上侧圆柱齿轮22带动上侧小皮带轮23顺时针转动，进而通过平皮带24带动下侧大皮带轮21顺时针转动，从而带动第一绕线轮20顺时针转动，第一拉线11被放开，第一拉线11与第二拉线13带动齿条8向下运动，使得扇形齿轮16逆时针转动，进而带动第一摆动杆15逆时针转动，通过第二滑块18在第二滑轨17上滑动，带动连接杆19左端向上摆动，进而带动仿生鱼尾3向下摆动，如此，使得仿生鱼不断上下摆动，使得仿生鱼运动的更快速且平稳。

因为还包括有挡板42，仿生鱼鳍4上均匀开有小孔41，且仿生鱼鳍4上后侧面的小孔41处均铰接连接有挡板42，当仿生鱼鳍4向摆动时，水流将可顺利从小孔41流出，防止仿生鱼鳍4产生向右的阻力，导致仿生鱼停滞，当仿生鱼鳍4向右摆动时，水流被挡板42阻挡，使得仿生鱼鳍4充分受到向左的推力，使得仿生鱼运动更加快速且平稳。

因为鱼头外壳采用硬质防水材料制成，优选材料为玻璃钢，有效延长仿生鱼使用寿命。

因为保证密封连接，仿生鱼具有很好的密封性。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种仿生鱼运动机构，其特征在于，包括有仿生鱼头(1)、仿生鱼身(2)、仿生鱼尾(3)、仿生鱼鳍(4)、固定板(5)、第一滑轨(6)、第一滑块(7)、齿条(8)、支杆(9)、第一定滑轮(10)、第一拉线(11)、第二定滑轮(12)、第二拉线(13)、固定杆(14)、第一摆动杆(15)、扇形齿轮(16)、第二滑轨(17)、第二滑块(18)、连接杆(19)、第一绕线轮(20)、大皮带轮(21)、圆柱齿轮(22)、小皮带轮(23)、平皮带(24)、电机(25)、第二绕线轮(26)、

第三滑轨(27)、第三滑块(28)、第一连杆(29)、转盘(30)、

第二连杆(31)、滑动轴(32)、第二摆动杆(33)和挡板(42)，仿生鱼身(2)左侧连接有仿生鱼头(1)，仿生鱼身(2)右侧中部铰接连接有连接杆(19)，连接杆(19)右端连接有仿生鱼尾(3)，连接杆(19)左端连接有第二滑轨(17)，第二滑轨(17)位于仿生鱼身(2)内，第二滑轨(17)上滑动式连接有第二滑块(18)，仿生鱼身(2)内右侧设有固定板(5)和固定杆(14)，固定杆(14)位于固定板(5)右侧，固定杆(14)中部铰接连接有第一摆动杆(15)，第一摆动杆(15)左端连接有扇形齿轮(16)，第一摆动杆(15)右端与第二滑块(18)连接，固定板(5)右侧从上至下依次设有第一定滑轮(10)、第一滑轨(6)和第二定滑轮(12)，第一滑轨(6)上滑动式连接有第一滑块(7)，第一滑块(7)右侧设有齿条(8)，齿条(8)与扇形齿轮(16)啮合，固定板(5)左侧上部设有第一绕线轮(20)，第一绕线轮(20)上绕有第一拉线(11)，第一拉线(11)绕过第一定滑轮(10)，并与齿条(8)顶端连接，固定板(5)左侧下部设有第二绕线轮(26)，第二绕线轮(26)上绕有第二拉线(13)，第二拉线(13)绕过第二定滑轮(12)与齿条(8)底端连接，第一绕线轮(20)与第二绕线轮(26)后侧均设有大皮带轮(21)，固定板(5)左侧中心设有第三滑轨(27)，第三滑轨(27)上滑动式连接有第三滑块(28)，

固定板(5)左侧关于第三滑轨(27)对称设有支杆(9)，上侧支杆(9)左端设有圆柱齿轮(22)，下侧支杆(9)左端设有电机(25)，电机(25)前侧也设有圆柱齿轮(22)，两圆柱齿轮(22)啮合，且两圆柱齿轮(22)前侧均连接有小皮带轮(23)，小皮带轮(23)与大皮带轮(21)通过平皮带(24)连接，两圆柱齿轮(22)前侧偏心位置处均铰接连接有第一连杆(29)，两第一连杆(29)左端均与第三滑块(28)右侧铰接连接，第三滑块(28)左侧上下对称铰接连接有第二连杆(31)，仿生鱼身(2)内后壁左侧上下对称设有转盘(30)，两转盘(30)前侧偏心位置处均与第二连杆(31)左端铰接连接，两转盘(30)前侧均设有滑动轴(32)，仿生鱼身(2)左侧上下对称铰接连接有第二摆动杆(33)，第二摆动杆(33)上均开有一字孔(34)，一字孔(34)位于仿生鱼身(2)内，滑动轴(32)位于一字孔(34)内，并与一字孔(34)配合，第二摆动杆(33)上均连接有仿生鱼鳍(4)，仿生鱼鳍(4)位于仿生鱼身(2)外。

2.根据权利要求1所述的一种仿生鱼运动机构，其特征在于，还包括有挡板(42)，仿生鱼鳍(4)上均匀开有小孔(41)，且仿生鱼鳍(4)上后侧面的小孔(41)处均铰接连接有挡板(42)。

3.根据权利要求1所述的一种仿生鱼运动机构，其特征在于，鱼头外壳采用硬质防水材料制成，所述材料为玻璃钢。