CN106585935B - 一种仿生机构驱动的海上航行器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海上航行器，包括水面装置，驱动装置和执行装置。浮体采用类似船型结构，其上设有蓄电池仓、驱动仓和控制通讯器仓；太阳能电池板均匀排布于浮体上部的隔板之上，方向舵固定于浮体尾部。电机安装于驱动仓前部的电机座，带轮Ⅰ安装于电机主轴上，带轮Ⅱ安装于曲轴上，带轮Ⅰ和带轮Ⅱ用步进带连接；曲轴两端安装于驱动仓两侧内壁，曲轴通过连杆Ⅰ带动曲柄Ⅰ往复摆动，同时曲柄Ⅰ带动半轴Ⅰ往复转动。大摆臂一端与半轴固连，另一端和小摆臂铰连接；半轴往复转动，带动大摆臂往复摆动，完成鸭蹼张合动作，驱动浮体前进。一种仿生机构驱动的海上航行器利用清洁可再生的太阳能提供能量，巧妙模仿了鸭子的划水动作，提高了能量利用率。

Description

一种仿生机构驱动的海上航行器
技术领域
本发明涉及一种海上航行器，特别是涉及一种利用仿生机构作为推进装置的海上航行器。
背景技术
海洋约占地球表面积的71％，蕴含着大量的矿物和生物资源，对海洋资源的勘测和开发是关系着人类长久发展的重大命题。上世纪60年代以来，各种航行器的应用为海洋开发提供了初步技术保障。传统的航行器主要采用螺旋桨推进，这种推进方式存在着不足之处：推进效率低，空泡现象严重；转弯半径大，机动性能差。近几年来，科学家和工程师们对乌贼和鱼类的游动机理进行了大量研究，研制了新型仿生推进器，其推进性能得到了很大改善，但由于新型仿生推进器机械结构复杂，需要多种新型高性能的材料，与理想推进效果仍有较大差距。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，克服螺旋桨推进器效率低、空泡现象严重、机动性能差的缺陷，同时避免时下仿生推进器机械结构复杂，材料性能要求高的问题。本发明提供一种仿鸭子游动机理的海上航行器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种仿生机构驱动的海上航行器，包括水面装置，驱动装置和执行装置；
所述水面装置包括浮体、隔板、太阳能电池板、控制通讯器、蓄电池、方向舵、蓄电池仓、驱动仓和控制通讯器仓。浮体采用类似船型结构，减小航行时的阻力；浮体两侧对称设有六个蓄电池仓，用于安装六块大容量蓄电池；浮体中间设有驱动仓，用于安装驱动装置；浮体后部设有控制通讯器仓，用于安装控制通讯器，控制通讯器与地面基站进行信息数据交换，控制航行器的行进，同时反馈响应数据；浮体上部安装隔板，隔板将蓄电池密封在蓄电池仓中；太阳能电池板均匀排布于隔板之上，将太阳能转化为电能，为航行器上电机和电子设备供电；方向舵固定于水面浮体尾部，用于控制航行器的方向。
所述驱动装置包括电机、带轮Ⅰ、带轮Ⅱ、步进带、曲轴、连杆径Ⅰ、连杆径Ⅱ、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、曲柄Ⅰ、曲柄Ⅱ、安装座、半轴Ⅰ、半轴Ⅱ和电机座。电机安装于驱动仓前部的电机座，为整个驱动机构提供动力；带轮Ⅰ安装于电机主轴上，带轮Ⅱ安装于曲轴上，带轮Ⅰ和带轮Ⅱ用步进带连接；当电机转动时，带轮Ⅰ通过步进带驱动带轮Ⅱ转动，同时带轮Ⅱ带动曲轴转动；曲轴两端安装于驱动仓两侧内壁，曲轴有连杆径Ⅰ和连杆径Ⅱ，并且连杆径Ⅰ和连杆径Ⅱ相差180度相位；连杆Ⅰ一端和曲轴上连杆径Ⅰ铰连接，另一端和曲柄Ⅰ铰连接，曲柄Ⅰ和半轴Ⅰ固连，当曲轴转动时，曲轴通过连杆Ⅰ带动曲柄Ⅰ往复摆动，同时曲柄Ⅰ带动半轴Ⅰ往复转动，曲柄Ⅰ、连杆Ⅰ将曲轴的连续转动转化为半轴Ⅰ的往复转动；连杆Ⅱ一端和曲轴上连杆径Ⅱ铰连接，另一端和曲柄Ⅱ铰连接，曲柄Ⅱ和半轴Ⅱ固连，当曲轴转动时，曲轴通过连杆Ⅱ带动曲柄Ⅱ往复摆动，同时曲柄Ⅱ带动半轴Ⅱ往复转动，曲柄Ⅱ、连杆Ⅱ将曲轴的连续转动转化为半轴Ⅱ的往复转动。
所述执行装置包括大摆臂、小摆臂、限位块、支座、支架、鸭蹼。大摆臂一端与半轴固连，另一端和小摆臂铰连接，当半轴往复转动时，带动大摆臂往复摆动；在大摆臂下端设有限位块，限制小摆臂在一定角度内摆动；支座固定于小摆臂的一端，其上设有安装槽，用于安装支架，同时限制支架的转动范围；支架与支架之间设有用柔性材料制成的鸭蹼，当大摆臂在半轴的带动下向后运动时，鸭蹼在水的阻力作用下张开，增大与水的接触面积，产生较大推进力，当大摆臂在半轴的带动下向前运动时，鸭蹼在水的作用下闭合，减小水的阻力。
一种仿生机构驱动的海上航行器利用清洁可再生的太阳能为航行器提供能量，太阳能经过太阳能电池板转换为电能，储存在蓄电池中供给电机使用，同时采用曲轴分别驱动左右两个鸭蹼，交替划水，巧妙模仿了鸭子的划水动作，提高了能量利用率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明的驱动装置示意图。
图3是本发明的执行装置示意图。
图4是本发明的曲轴细节示意图。
图中1.太阳能电池板，2.隔板，3.蓄电池，4.驱动仓，5.蓄电池仓，6.浮体，7.方向舵，8.控制通讯器仓，9.控制通讯器，10.电机，11.带轮Ⅰ，12.步进带，13.带轮Ⅱ，14.曲轴，15.连杆Ⅱ，16.半轴Ⅰ，17.安装座，18.半轴Ⅱ，19.曲柄Ⅱ，20.曲柄Ⅰ，21.连杆Ⅰ，22.电机座，23.大摆臂，24.限位块，25.小摆臂，26.支座，27.鸭蹼，28.支架，29.连杆径Ⅰ，30.连杆径Ⅱ。
具体实施方式
参阅图1-图4，本实施例一种仿生机构驱动的海上航行器，包括水面装置，驱动装置和执行装置；
所述水面装置包括浮体(6)、隔板(2)、太阳能电池板(1)、控制通讯器(9)、蓄电池(3)、方向舵(7)、蓄电池仓(5)、驱动仓(4)和控制通讯器仓(8)。浮体(6)采用类似船型结构，减小航行时的阻力；浮体(6)两侧对称设有六个蓄电池仓(5)，用于安装六块大容量蓄电池(3)；浮体(6)中间设有驱动仓(4)，用于安装驱动装置；浮体(6)后部设有控制通讯器仓(8)，用于安装控制通讯器(9)，控制通讯器(9)与地面基站进行信息数据交换，控制航行器的行进，同时反馈响应数据；浮体(6)上部安装隔板(2)，隔板(2)将蓄电池(3)密封在蓄电池仓(5)中；太阳能电池板(1)均匀排布于隔板(2)之上，将太阳能转化为电能，为航行器上电机(10)和电子设备供电；方向舵(7)固定于浮体(6)尾部，用于控制航行器的方向。
所述驱动装置包括电机(10)、带轮Ⅰ(11)、带轮Ⅱ(13)、步进带(12)、曲轴(14)、连杆径Ⅰ(29)、连杆径Ⅱ(30)、连杆Ⅰ(21)、连杆Ⅱ(15)、曲柄Ⅰ(20)、曲柄Ⅱ(19)、安装座(17)、半轴Ⅰ(16)、半轴Ⅱ(18)和电机座(22)。电机(10)安装于驱动仓(4)前部的电机座(22)，为整个驱动机构提供动力；带轮Ⅰ(11)安装于电机(10)主轴上，带轮Ⅱ(13)安装于曲轴(14)上，带轮Ⅰ(11)和带轮Ⅱ(13)用步进带(12)连接；当电机(10)转动时，带轮Ⅰ(11)通过步进带(12)驱动带轮Ⅱ(13)转动，同时带轮Ⅱ(13)带动曲轴(14)转动；曲轴(14)两端安装于驱动仓(4)两侧内壁，曲轴(14)有连杆径Ⅰ(29)和连杆径Ⅱ(30)，并且连杆径Ⅰ(29)和连杆径Ⅱ(30)相差180度相位；连杆Ⅰ(21)一端和曲轴(14)上连杆径Ⅰ(29)铰连接，另一端和曲柄Ⅰ(20)铰连接，曲柄Ⅰ(20)和半轴Ⅰ(16)固连，当曲轴(14)转动时，曲轴(14)通过连杆Ⅰ(21)带动曲柄Ⅰ(20)往复摆动，同时曲柄Ⅰ(20)带动半轴Ⅰ(16)往复转动，曲柄Ⅰ(21)、连杆Ⅰ(20)将曲轴(14)的连续转动转化为半轴Ⅰ(16)的往复转动；连杆Ⅱ(15)一端和曲轴(14)上连杆径Ⅱ(30)铰连接，另一端和曲柄Ⅱ(19)铰连接，曲柄Ⅱ(19)和半轴Ⅱ(18)固连，当曲轴(14)转动时，曲轴(14)通过连杆Ⅱ(15)带动曲柄Ⅱ(19)往复摆动，同时曲柄Ⅱ(19)带动半轴Ⅱ(18)往复转动，曲柄Ⅱ(19)、连杆Ⅱ(15)将曲轴(14)的连续转动转化为半轴Ⅱ(18)的往复转动。
所述执行装置包括大摆臂(23)、小摆臂(25)、限位块(24)、支座(26)、支架(28)、鸭蹼(27)。大摆臂(23)一端与半轴(16)固连，另一端和小摆臂(25)铰连接，当半轴(16)往复转动时，带动大摆臂(23)往复摆动；在大摆臂(23)下端设有限位块(24)，限制小摆臂(25)在一定角度内摆动；支座(26)固定于小摆臂(25)的一端，其上设有安装槽，用于安装支架(28)，同时限制支架(28)的转动范围；支架(28)与支架(28)之间设有用柔性材料制成的鸭蹼(27)，当大摆臂(23)在半轴(16)的带动下向后运动时，鸭蹼(27)在水的阻力作用下张开，增大与水的接触面积，产生较大推进力，当大摆臂(23)在半轴(16)的带动下向前运动时，鸭蹼(27)在水的作用下闭合，减小水的阻力。

Claims (1)

1.一种仿生机构驱动的海上航行器，其特征在于：一种仿生机构驱动的海上航行器，包括水面装置，驱动装置和执行装置；
所述驱动装置包括电机、带轮Ⅰ、带轮Ⅱ、步进带、曲轴、连杆径Ⅰ、连杆径Ⅱ、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、曲柄Ⅰ、曲柄Ⅱ、安装座、半轴Ⅰ、半轴Ⅱ和电机座；电机安装于驱动仓前部的电机座，为整个驱动机构提供动力；带轮Ⅰ安装于电机主轴上，带轮Ⅱ安装于曲轴上，带轮Ⅰ和带轮Ⅱ用步进带连接；当电机转动时，带轮Ⅰ通过步进带驱动带轮Ⅱ转动，同时带轮Ⅱ带动曲轴转动；曲轴两端安装于驱动仓两侧内壁，曲轴有连杆径Ⅰ和连杆径Ⅱ，并且连杆径Ⅰ和连杆径Ⅱ相差180度相位；连杆Ⅰ一端和曲轴上连杆径Ⅰ铰连接，另一端和曲柄Ⅰ铰连接，曲柄Ⅰ和半轴Ⅰ固连，当曲轴转动时，曲轴通过连杆Ⅰ带动曲柄Ⅰ往复摆动，同时曲柄Ⅰ带动半轴Ⅰ往复转动，曲柄Ⅰ、连杆Ⅰ将曲轴的连续转动转化为半轴Ⅰ的往复转动；连杆Ⅱ一端和曲轴上连杆径Ⅱ铰连接，另一端和曲柄Ⅱ铰连接，曲柄Ⅱ和半轴Ⅱ固连，当曲轴转动时，曲轴通过连杆Ⅱ带动曲柄Ⅱ往复摆动，同时曲柄Ⅱ带动半轴Ⅱ往复转动，曲柄Ⅱ、连杆Ⅱ将曲轴的连续转动转化为半轴Ⅱ的往复转动；
所述执行装置包括大摆臂、小摆臂、限位块、支座、支架、鸭蹼；大摆臂一端与半轴固连，另一端和小摆臂铰连接，当半轴往复转动时，带动大摆臂往复摆动；在大摆臂下端设有限位块，限制小摆臂在一定角度内摆动；支座固定于小摆臂的一端，其上设有安装槽，用于安装支架，同时限制支架的转动范围；支架与支架之间设有用柔性材料制成的鸭蹼，当大摆臂在半轴的带动下向后运动时，鸭蹼在水的阻力作用下张开，增大与水的接触面积，产生较大推进力，当大摆臂在半轴的带动下向前运动时，鸭蹼在水的作用下闭合，减小水的阻力。
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