CN107128469A - 一种仿生水母式推进机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种仿生水母式推进机构，主要由头舱、传动机构、钟状体三部分组成。传动机构将头舱的动力输出传递给钟状体。头舱安装在水下机器人上，传动机构以头舱中固定架为机架，钟状体安装在传动机构摇杆上。头舱主要由固定架和驱动器组成，通过螺钉固定连接；传动机构中驱动杆与头舱中驱动器输出轴固定连接，连杆、摇杆通过螺栓铰接；钟状体通过支撑体与传动机构摇杆固定连接为一体，并随着传动机构运动实现收缩和舒张运动。本发明采用驱动器驱动，采用四连杆机构传递动力，运行稳定可靠性高。组成的钟状体收缩和舒张幅度扩大，空间利用率高，适用多种机器人水下推进。

Description

一种仿生水母式推进机构
技术领域
本发明涉及一种仿生水母式推进机构，属于仿生领域。
背景技术
随着生物科学、工程技术、仿生学、材料学、机械学和自动控制的发展，仿生水下机器人研究逐渐成为热点。水母所具有的推进频率低、噪声小、持续能耗低、效率高的游动性能。应用到仿生水下机器人，能够极大提升水下机器人的性能，仿生水母机器人研究有巨大的价值。仿生水母机器人适应复杂的非结构化水下环境，能够长时间在水下游动作业且具有很强的隐蔽性，同时以仿生水母为空间载体，可以安放多种传感机构和侦查设备以运用到海洋生物观察、海底勘探。推进机构作为仿生水下机器人的驱动的执行环节，依据水母喷射推进机理实现形状仿生和运动仿生的要求，因此推进机构的结构设计尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种仿生水母式推进机构，主要涉及连杆机构、柔性材料来设计一种新型仿水母游动性能的平稳动力机构，应用到仿生水下机器人，提高水下机器人性能。
本发明的目的是这样实现的：包括固定架、安装在固定架上的驱动器、与驱动器输出端连接的驱动杆、同时与驱动杆端部铰接的两个连杆，每个连杆的端部铰接有带有弯角的摇杆，每个摇杆的中间位置还与固定架铰接，每个摇杆的端部连接有弧形的支撑体，每个支撑体是四分之一的圆台结构，支撑体上表面设置有三个矩形凹槽，两端的矩形凹槽中安装有平头触角，每个摇杆的端部还设置有连接凸起，位于中间的矩形凹槽中的凸起触角的端部通过螺钉与连接凸起连接，伞体粘附于六个触角内。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.每个摇杆的端部连接有弧形的支撑体是指：所述支撑体的内表面设置有与摇杆端面配合的凹槽，支撑体与摇杆通过螺钉连接。
2.在连杆与驱动杆之间、摇杆与固定架之间、摇杆与连杆之间均设置有隔离套筒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：国内仿水母式推进多采用智能材料驱动，本机构采用驱动器驱动，四连杆机构传递动力，结构简单紧凑，运行稳定；驱动器驱动和多杆机构能够扩大钟状体结构的收缩和舒张幅度，效率更高；本机构钟状体内部没有其他辅助构件，所形成空间完全用来吸水和排水，提高了空间利用率高；本机构根据水母形状和运动机理设计，在满足水母形状要求的同时，可靠性更高，只要调整相应尺寸就可适用于微型、中型和大型水下机器人的驱动。
本发明分利用连杆机构所构成的水母钟状体体积，扩大钟状体结构的收缩和舒张幅度，提高推进效率，结构紧凑，平稳动作，适用于微型、中型和大型仿生水下机器人的驱动。
附图说明
图1为本发明的整体三维结构简图；
图2为本发明的整体结构简图(主视图)；
图3为本发明的整体结构简图(后视图)；
图4为本发明的整体结构简图(俯视图)；
图5为本发明的连接件结构简图。
其中，驱动器1、固定架2、螺钉3、驱动杆4、螺钉垫片组件5、螺栓组件6、连杆7、套筒8、套筒9、摇杆10、触角11、支撑体12、螺钉13、触角14、触角15、伞体16。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的一种仿生水母式推进机构整体结构如图1～4所示，其主要由头舱、传动机构、钟状体三部分组成。传动机构将头舱的动力输出传递给钟状体。头舱安装在水下机器人上，传动机构固定在机架，钟状体安装在传动机构摇杆上。传动机构中驱动杆与头舱中驱动器输出轴固定连接，连杆、摇杆通过螺栓铰接；钟状体通过构件支撑体与传动机构摇杆固定连接为一体，并随着传动机构运动实现收缩和舒张运动。
本发明的头舱如图1～3所示，主要由驱动器1和固定架2组成，通过螺钉3对称布置固定连接。一方面固定架是整个推进机构与机器人主体固定连接的构件，另一方面驱动器安装在固定架中从而为整个推进机构提供动力源。头舱中固定架2是本发明的推进机构与机器人的连接件，固定架2中安装驱动器1，其边缘有突起，作为传动机构的固定机架和摇杆10连接。头舱承担推进机构与机器人主体连接的中间环节，也是后续控制系统、通讯系统的空间载体。
本发明的传动机构如图1、2、4所示，是一对曲柄摇杆机构共用同一驱动杆4，并且在推进机构处于收缩状态时对摇杆机构以钟状体中心线呈轴对称分布。根据仿生水母机构要求，将摇杆设计具有一定弯角。杆件之间铰接通过螺栓与杆件孔的间隙配合完成。本发明在收缩状态传动机构成对称布置，以主视图右半部分为例。驱动杆4通过螺钉垫片组件5安装在驱动器1输出轴。驱动杆4通过螺栓组件6与连杆7铰接，连杆7与摇杆10间用套筒8以彼此间隔分开。在固定架2上通过螺栓组件与摇杆10铰接，摇杆10和固定架2之间安装套筒9以彼此间隔分开。
钟状体结构如图1～4所示，以推进机构的中间轴线接近呈中心对称，以主视图右半部分为例。钟状体由弧形支撑体12、触角11、14、15和伞体16组成，如图5所示。支撑体形状为圆台四分之一侧面形，纵向截面为矩形，内外侧面呈一定锥角，优选的，内外侧面锥角均为120°。两支撑体以钟状体中心线为轴对称分布，保证触角能够均匀发散分布在支撑体。支撑体上表面加工出矩形凹槽，对触角起辅助定位作用。支撑体内表面加工出凹槽与摇杆末端配合，起周向定位作用。支撑体12通过螺钉13安装在摇杆末端，支撑体12通过凹槽进行周向定位和螺钉13轴向定位，安装在摇杆10末端上。平头触角14、15安放在支撑体凹槽并通过螺钉固定安装在支撑体12上。摇杆末端加工凸起，凸起偏上开有螺纹孔，凸起触角11通过螺钉固定安装在摇杆10末端凸起上。伞体16粘附在触角11、14、15内侧。在钟状体完全收缩时，支撑体、摇杆末端在一条直线上，与中心线呈一定角度。触角根据水母形态和推进机理，设计出具有一定弧度辅助结构，满足仿生要求。钟状体外表伞体为柔性材料，均匀粘附在触角内侧。
本发明的传动机构中驱动杆与头舱中驱动器输出轴固定连接，与连杆铰接，并将动力传递给摇杆以实现摇杆的往复摆动。摇杆另一端与头舱固定架铰接。摇杆作为传动机构最后一个构件与推进机构钟状体固定连接。钟状体结构以推进机构的中间轴线接近呈中心对称，由弧形支撑体、触角和伞体组成。单个支撑体固定连接在摇杆末端上，触角呈一定角度固定连接在支撑体上。伞体为柔性材料，粘附在触角上构成钟状体的结构形状。
钟状体在收缩状态时，两侧支撑体上共计六个触角关于钟状体中心线轴对称，其中支撑体末端处有四个触角是关于钟状体中心线中心对称，从而能够均匀支撑伞体，保证钟状体在收缩和扩张过程变形与受力均匀。伞体为柔性材料，均匀粘附在六个触角内侧。钟状体收缩和舒张，伞体对应吸水然后排水推进。
本发明在收缩状态传动机构成对称布置，以主视图右半部分传动为例。驱动杆4，连杆7，摇杆10，固定架2组成四连杆机构。头舱中驱动器1输出轴往复转动通过连杆机构将动力传递给摇杆以实现摇杆10的往复摆动，从而实现和摇杆固结的支撑体12和触角11、14、15往复摆动，如图5所示，最终实现钟状体伞体16的收缩和舒张运动。
本发明的装配过程如下：驱动器安装在固定架上。驱动杆安装在驱动器输出轴。驱动杆另一端安装两连杆，连杆与驱动杆间要安装套筒以彼此间隔分开。在固定架上安装第一个摇杆，摇杆和固定架之间安装套筒以彼此间隔分开。第一个摇杆另一端与靠近连杆配合安装，摇杆和连杆之间安装套筒。在固定架上安装第二个摇杆，摇杆和固定架之间安装套筒以彼此间隔分开。第二个摇杆另一端与另一连杆配合安装，摇杆和连杆之间安装套筒以彼此间隔分开。两支撑体分别安装在两摇杆末端上。四个平头触角安装在支撑体。凸起触角安装在摇杆末端上。伞体粘附在触角内侧。
综上，本发明涉及一种仿生水母式推进机构。其主要由其主要由头舱、传动机构、钟状体三部分组成。传动机构将头舱的动力输出传递给钟状体。头舱安装在水下机器人上，传动机构以头舱中固定架为机架，钟状体安装在传动机构摇杆上。头舱主要由固定架和驱动器组成，通过螺钉固定连接；传动机构中驱动杆与头舱中驱动器输出轴固定连接，连杆、摇杆通过螺栓铰接；钟状体通过支撑体与传动机构摇杆固定连接为一体，并随着传动机构运动实现收缩和舒张运动。本发明专利采用驱动器驱动，采用四连杆机构传递动力，运行稳定可靠性高。组成的钟状体收缩和舒张幅度扩大，空间利用率高，适用多种机器人水下推进。

Claims (3)

1.一种仿生水母式推进机构，其特征在于：包括固定架、安装在固定架上的驱动器、与驱动器输出端连接的驱动杆、同时与驱动杆端部铰接的两个连杆，每个连杆的端部铰接有带有弯角的摇杆，每个摇杆的中间位置还与固定架铰接，每个摇杆的端部连接有弧形的支撑体，每个支撑体是四分之一的圆台结构，支撑体上表面设置有三个矩形凹槽，两端的矩形凹槽中安装有平头触角，每个摇杆的端部还设置有连接凸起，位于中间的矩形凹槽中的凸起触角的端部通过螺钉与连接凸起连接，伞体粘附于六个触角内。
2.根据权利要求1所述的一种仿生水母式推进机构，其特征在于：每个摇杆的端部连接有弧形的支撑体是指：所述支撑体的内表面设置有与摇杆端面配合的凹槽，支撑体与摇杆通过螺钉连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种仿生水母式推进机构，其特征在于：在连杆与驱动杆之间、摇杆与固定架之间、摇杆与连杆之间均设置有隔离套筒。
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