CN108545165B - 一种仿生机器鱼俯仰调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生机器鱼俯仰调节装置，包括设置在仿生机器鱼本体上的重心块固定支架和上胸鳍摆动固定壳体；其中，重心块固定支架固定在上胸鳍摆动固定壳体上部。现在主流的重心机构采用的丝杠推动重心块，占用的体积大，采用圆周旋转改变重心位置可以有效减少机构体积，并增加了侧倾重心块，让重心的位置可以多维度变化，实现更加复杂的运动；有更多的运动的方式和运动方向，从传统靠尾部向前游动，到可通过胸鳍摆动向后游动和可以有效减小仿生机器鱼的转弯半径。
Description
技术领域
本发明属于仿生机器鱼技术领域，具体涉及一种具有重心、胸鳍变向机构，可以实现仿生机器鱼在水中的前进后退、左右转向、上浮下潜和侧身倾斜游动的调节装置。
背景技术
人类一般只能在水量充足的净水流域活动、作业，在浅水区和污水环境中，因为环境恶劣等原因无法前进，仿生机器鱼在这样的时代背景下应运而生，仿生机器鱼可在干净的水域内任意驰骋，也可以在狭窄的管道内、被污染环境以及零可见度的水域代替人工在水下长时间作业。仿生机器鱼一般配备小型声呐系统、红外系统、水质监测传感器等装置，能提供实时视频、声呐图像和水质情况仿生机器鱼在渔业饲养、水文探测、科学研究和军事等领域得到广泛应用。
目前，传统的仿生机器鱼的俯仰机构主要是丝杠推动重块的结构，其最大的缺点是占用空间大，运动反映不灵活；运动方向单一，无法进行倒退、多角度前进和转弯半径过大等缺点。
发明内容
本发明的目在于提供一种仿生机器鱼俯仰调节装置，解决现有技术中占用空间大，运动反映不灵活；运动方向单一，无法进行倒退、多角度前进和转弯半径过大等技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：
一种仿生机器鱼俯仰调节装置，包括设置在仿生机器鱼本体上的重心块固定支架和上胸鳍摆动固定壳体；其中，重心块固定支架固定在上胸鳍摆动固定壳体上部。
所述重心块固定支架上转动设置有第一舵机，第一舵机的输出轴水平设置，第一舵机的壳体上远离输出轴一端设置有第一配重块；上胸鳍摆动固定壳体的上表面为水平面，其上固定设置有第二舵机，第二舵机输出轴竖直设置，第二舵机输出轴与第一连接杆的一端固连，第一连接杆的另一端固连有侧倾重心块，第二舵机驱动侧倾重心块绕其转动，第二舵机位于上胸鳍摆动固定壳体的中心位置。
第一舵机驱动第一舵机的壳体及第一配重块重心块绕第一舵机固输出轴转动，整体的重心没有位于与第一舵机输出轴上，相当于凸轮，在转动过程中实时调整仿生机器鱼的前后重心，实现仿生机器鱼上浮下潜。
第二舵机驱动通过侧倾重心块在圆周上的摆动，实现仿生机器鱼重心的左右偏移，使仿生机器鱼可以实现侧倾游动。
所述上胸鳍摆动固定壳体中设置有电机，电机的输出轴竖直设置，电机的输出轴上固定设置有转动圆盘，转动圆盘上固定设置滑块，滑块导向槽杆上开设有滑槽，滑块导向槽杆通过滑槽活动式卡设在滑块上，滑块导向槽杆的一端固定有第一扇形齿轮，上胸鳍摆动固定壳体的底板上设置有两个左导向套和右导向套，齿条的两端活动式插入左导向套和右导向套中，第一扇形齿轮与齿条啮合，齿条的中点处分别与第二连杆、第三连杆的一端铰接，第二连杆的另一端与第四连杆的一端通过第一活动销轴铰接，第四连杆的另一端固定连接有右上鱼鳍；第三连杆的另一端与第五连杆的一端通过第二活动销轴铰接，第五连杆的另一端固定连接有左上鱼鳍；第四连杆通过第一固定支点与上胸鳍摆动固定壳体底板铰接，第五连杆通过第二固定支点与上胸鳍摆动固定壳体底板铰接；所述左上鱼鳍和右上鱼鳍位于上胸鳍摆动固定壳体外部，且分别位于仿生机器鱼本体的左、右两侧。
转动圆盘由防水减速电机提供转动的动力，转动圆盘在转动的同时带动滑块做圆周运动，使滑块在滑块导向槽杆中上下滑动，滑块带动滑块导向槽杆左右变速摆动，滑块导向槽杆与第一扇形齿轮刚性连接，滑块导向槽杆和第一扇形齿轮同时绕支点转动，第一扇形齿轮与齿条啮合，使齿条在导向套内左右滑动，复合铰链销轴在齿条的带动下左右直线运动，复合铰链销轴带动第三连杆、第二连杆往复摆动，三连杆、第二连杆分别通过第二活动销轴、第一活动销轴带动第五连杆、第四连杆绕通过第二固定支点和第一固定支点往复摆动，利用转动圆盘的急回特性，实现第五连杆和第四连杆的变速往复摆动。当转动圆盘顺时针转动时，第五连杆和第四连杆会快速向前推水，利用与水的相互作用力使鱼向后运动；当转动圆盘逆时针转动时，第五连杆和第四连杆会快速向后推水，利用与水的相互作用力使鱼向前运动。
进一步改进，还包括固定设置在上胸鳍摆动固定壳体底部的下胸鳍摆动固定壳体；所述下胸鳍摆动固定壳体固定设置有第三舵机，第三舵机的输出轴竖直设置，第三舵机的输出轴上固定设置有第二扇形齿轮，第三舵机两侧设置有第一齿轮和第二齿轮，第二扇形齿轮能够与一齿轮和第二齿轮啮合，不会同时与一齿轮和第二齿轮啮合；第一齿轮通过第一传动轴与下胸鳍摆动固定壳体转动连接，第一传动轴的下端穿出下胸鳍摆动固定壳体底板，且与左下胸鳍固连；第二齿轮通过第二传动轴与下胸鳍摆动固定壳体转动连接，第二传动轴的下端穿出下胸鳍摆动固定壳体底板，且与右下胸鳍固连；左下胸鳍、右下胸鳍位于仿生机器鱼本体的底部。
当第三舵机逆时针转动时，第二扇形齿轮与第一齿轮啮合，使左下胸鳍转动，左下胸鳍会与水流之间产生运动阻力，使仿生机器鱼左右两侧出现运动差速，同时鱼尾向转弯相反方向摆动，实现鱼体向左转向。当第三舵机顺时针转动时，第二扇形齿轮与第二齿轮啮合，使右下胸鳍转动，右下胸鳍会与水流之间产生运动阻力，使仿生机器鱼左右两侧出现运动差速，同时鱼尾向转弯相反方向摆动，实现鱼体向右转向有更多的运动的方式和运动方向，从传统靠尾部向前游动，到可通过胸鳍摆动向后游动和可以有效减小仿生机器鱼的转弯半径。
进一步改进，所述第一扇形齿轮、第二扇形齿轮均为90度。
进一步改进，所述第一齿轮上设置有第一复位弹簧，第一复位弹簧的一端与第一齿轮连接，另一端与下胸鳍摆动固定壳体固连；第二齿轮上设置有第二复位弹簧，第二复位弹簧的一端与第二齿轮连接，另一端与下胸鳍摆动固定壳体固连。
当仿生机器鱼向左转向完成后，第三舵机顺时针转动，第一齿轮与第二扇形齿轮退出啮合，第一复位弹簧使第一齿轮复位，使左下胸鳍与仿生机器鱼长度方向一致；当仿生机器鱼向左转向完成后，第三舵机顺时针转动，第二齿轮与第二扇形齿轮退出啮合，第二复位弹簧使第二齿轮复位，使左下胸鳍与仿生机器鱼长度方向一致。
进一步改进，所述第一舵机、第二舵机、第三舵机和电机均进行了密封防水处理，防止漏水，提高使用寿命。
进一步改进，所述第一舵机的壳体与第一配重块一体成型，结构稳定性强。
进一步改进，所述重心块固定支架包括两个竖直设置的支撑板，支撑板的下端与胸鳍摆动固定壳体固连，第一舵机位于两个支撑板支架之间，第一舵机通过轴承与支撑板上的定心轴转动连接。
进一步改进，所述上胸鳍摆动固定壳体的上表面开设有弧形凹槽，侧倾重心块的下端位于弧形凹槽中，第二电机驱动侧倾重心块沿弧形凹槽滑动，弧形凹槽起到限位作用，防止侧倾重心块发生偏转，影响结构稳定性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
第一舵机驱动第一舵机的壳体及第一配重块重心块绕第一舵机固输出轴转动，整体的重心没有位于与第一舵机输出轴上，相当于凸轮，在转动过程中实时调整仿生机器鱼的前后重心，实现仿生机器鱼上浮下潜。第二舵机驱动通过侧倾重心块在圆周上的摆动，实现仿生机器鱼重心的左右偏移，使仿生机器鱼可以实现侧倾游动。现在主流的重心机构采用的丝杠推动重心块，占用的体积大，采用圆周旋转改变重心位置可以有效减少机构体积，并增加了侧倾重心块，让重心的位置可以多维度变化，实现更加复杂的运动；有更多的运动的方式和运动方向，从传统靠尾部向前游动，到可通过胸鳍摆动向后游动和可以有效减小仿生机器鱼的转弯半径。
附图说明
图1是本发明一种新型仿生机器鱼游动方向调节装置的结构图。
图2是本发明一种新型仿生机器鱼游动方向调节装置的主视图。
图3是本发明一种新型仿生机器鱼游动方向调节装置的上胸鳍的摆动装置的结构图。
图4是本发明一种新型仿生机器鱼游动方向调节装置的下胸鳍的摆动装置的结构图。
图5是本发明一种新型仿生机器鱼游动方向调节装置的下胸鳍的摆动装置的内部结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1-5所示，一种仿生机器鱼俯仰调节装置，包括设置在仿生机器鱼本体上的重心块固定支架2和上胸鳍摆动固定壳体6；其中，重心块固定支架2固定在上胸鳍摆动固定壳体6上部。
所述重心块固定支架2上转动设置有第一舵机1，第一舵机的输出轴水平设置，第一舵机的壳体上远离输出轴一端设置有第一配重块；上胸鳍摆动固定壳体6的上表面为水平面，其上固定设置有第二舵机3，第二舵机3输出轴竖直设置，第二舵机3输出轴与第一连接杆的一端固连，第一连接杆的另一端固连有侧倾重心块4，第二舵机3驱动侧倾重心块4绕其转动，第二舵机3位于上胸鳍摆动固定壳体6的中心位置。
第一舵机驱动第一舵机的壳体及第一配重块重心块绕第一舵机固输出轴转动，整体的重心没有位于与第一舵机输出轴上，相当于凸轮，在转动过程中实时调整仿生机器鱼的前后重心，实现仿生机器鱼上浮下潜。
第二舵机驱动通过侧倾重心块在圆周上的摆动，实现仿生机器鱼重心的左右偏移，使仿生机器鱼可以实现侧倾游动。
所述上胸鳍摆动固定壳体6中设置有电机37，电机的输出轴竖直设置，电机的输出轴上固定设置有转动圆盘13，转动圆盘13上固定设置滑块15，滑块导向槽杆14上开设有滑槽，滑块导向槽杆14通过滑槽活动式卡设在滑块15上，滑块导向槽杆14的一端固定有第一扇形齿轮16，上胸鳍摆动固定壳体6的底板上设置有两个左导向套23和右导向套17，齿条22的两端活动式插入左导向套23和右导向套17中，第一扇形齿轮16与齿条啮合，齿条的中点处分别与第二连杆21、第三连杆27的一端铰接，第二连杆21的另一端与第四连杆18的一端通过第一活动销轴20铰接，第四连杆18的另一端固定连接有右上鱼鳍7；第三连杆27的另一端与第五连杆24的一端通过第二活动销轴26铰接，第五连杆24的另一端固定连接有左上鱼鳍5；第四连杆18通过第一固定支点19与上胸鳍摆动固定壳体底板铰接，第五连杆24通过第二固定支点25与上胸鳍摆动固定壳体底板铰接；所述左上鱼鳍5和右上鱼鳍7位于上胸鳍摆动固定壳体6外部，且分别位于仿生机器鱼本体的左、右两侧。
转动圆盘13由防水减速电机37提供转动的动力，转动圆盘13在转动的同时带动滑块15做圆周运动，使滑块15在滑块导向槽杆14中上下滑动，滑块15带动滑块导向槽杆14左右变速摆动，滑块导向槽杆14与第一扇形齿轮16刚性连接，滑块导向槽杆14和第一扇形齿轮16同时绕支点转动，第一扇形齿轮16与齿条22啮合，使齿条22在导向套17内左右滑动，复合铰链销轴38在齿条22的带动下左右直线运动，复合铰链销轴38带动第三连杆27、第二连杆21往复摆动，三连杆27、第二连杆21分别通过第二活动销轴26、第一活动销轴20带动第五连杆24、第四连杆18绕通过第二固定支点25和第一固定支点19往复摆动，利用转动圆盘13的急回特性，实现第五连杆24和第四连杆18的变速往复摆动。当转动圆盘13顺时针转动时，第五连杆24和第四连杆18会快速向前推水，利用与水的相互作用力使鱼向后运动；当转动圆盘13逆时针转动时，第五连杆24和第四连杆18会快速向后推水，利用与水的相互作用力使鱼向前运动。
在本实施例中，还包括固定设置在上胸鳍摆动固定壳体6底部的下胸鳍摆动固定壳体8；所述下胸鳍摆动固定壳体8固定设置有第三舵机30，第三舵机30的输出轴竖直设置，第三舵机30的输出轴上固定设置有第二扇形齿轮34，第三舵机30两侧设置有第一齿轮28和第二齿轮31，第二扇形齿轮34能够与一齿轮28和第二齿轮31啮合，不会同时与一齿轮28和第二齿轮31啮合；第一齿轮28通过第一传动轴32与下胸鳍摆动固定壳体8转动连接，第一传动轴32的下端穿出下胸鳍摆动固定壳体8底板，且与左下胸鳍9固连；第二齿轮31通过第二传动轴36与下胸鳍摆动固定壳体8转动连接，第二传动轴36的下端穿出下胸鳍摆动固定壳体8底板，且与右下胸鳍10固连；左下胸鳍9、右下胸鳍10位于仿生机器鱼本体的底部。
当第三舵机30逆时针转动时，第二扇形齿轮34与第一齿轮28啮合，使左下胸鳍9转动，左下胸鳍9会与水流之间产生运动阻力，使仿生机器鱼左右两侧出现运动差速，同时鱼尾向转弯相反方向摆动，实现鱼体向左转向。当第三舵机30顺时针转动时，第二扇形齿轮34与第二齿轮31啮合，使右下胸鳍10转动，右下胸鳍10会与水流之间产生运动阻力，使仿生机器鱼左右两侧出现运动差速，同时鱼尾向转弯相反方向摆动，实现鱼体向右转向有更多的运动的方式和运动方向，从传统靠尾部向前游动，到可通过胸鳍摆动向后游动和可以有效减小仿生机器鱼的转弯半径。
在本实施例中，所述第一扇形齿轮16、第二扇形齿轮34均为90度。
在本实施例中，所述第一齿轮28上设置有第一复位弹簧33，第一复位弹簧33的一端与第一齿轮28连接，另一端与下胸鳍摆动固定壳体8固连；第二齿轮31上设置有第二复位弹簧35，第二复位弹簧35的一端与第二齿轮31连接，另一端与下胸鳍摆动固定壳体8固连。
当仿生机器鱼向左转向完成后，第三舵机30顺时针转动，第一齿轮28与第二扇形齿轮34退出啮合，第一复位弹簧33使第一齿轮28复位，使左下胸鳍9与仿生机器鱼长度方向一致；当仿生机器鱼向左转向完成后，第三舵机30顺时针转动，第二齿轮31与第二扇形齿轮34退出啮合，第二复位弹簧35使第二齿轮31复位，使左下胸鳍9与仿生机器鱼长度方向一致。
在本实施例中，所述第一舵机1、第二舵机3、第三舵机30和电机37均进行了密封防水处理，防止漏水，提高使用寿命。
在本实施例中，所述第一舵机1的壳体与第一配重块一体成型，结构稳定性强。
在本实施例中，所述重心块固定支架2包括两个竖直设置的支撑板，支撑板的下端与胸鳍摆动固定壳体6固连，第一舵机1位于两个支撑板支架之间，第一舵机1通过轴承与支撑板上的定心轴12转动连接。
在本实施例中，所述上胸鳍摆动固定壳体的上表面开设有弧形凹槽，侧倾重心块的下端位于弧形凹槽中，第二电机驱动侧倾重心块沿弧形凹槽滑动，弧形凹槽起到限位作用，防止侧倾重心块发生偏转，影响结构稳定性。
本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
Claims (6)
1.一种仿生机器鱼俯仰调节装置，其特征在于，包括设置在仿生机器鱼本体上的重心块固定支架(2)和上胸鳍摆动固定壳体(6)；其中，重心块固定支架(2)固定在上胸鳍摆动固定壳体(6)上部；
所述重心块固定支架(2)上转动设置有第一舵机(1)，第一舵机的输出轴水平设置，第一舵机的壳体上远离输出轴一端设置有第一配重块；上胸鳍摆动固定壳体(6)的上表面为水平面，其上固定设置有第二舵机(3)，第二舵机(3)输出轴竖直设置，第二舵机(3)输出轴与第一连接杆的一端固连，第一连接杆的另一端固连有侧倾重心块(4)，第二舵机(3)驱动侧倾重心块(4)绕其转动，第二舵机(3)位于上胸鳍摆动固定壳体(6)的中心位置；
所述上胸鳍摆动固定壳体(6)中设置有电机(37)，电机的输出轴竖直设置，电机的输出轴上固定设置有转动圆盘(13)，转动圆盘(13)上固定设置滑块(15)，滑块导向槽杆(14)上开设有滑槽，滑块导向槽杆(14)通过滑槽活动式卡设在滑块(15)上，滑块导向槽杆(14)的一端固定有第一扇形齿轮(16) ，上胸鳍摆动固定壳体(6)的底板上设置有两个左导向套(23)和右导向套(17)，齿条(22)的两端活动式插入左导向套(23)和右导向套(17)中，第一扇形齿轮(16)与齿条啮合，齿条的中点处分别与第二连杆(21)、第三连杆(27)的一端铰接，第二连杆(21)的另一端与第四连杆(18)的一端通过第一活动销轴(20)铰接，第四连杆(18)的另一端固定连接有右上鱼鳍(7)；第三连杆(27)的另一端与第五连杆(24)的一端通过第二活动销轴(26)铰接，第五连杆(24)的另一端固定连接有左上鱼鳍(5)；第四连杆(18)通过第一固定支点(19)与上胸鳍摆动固定壳体底板铰接，第五连杆(24)通过第二固定支点(25)与上胸鳍摆动固定壳体底板铰接；所述左上鱼鳍(5)和右上鱼鳍(7)位于上胸鳍摆动固定壳体(6)外部，且分别位于仿生机器鱼本体的左、右两侧；
还包括固定设置在上胸鳍摆动固定壳体(6)底部的下胸鳍摆动固定壳体(8)；所述下胸鳍摆动固定壳体(8)固定设置有第三舵机(30)，第三舵机(30)的输出轴竖直设置，第三舵机(30)的输出轴上固定设置有第二扇形齿轮(34)，第三舵机(30)两侧设置有第一齿轮(28)和第二齿轮(31)，第二扇形齿轮(34)能够与一齿轮(28)和第二齿轮(31)啮合，不会同时与一齿轮(28)和第二齿轮(31)啮合；第一齿轮(28)通过第一传动轴(32)与下胸鳍摆动固定壳体(8)转动连接，第一传动轴(32)的下端穿出下胸鳍摆动固定壳体(8)底板，且与左下胸鳍(9)固连；第二齿轮(31)通过第二传动轴(36)与下胸鳍摆动固定壳体(8)转动连接，第二传动轴(36)的下端穿出下胸鳍摆动固定壳体(8)底板，且与右下胸鳍(10)固连；左下胸鳍(9)、右下胸鳍(10)位于仿生机器鱼本体的底部；
所述第一齿轮(28)上设置有第一复位弹簧(33)，第一复位弹簧(33)的一端与第一齿轮(28)连接，另一端与下胸鳍摆动固定壳体(8)固连；第二齿轮(31)上设置有第二复位弹簧(35)，第二复位弹簧(35)的一端与第二齿轮(31)连接，另一端与下胸鳍摆动固定壳体(8)固连。
2.根据权利要求1所述的仿生机器鱼俯仰调节装置，其特征在于，所述第一扇形齿轮(16)、第二扇形齿轮(34)均为90度。
3.根据权利要求1所述的仿生机器鱼俯仰调节装置，其特征在于，所述第一舵机(1)、第二舵机(3)、第三舵机(30)和电机(37)均进行了密封防水处理。
4.根据权利要求3所述的仿生机器鱼俯仰调节装置，其特征在于，所述第一舵机(1)的壳体与第一配重块一体成型。
5.根据权利要求4所述的仿生机器鱼俯仰调节装置，其特征在于，所述重心块固定支架(2)包括两个竖直设置的支撑板，支撑板的下端与胸鳍摆动固定壳体(6)固连，第一舵机(1)位于两个支撑板支架之间，第一舵机(1)通过轴承与支撑板上的定心轴(12)转动连接。
6.根据权利要求5所述的仿生机器鱼俯仰调节装置，其特征在于，所述上胸鳍摆动固定壳体(6)的上表面开设有弧形凹槽，侧倾重心块(4)的下端位于弧形凹槽中，第二电机驱动侧倾重心块(4)沿弧形凹槽滑动。
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Also Published As
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|---|---|
| CN108545165A (zh) | 2018-09-18 |
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