CN108820170A - 一种三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构，包括滑座和安装在滑座上的两组上下拍翼机构、摇翼机构、前后拍翼机构、胸鳍机构，其中：胸鳍机构与摇翼机构连接并由摇翼机构直接驱动，上下拍翼机构包括上下拍翼舵机、外齿轮和内齿轮部件，其中摇翼机构通过固定块固定在内齿轮部件的侧面上，上下拍翼舵机驱动外齿轮，并且外齿轮与内齿轮部件啮合传动；前后拍翼机构包括滑座、滑块、上下拍翼舵机，滑块与滑座之间通过弧形滑槽配合连接，上下摇翼机构通过滑块安装在滑座上，上下拍翼舵机通过齿轮驱动滑块上的齿圈。本发明结构紧凑，降低了机构的重量，减少运动时产生的阻力。

Description

一种三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构
技术领域
本发明属于水下生物仿生机械技术领域，具体涉及一种三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构。
背景技术
随着科技的发展，人类对水下的探索兴趣大大加快，为了方便水下探索的需要，人们已经发明了一系列可以在水下运动和工作的机器，然而在水下工作，由于环境与陆地大不相同，因此传统的机器耗时耗力，在此基础上，人们根据仿生学原理，发明了一些仿生机器鱼，以便可以简单高效在水下工作。当前水下机器鱼胸鳍为了简化机构多采用一或二自由度，虽然可以实现简单运动，但并没有达到仿生鱼胸鳍可以三自由度运动。为了实现更加逼真的仿生效果和实现复杂运动，仿生机器鱼胸鳍实现三自由度运动已经成为必然需求。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构，通过胸鳍可三自由度运动，灵活地实现仿生机器鱼前进、后退、转弯、俯仰以及翻滚等动作，从而使机器鱼可以在水下运动更加快捷自如。
本发明的技术方案，包括：
一种三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构，包括滑座和安装在滑座上的两组上下拍翼机构、摇翼机构、前后拍翼机构、胸鳍机构，其中：所述胸鳍机构与所述摇翼机构连接并由所述摇翼机构直接驱动，所述上下拍翼机构包括上下拍翼舵机、外齿轮和内齿轮部件，其中所述摇翼机构通过固定块固定在所述内齿轮部件的侧面上，所述上下拍翼舵机驱动所述外齿轮，并且所述外齿轮与所述内齿轮部件啮合传动；所述前后拍翼机构包括滑座、滑块、前后拍翼舵机，所述滑块与所述滑座之间通过弧形滑槽配合连接，所述上下摇翼机构通过滑块安装在所述滑座上，所述前后拍翼舵机通过齿轮驱动所述滑块上的齿圈。
所述两组上下拍翼机构、摇翼机构、前后拍翼机构、胸鳍机构呈对称布置。
所述胸鳍机构包括胸鳍、输出轴和关节轴承，所述胸鳍与所述输出轴连接，所述输出轴与所述关节轴承连接，并且所述关节轴承连接在所述摇翼机构上。
所述摇翼机构包括摇翼舵机，所述摇翼舵机直接与所述关节轴承连接。
所述摇翼机构的两侧分别通过一个固定块固定在所述内齿轮部件的侧面，并且所述内齿轮部件设为双侧对称结构。
所述内齿轮部件不超过四分之一圆周的弧形结构。
所述胸鳍的形状为扇形。
所述滑座的材料由黄铜或铝合金制成。
本发明提供的三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构，摇翼机构嵌套在上下拍翼机构之中，上下拍翼机构又嵌套在前后拍翼机构之中，三者之间依次堆叠在一起，从而使整体机构的结构更加紧凑。内齿轮件的中点位于鱼壳壁上的关节轴承的中心点以及中心点的正下方，因此驱动内齿轮件的外齿轮需靠近内齿轮件轮齿位置，内齿轮件采用满足运动所需要的尺寸，截取整个齿轮1/4，可以极大减少构件的尺寸，也降低了机构的重量，减少运动时产生的阻力。该仿生胸鳍推进机构输出轴直接与舵机输出轴固定联接，以安装在鱼壳壁上的关节轴承为驱动胸鳍运动的支点，从而直接驱动胸鳍进行摇翼与拍翼运动，从而去掉了因为输出轴在摆动时会长短变化所需要的伸缩机构，大大减少了机构的宽度，也大幅提高了胸鳍的摆动范围，使得机构更加简洁精巧和运动更加高效。同时三种不同的运动机构既能实现三种机构所对应的各自独立运动，又能实现两两之间以及三者之间复杂的复合运动。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1 是本发明提供的一种三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构的立体图；
图2 是本发明的摇翼机构与上下拍翼机构立体图；
图3 是本发明的摇翼机构与上下拍翼机构爆炸图；
图4是本发明的前后拍翼机构立体图；
图5是本发明的前后拍翼机构舵机装配立体图；
图6是本发明的前后拍翼机构爆炸图；
图7是本发明提供的一种三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构的立体图。
图中：
1、固定块；2、滑座连接板；3、舵机固定块；4、内齿轮部件；5、摇翼舵机；6、齿轮；7、端盖；8、关节轴承；9、输出轴；10、胸鳍；11、外齿轮；12、端盖；13、上下拍翼舵机；14、底滑座；15、前后拍翼舵机；16、端盖；17、外齿轮部件；18、内齿轮件；19、底滑块；20、固定块；21、滑座连接板；22、顶滑块；23、顶滑座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-7所示，根据本发明的实施例，提供了一种三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构，包括滑座（包括底滑座14和顶滑座23）和安装在滑座上的两组上下拍翼机构、摇翼机构、前后拍翼机构、胸鳍机构，其中：所述胸鳍机构与所述摇翼机构连接并由所述摇翼机构直接驱动，所述上下拍翼机构包括上下拍翼舵机13、外齿轮和内齿轮部件，其中所述摇翼机构通过固定块固定在所述内齿轮部件14的侧面上，所述上下拍翼舵机驱动所述外齿轮11，并且所述外齿轮11与所述内齿轮部件14啮合传动，所述内齿轮部件14并不是一个完整的内齿轮，而是一个不超过整个内齿轮一半的部件，并且内齿轮部件14与内齿轮相比还具有侧板；所述前后拍翼机构包括滑座、滑块、前后拍翼舵机15，所述滑块（包括顶滑块22和底滑块19）与所述滑座（包括顶滑座23和底滑座14）之间通过弧形滑槽配合连接，所述上下摇翼机构通过滑块安装在所述滑座上，所述前后拍翼舵机15通过齿轮驱动所述滑块上的齿圈。
所述两组上下拍翼机构、摇翼机构、前后拍翼机构、胸鳍机构呈对称布置。
所述胸鳍机构包括胸鳍、输出轴和关节轴承，所述胸鳍与所述输出轴连接，所述输出轴与所述关节轴承连接，并且所述关节轴承连接在所述摇翼机构上。
所述摇翼机构包括摇翼舵机，所述摇翼舵机直接与所述关节轴承连接。
所述摇翼机构的两侧分别通过一个固定块固定在所述内齿轮部件的侧面，并且所述内齿轮部件设为双侧对称结构。
所述内齿轮部件不超过四分之一圆周的弧形结构。
所述胸鳍的形状为扇形。
所述滑座的材料由黄铜或铝合金制成。
本发明基于一种三自由度机器鱼的仿生胸鳍推进机构的工作进程为：
1.当仅是摇翼舵机5驱动时，它带动输出轴9旋转，从而实现摇翼、拍翼运动。
2.当仅是安装在摇翼舵机5两侧的上下拍翼舵机13和对称安装在另一侧的舵机驱动时，它们固定在舵机固定件20上，舵机驱动外齿轮11，从而驱动内齿轮件4绕关节轴承中心转动，从而实现胸鳍10上下拍翼运动。
3.当仅是前后拍翼舵机15驱动时，舵机输出轴旋转带动外齿轮17旋转，从而带动内齿轮件18以及整个上下拍翼机构绕内齿轮件平面内位于关节轴承正下方的中心点转动，从而实现胸鳍10的前后拍翼运动。
4.当两个舵机两两运动或者三个舵机同时运动时，则可实现整个机构的拍翼和摇翼的复合运动。
本发明提供的三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构，摇翼机构嵌套在上下拍翼机构之中，上下拍翼机构又嵌套在前后拍翼机构之中，三者之间依次堆叠在一起，从而使整体机构的结构更加紧凑。内齿轮件的中点位于鱼壳壁上的关节轴承的中心点以及中心点的正下方，因此驱动内齿轮件的外齿轮需靠近内齿轮件轮齿位置，内齿轮件采用满足运动所需要的尺寸，截取整个齿轮1/4，可以极大减少构件的尺寸，也降低了机构的重量，减少运动时产生的阻力。该仿生胸鳍推进机构输出轴直接与舵机输出轴固定联接，以安装在鱼壳壁上的关节轴承为驱动胸鳍运动的支点，从而直接驱动胸鳍进行摇翼与拍翼运动，从而去掉了因为输出轴在摆动时会长短变化所需要的伸缩机构，大大减少了机构的宽度，也大幅提高了胸鳍的摆动范围，使得机构更加简洁精巧和运动更加高效。同时三种不同的运动机构既能实现三种机构所对应的各自独立运动，又能实现两两之间以及三者之间复杂的复合运动。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种三自由度仿生机器鱼胸鳍嵌套式推进机构，其特征在于，包括滑座和安装在滑座上的两组上下拍翼机构、摇翼机构、前后拍翼机构、胸鳍机构，其中：所述胸鳍机构与所述摇翼机构连接并由所述摇翼机构直接驱动，所述上下拍翼机构包括上下拍翼舵机、外齿轮和内齿轮部件，其中所述摇翼机构通过固定块固定在所述内齿轮部件的侧面上，所述上下拍翼舵机驱动所述外齿轮，并且所述外齿轮与所述内齿轮部件啮合传动；所述前后拍翼机构包括滑座、滑块、前后拍翼舵机，所述滑块与所述滑座之间通过弧形滑槽配合连接，所述上下摇翼机构通过滑块安装在所述滑座上，所述前后拍翼舵机通过齿轮驱动所述滑块上的齿圈。
2.如权利要求1所述的推进机构，其特征在于，所述两组上下拍翼机构、摇翼机构、前后拍翼机构、胸鳍机构呈对称布置。
3.如权利要求1所述的推进机构，其特征在于，所述胸鳍机构包括胸鳍、输出轴和关节轴承，所述胸鳍与所述输出轴连接，所述输出轴与所述关节轴承连接，并且所述关节轴承连接在所述摇翼机构上。
4.如权利要求1所述的推进机构，其特征在于，所述摇翼机构包括摇翼舵机，所述摇翼舵机直接与所述关节轴承连接。
5.如权利要求1所述的推进机构，其特征在于，所述摇翼机构的两侧分别通过一个固定块固定在所述内齿轮部件的侧面，并且所述内齿轮部件设为双侧对称结构。
6.如权利要求1所述的推进机构，其特征在于，所述内齿轮部件不超过四分之一圆周的弧形结构。
7.如权利要求1所述的推进机构，其特征在于，所述胸鳍的形状为扇形。
8.如权利要求1所述的推进机构，其特征在于，所述滑座的材料由黄铜或铝合金制成。
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