CN109018282A - 一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构 - Google Patents

一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构 Download PDF

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Abstract

一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构，该机构由伞状部分、连接部分和尾部部分组成，伞状部分通过蜗杆带动六组蜗轮转动，蜗轮处外接曲柄摇杆机构，利用曲柄摇杆机构来完成舒展和收缩运动，以此实现机构的前进行为，尾部部分通过导流滑片分拨水流以实现机构不同角度的转弯行为。本发明具有结构紧凑稳定、速度与方向可控、灵活越障、稳定性好和传送推进效率高的特点，适用于复杂的海底环境探测探险、海洋生物观测和海底勘探等领域。

Description

一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构
技术领域
本发明涉及仿生机构领域，特别是一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构。
背景技术
仿生机器人是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人，以此达到一定预期的目的。黄金水母是在帕劳的水母湖发现，为无毒水母，黄金水母在水中借助风或水流来移动，通过喷水推进的方法，由一些特殊的肌肉扩张然后迅速收回，把身体内的水排出体外，在水流反作用驱动下，达到向前游动、转弯等推进行为，黄金水母是典型的喷射推进原型，黄金水母具有推进效率高、游动速度快等特点，能够可以适应很多复杂的海底环境的运动；仿生黄金水母可以在复杂的海底环境中执行水下探测探险、海洋生物观测和海底勘探等任务。
中国专利201710229570.1公开了一种仿生水母式推进机构，该机构具有结构简单紧凑、运行稳定等优点，但是钟状体结构的收缩和舒张幅度过大，增加了驱动器的输出力度，不利用水下长时间运动；中国专利201410403982.9公开了一种内嵌式筒形电机驱动的机器水母，该水母可以通过多关节手臂的下摆和上扬来实现在水中的仿生推进，但是结构复杂、稳定性不高并难以控制。
目前尚未见一种具有结构紧凑稳定、速度与方向可控、灵活越障、稳定性好和传送推进效率高的特点的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的创新发明设计。
发明内容
为了避免现有技术的不足，克服其结构复杂、稳定性不高的缺点，本发明的目的是提供一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构，它具有结构紧凑稳定、速度与方向可控、灵活越障、稳定性好和传送推进效率高的特点，适用于复杂的海底环境探测探险、海洋生物观测和海底勘探等领域。
本发明的技术方案是：一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构，该机构包括伞状部分、连接部分和尾部部分，具体结构和连接关系为：
所述伞状部分包括外壳、机座、圆环片、蜗轮蜗杆机构、曲柄摇杆机构和支撑架，外壳为半圆弧壳体，机座上均匀分布有六组连接架，每组连接架通过销轴与圆环片连接，圆环片为可拆卸圆环片，圆环片上均匀分布着六组销轴孔，每一组销轴孔均包含两个大小一样的轴孔，蜗轮蜗杆机构包括第一组蜗轮蜗杆机构、第二组蜗轮蜗杆机构、第三组蜗轮蜗杆机构、第四组蜗轮蜗杆机构、第五组蜗轮蜗杆机构和第六组蜗轮蜗杆机构，第一组蜗轮蜗杆机构包括两个外啮合蜗轮，每一组蜗轮蜗杆机构均连接两个曲柄摇杆机构，其他组蜗轮蜗杆机构的结构和连接关系与第一组蜗轮蜗杆机构完全相同，曲柄摇杆机构包括第一组曲柄摇杆机构、第二组曲柄摇杆机构、第三组曲柄摇杆机构、第四组曲柄摇杆机构、第五组曲柄摇杆机构、第六组曲柄摇杆机构、第七组曲柄摇杆机构、第八组曲柄摇杆机构、第九组曲柄摇杆机构、第十组曲柄摇杆机构、第十一组曲柄摇杆机构和第十二组曲柄摇杆机构，第一组曲柄摇杆机构包括曲柄、连杆、摇杆和长连杆，曲柄一端通过销轴与蜗轮连接，曲柄另一端通过销轴与连杆滑槽连接，同时曲柄一端通过销轴与长连杆一端连接，连杆包括连杆滑槽、连杆第一销轴座和连杆第二销轴座，连杆滑槽通过移动副与曲柄和长连杆连接，连杆第一销轴座通过销轴与支撑架连接，连杆第二销轴座通过销轴与摇杆连接，摇杆通过销轴与长连杆连接，长连杆一端通过销轴与曲柄连接，长连杆另一端通过销轴与摇杆连接，其他组曲柄摇杆机构的结构和连接关系与第一组曲柄摇杆机构完全相同，支撑架连接着两个大小相同的外啮合蜗轮；
所述连接部分包括空心圆柱体和U型铰链，空心圆柱体为保护壳，通过销轴与机座连接，U型铰链底部通过销轴与伞状部分的机座连接，U型铰链两侧并列平行的销轴座通过销轴与尾部部分连接；
所述尾部部分上分布有八个规则性的导流滑片。
所述曲柄摇杆机构分别位于每一组蜗轮的两侧。
所述两个大小相同的外啮合蜗轮的中心在同一水平线上。
本发明的突出优点在于：
1.通过蜗轮蜗杆机构进行传动，机构输出的功率传送效率高、驱动力度大，机构运行的稳定性好、推进速度快。
2.可同时安装多个电机驱动对机构进行控制，让机构在水下运动灵活、越障能力高，实现不同的运动行为。
3.六组并列的蜗轮蜗杆机构使结构紧凑稳定，并具有较好的刚度和强度，能承受较强的振动和冲击载荷，适用于在洋流环境复杂的海底运动并执行水下探测探险、海洋生物观测和海底勘探等任务。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的结构示意图。
图2为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的结构俯视图。
图3为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的完全舒展结构示意图。
图4为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的半收缩结构示意图。
图5为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的完全收缩结构示意图。
图6为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的蜗轮蜗杆机构示意图。
图7为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的曲柄摇杆机构示意图。
图8为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的机座结构示意图。
图9为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的支撑架结构示意图。
图10为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的连杆示意图。
图11为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的摇杆结构示意图。
图12为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的U型铰链结构示意图。
图13为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的尾部部分结构示意图。
图14为本发明所述的一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构的效果图。
图中标记为：1.机座、2.圆环片、3.蜗杆、4.蜗轮、5.曲柄、6.支撑架、7.连杆、7-1.连杆滑槽、7-2连杆第一销轴座、7-3连杆第二销轴座、8.摇杆、9.长连杆、10.U型铰链、11.空心圆柱体、12.导流滑片、13.尾部部分、14.外壳、15.第一组曲柄摇杆机构、16.第二组曲柄摇杆机构、17.第三组曲柄摇杆机构、18.第四组曲柄摇杆机构、19.第五组曲柄摇杆机构、20.第六组曲柄摇杆机构、21.第七组曲柄摇杆机构、22.第八组曲柄摇杆机构、23.第九组曲柄摇杆机构、24.第十组曲柄摇杆机构、25.第十一组曲柄摇杆机构、26.第十二组曲柄摇杆机构、27.第一组蜗轮蜗杆机构、28.第二组蜗轮蜗杆机构、29.第三组蜗轮蜗杆机构、30.第四组蜗轮蜗杆机构、31.第五组蜗轮蜗杆机构、32.第六组蜗轮蜗杆机构、33.连接架。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步描述。
如图1至图14所示，本发明所述的基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构，该机构包括伞状部分、连接部分和尾部部分13，具体结构和连接关系为：
所述伞状部分包括外壳14、机座1、圆环片2、蜗轮蜗杆机构、曲柄摇杆机构和支撑架6，外壳14为半圆弧壳体，机座1上均匀分布有六组连接架33，每组连接架33通过销轴与圆环片2连接，圆环片2为可拆卸圆环片，圆环片2上均匀分布着六组销轴孔，每一组销轴孔均包含两个大小一样的轴孔，蜗轮蜗杆机构包括第一组蜗轮蜗杆机构27、第二组蜗轮蜗杆机构28、第三组蜗轮蜗杆机构29、第四组蜗轮蜗杆机构30、第五组蜗轮蜗杆机构31和第六组蜗轮蜗杆机构32，第一组蜗轮蜗杆机构27包括两个外啮合蜗轮4，每一组蜗轮蜗杆机构均连接两个曲柄摇杆机构，其他组蜗轮蜗杆机构的结构和连接关系与第一组蜗轮蜗杆机构27完全相同，曲柄摇杆机构包括第一组曲柄摇杆机构15、第二组曲柄摇杆机构16、第三组曲柄摇杆机构17、第四组曲柄摇杆机构18、第五组曲柄摇杆机构19、第六组曲柄摇杆机构20、第七组曲柄摇杆机构21、第八组曲柄摇杆机构22、第九组曲柄摇杆机构23、第十组曲柄摇杆机构24、第十一组曲柄摇杆机构25和第十二组曲柄摇杆机构26，第一组曲柄摇杆机构15包括曲柄5、连杆7、摇杆8和长连杆9，曲柄5一端通过销轴与蜗轮4连接，曲柄5另一端通过销轴与连杆滑槽7-1连接，同时曲柄5一端通过销轴与长连杆9一端连接，连杆7包括连杆滑槽7-1、连杆第一销轴座7-2和连杆第二销轴座7-3，连杆滑槽7-1通过移动副与曲柄5和长连杆9连接，连杆第一销轴座7-2通过销轴与支撑架6连接，连杆第二销轴座7-3通过销轴与摇杆8连接，摇杆8通过销轴与长连杆9连接，长连杆9一端通过销轴与曲柄5连接，长连杆9另一端通过销轴与摇杆8连接，其他组曲柄摇杆机构的结构和连接关系与第一组曲柄摇杆机构15完全相同，支撑架6连接着两个大小相同的外啮合蜗轮5；
所述连接部分包括空心圆柱体11和U型铰链10，空心圆柱体11为保护壳，通过销轴与机座1连接，U型铰链10底部通过销轴与伞状部分的机座1连接，U型铰链10两侧并列平行的销轴座通过销轴与尾部部分13连接；
所述尾部部分13上分布有八个规则性的导流滑片12。
所述曲柄摇杆机构分别位于每一组蜗轮4的两侧。
所述两个大小相同的外啮合蜗轮4的中心在同一水平线上。
工作原理及过程：
如图1至图5所示,当蜗杆3转动时，带动六组阵列的蜗轮4同时转动，曲柄5一端与蜗轮4通过销轴连接，曲柄5另一端通过销轴与连杆7连接，并通过移动副与连杆滑槽7-1连接，曲柄5随蜗轮4同步作圆周转动时，带动连杆7作摇摆运动，摇杆8在长连杆9的约束下做舒展或收缩运动，六组阵列的蜗轮蜗杆机构同时转动并带动十二组曲柄摇杆机构转动，此时实现整个机构做往复的舒展或收缩运动，达到机构的前进行为；尾部部分13上的导流滑片12可分拨水流，达到该机构的转弯行为。

Claims (3)

1.一种基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构，该机构包括伞状部分、连接部分和尾部部分，其特征在于：
所述伞状部分包括外壳、机座、圆环片、蜗轮蜗杆机构、曲柄摇杆机构和支撑架，外壳为半圆弧壳体，机座上均匀分布有六组连接架，每组连接架通过销轴与圆环片连接，圆环片为可拆卸圆环片，圆环片上均匀分布着六组销轴孔，每一组销轴孔均包含两个大小一样的轴孔，蜗轮蜗杆机构包括第一组蜗轮蜗杆机构、第二组蜗轮蜗杆机构、第三组蜗轮蜗杆机构、第四组蜗轮蜗杆机构、第五组蜗轮蜗杆机构和第六组蜗轮蜗杆机构，第一组蜗轮蜗杆机构包括两个外啮合蜗轮，每一组蜗轮蜗杆机构均连接两个曲柄摇杆机构，其他组蜗轮蜗杆机构的结构和连接关系与第一组蜗轮蜗杆机构完全相同，曲柄摇杆机构包括第一组曲柄摇杆机构、第二组曲柄摇杆机构、第三组曲柄摇杆机构、第四组曲柄摇杆机构、第五组曲柄摇杆机构、第六组曲柄摇杆机构、第七组曲柄摇杆机构、第八组曲柄摇杆机构、第九组曲柄摇杆机构、第十组曲柄摇杆机构、第十一组曲柄摇杆机构和第十二组曲柄摇杆机构，第一组曲柄摇杆机构包括曲柄、连杆、摇杆和长连杆，曲柄一端通过销轴与蜗轮连接，曲柄另一端通过销轴与连杆滑槽连接，同时曲柄一端通过销轴与长连杆一端连接，连杆包括连杆滑槽、连杆第一销轴座和连杆第二销轴座，连杆滑槽通过移动副与曲柄和长连杆连接，连杆第一销轴座通过销轴与支撑架连接，连杆第二销轴座通过销轴与摇杆连接，摇杆通过销轴与长连杆连接，长连杆一端通过销轴与曲柄连接，长连杆另一端通过销轴与摇杆连接，其他组曲柄摇杆机构的结构和连接关系与第一组曲柄摇杆机构完全相同，支撑架连接着两个大小相同的外啮合蜗轮；
所述连接部分包括空心圆柱体和U型铰链，空心圆柱体为保护壳，通过销轴与机座连接，U型铰链底部通过销轴与伞状部分的机座连接，U型铰链两侧并列平行的销轴座通过销轴与尾部部分连接；
所述尾部部分上分布有八个规则性的导流滑片。
2.根据权利要求1所述的基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构，其特征在于：所述曲柄摇杆机构分别位于每一组蜗轮的两侧。
3.根据权利要求1所述的基于蜗轮蜗杆传动仿黄金水母机构，其特征在于：所述两个大小相同的外啮合蜗轮的中心在同一水平线上。
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