CN110605943A - 一种仿生两栖推进器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于两栖推进器技术领域，具体涉及一种仿生两栖推进器。本发明利用电机的转动经偏心轮转轴传动输出为摆动部件中偏心轮的转动，带动摆动部件在平面内往复摆动，各偏心轮按一定的相位差布置，实现柔性鳍的类正弦波动。本发明通过调节仿生柔性鳍的角度，以调节仿生柔性鳍从水下的水平波动运动到陆上的竖直波动运动，鳍直立时可支撑仿生两栖推进器，实现两栖推进。仿生头部可在舵机的控制下绕头部转轴转动，可实现推进器在水中运动时的方向控制，仿生头部的底部安装有转向轮，可在陆上调整方向。本发明利用一套机构实现水陆两栖推进，结构简明，易于实现，对复杂环境具有良好的适应能力，在运输等领域具有广阔的实际应用前景。
Description
技术领域
本发明属于两栖推进器技术领域，具体涉及一种仿生两栖推进器。
背景技术
随着船舶工程技术的发展，人们逐渐开发了多种高性能特种船舶，其中，能够适应多种复杂环境水陆两栖航行体成为目前关注的焦点。水陆两栖航行体的关键技术很多，其中核心技术之一是推进器。传统的两栖推进器一般都是水中和陆上两套推进器的组合，整体的结构复杂，运营及维护不便，如气垫船等两栖装备，采用的是采用单一的空气桨推进；两栖车辆采用车轮和喷水推进两套装置。已有的这些两栖推进形式不能很好地兼顾水面与陆地上的需求。为此需要开发新型的，能够同时满足水面与陆上推进的一体化推进装置。
发明内容
本发明的目的在于提供利用一套机构实现水陆两栖推进的一种仿生两栖推进器。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括仿生骨架、仿生柔性鳍和仿生头部；所述的仿生骨架包括首部肋板和尾部肋板，在首部肋板和尾部肋板之间设有多个中部肋板；所述的首部肋板、中部肋板和尾部肋板之间通过中间连杆串连；所述的中间连杆一端固定在尾部肋板上，另一端穿过首部肋板与所述的仿生头部连接；所述的中部肋板两侧分别安装有摆动部件，同一侧的所有摆动部件之间通过摆动转轴串接；所述的摆动部件上开设有安装槽，在安装槽中设有偏心轮，同一侧的所有摆动部件的偏心轮之间通过偏心轮转轴串连；所述的同一侧的所有摆动部件的偏心轮之间存在相位差；所述的摆动转轴首尾两端分别连接于首部肋板和尾部肋板；所述的尾部肋板上两侧分别开有滑槽；所述的偏心轮转轴一端穿过尾部肋板上的滑槽与电机连接，另一端连接在首部肋板上；所述的仿生柔性鳍分别设置于仿生骨架两侧；所述的同一侧的所有摆动部件分别与仿生柔性鳍连接。
本发明还可以包括：
所述的中间连杆与仿生头部之间设有首部连接模块；所述的首部肋板上开有首部开槽；所述的首部连接模块穿过首部开槽；所述的首部连接模块上设有头部转轴和舵机，舵机的输出端与头部转轴连接；所述的仿生头部通过头部转轴与首部连接模块连接；所述的仿生头部的底部设有转向轮。
所述的首部肋板与尾部肋板之间设有8个中部肋板，且首部肋板、8个中部肋板至尾部肋板的偏心轮相位差分别为0°、120°、180°、240°、300°、60°、120°、180°、240°、0°。
所述的第一中部肋板与尾部肋板之间、第四中部肋板与第五中部肋板之间、第八中部肋板与首部肋板之间距离相同且为其他相邻肋板之间距离的两倍。
所述的尾部肋板上开设的滑槽为从0°至90°的弧形滑槽。
本发明的有益效果在于：
本发明利用电机驱动、机械传动和材料随动的设计思路实现仿生推进器的两栖运动，电机的转动经偏心轮转轴传动输出为摆动部件中偏心轮的转动，带动摆动部件在平面内往复摆动，各偏心轮按一定的相位差布置，实现柔性鳍的类正弦波动。本发明通过调节仿生柔性鳍的角度，以适应不同的工作环境，电机和偏心轮转轴结构从可0到90°转动，以调节仿生柔性鳍从水下的水平波动运动到陆上的竖直波动运动，鳍直立时可支撑仿生两栖推进器，实现两栖推进。仿生头部可在舵机的控制下绕头部转轴转动，可实现推进器在水中运动时的方向控制，仿生头部的底部安装有转向轮，可在陆上调整方向。本发明利用一套机构实现水陆两栖推进，结构简明，易于实现，对复杂环境具有良好的适应能力，在运输等领域具有广阔的实际应用前景。
附图说明
图1为仿生柔性鳍角度为0°时一种仿生两栖推进器的斜视图。
图2为仿生柔性鳍角度为0°时一种仿生两栖推进器的俯视图。
图3为仿生柔性鳍角度为90°时一种仿生两栖推进器的斜视图。
图4为仿生柔性鳍角度为90°时一种仿生两栖推进器的俯视图。
图5为一种仿生两栖推进器的尾部肋板与仿生柔性鳍的局部放大图。
图6为一种仿生两栖推进器的仿生骨架一侧的摆动部件的局部放大图。
图7为一种仿生两栖推进器的仿生头部的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明的目的在于提供一种仿生两栖推进器的设计方案，可实现在水中和陆上的两栖运动。本发明利用电机驱动、机械传动和材料随动的设计思路实现仿生推进器的两栖运动，可利用一套推进系统实现水下和陆上的推进，主要由传动机构、摆动机构和转向机构组成。其中，传动机构包含偏心轮转轴；摆动机构由摆动转轴、偏心轮、摆杆和仿生柔性鳍组成；转向机构由舵机、头部转轴、转向轮等组成。
一种仿生两栖推进器，包括仿生骨架、仿生柔性鳍9和仿生头部14；所述的仿生骨架包括首部肋板1和尾部肋板，在首部肋板和尾部肋板之间设有多个中部肋板；所述的首部肋板、中部肋板和尾部肋板之间通过中间连杆2串连；所述的中间连杆一端固定在尾部肋板上，另一端与首部连接模块4连接；所述的首部肋板上开有首部开槽11；所述的首部连接模块穿过首部开槽；所述的首部连接模块上设有头部转轴13和舵机12，舵机的输出端与头部转轴连接；所述的仿生头部通过头部转轴与首部连接模块连接；所述的仿生头部的底部设有转向轮15。所述的中部肋板两侧分别安装有摆动部件8，同一侧的所有摆动部件之间通过摆动转轴6串接；所述的摆动部件上开设有安装槽，在安装槽中设有偏心轮7，同一侧的所有摆动部件的偏心轮之间通过偏心轮转轴5串连，且同一侧的所有摆动部件的偏心轮之间存在相位差；所述的摆动转轴首尾两端分别连接于首部肋板和尾部肋板；所述的尾部肋板上两侧分别开有从0°至90°的弧形滑槽10；所述的偏心轮转轴一端穿过尾部肋板上的滑槽与电机3连接，另一端连接在首部肋板上；所述的仿生柔性鳍分别设置于仿生骨架两侧；所述的同一侧的所有摆动部件分别与仿生柔性鳍连接。
实施例1：
如图1至图7所示，首部肋板与尾部肋板之间设有8个中部肋板，从首至尾可称为第一肋板到第十肋板，十个肋板之间通过3根中间连杆连接，肋板之间的距离保持固定，且第一肋板与第二肋板、第五肋板与第六肋板、第九肋板与第十肋板之间距离相同且为其他相邻肋板之间距离的两倍。第一肋板至第十肋板的偏心轮相位差分别为0°，120°，180°，240°，300°，60°，120°，180°，240°，0°。如图6所示，本实例中偏心轮转轴5为棱柱型转轴。
每个肋板左右两侧分别设有一摆动部件和偏心轮，且与肋板无固连。偏心轮通过棱柱型转轴连接，摆动部件通过摆动转轴连接，偏心轮7可带动摆动部件8绕摆动转轴6摆动。
尾部肋板后安装有电机3，电机和棱柱转轴连接，电机、棱柱转轴可绕摆动转轴沿滑槽10从0°到90°转动，以调整柔性鳍水陆推进姿态。
偏心轮通过键入摆动部件8的方槽与摆动部件相连，各摆动部件8分别与仿生柔性鳍9相连，偏心轮7之间具有相位差，摆杆带动柔性鳍做类正弦运动。
首部肋板开有首部开槽14，为仿生头部的转动运动留出空间。仿生两栖推进器的仿生头部14可在舵机12的控制下绕头部转轴13转动，可实现推进器在水中运动时的方向控制，仿生头部的底部装有转向轮15，可在陆上调整方向。
电机3的转动经棱柱转轴传动，输出为摆动机构中偏心轮的转动，偏心轮随棱柱转轴同步转动，带动摆动部件8在平面内往复摆动，各偏心轮按一定的相位差布置，实现仿生柔性鳍9的类正弦波动，整个仿生两栖推进器通过仿生柔性鳍9形成的行进波波浪式前进。
电机和棱柱转轴结构可0到90°转动，以调节仿生柔性鳍9从水下的水平波动运动到陆上的竖直波动运动，对复杂的工作环境有更好的适应能力，实现水下和陆上的两栖运动。
仿生柔性鳍做类正弦波动，且运动时整个波动鳍上波数为2。
仿生两栖推进器的控制原理为：
1)水下运动状态，仿生柔性鳍方向为水平，电机带动偏心轮转轴转动，转动通过位于不同肋位处且具有一定相位差的偏心轮转化为摆动部件8绕摆动转轴6的摆动运动，通过不同肋位处的摆动部件8的摆动实现仿生柔性鳍的类正弦运动，仿生两栖推进器波动前进；
2)舵机12控制仿生头部14绕头部转轴13转动，实现水下运动时的方向控制；
3)电机3和棱柱转轴可绕滑槽90°转动，带动摆动部件8和柔性鳍9转动90°，柔性鳍由水平转变为竖直状态，此时，仿生两栖推进器由水中的浮力支撑转变为陆上的柔性鳍和转向轮支撑，可更好的适应陆上运动；
4)舵机12控制仿生头部14绕头部转轴13转动，带动转向轮转动，实现仿生两栖推进器的陆上方向控制。
与现有技术相比，本发明具有的优点在于：
本发明利用电机驱动、机械传动和材料随动的设计思路实现仿生推进器的两栖运动，电机的转动经偏心轮转轴传动输出为摆动部件中偏心轮的转动，带动摆动部件在平面内往复摆动，各偏心轮按一定的相位差布置，实现柔性鳍的类正弦波动。本发明通过调节仿生柔性鳍的角度，以适应不同的工作环境，电机和偏心轮转轴结构从可0到90°转动，以调节仿生柔性鳍从水下的水平波动运动到陆上的竖直波动运动，鳍直立时可支撑仿生两栖推进器，实现两栖推进。仿生头部可在舵机的控制下绕头部转轴转动，可实现推进器在水中运动时的方向控制，仿生头部的底部安装有转向轮，可在陆上调整方向。本发明利用一套机构实现水陆两栖推进，结构简明，易于实现，对复杂环境具有良好的适应能力，在运输等领域具有广阔的实际应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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保护范围之内。
Claims (7)
1.一种仿生两栖推进器，其特征在于：包括仿生骨架、仿生柔性鳍和仿生头部；所述的仿生骨架包括首部肋板和尾部肋板，在首部肋板和尾部肋板之间设有多个中部肋板；所述的首部肋板、中部肋板和尾部肋板之间通过中间连杆串连；所述的中间连杆一端固定在尾部肋板上，另一端穿过首部肋板与所述的仿生头部连接；所述的中部肋板两侧分别安装有摆动部件，同一侧的所有摆动部件之间通过摆动转轴串接；所述的摆动部件上开设有安装槽，在安装槽中设有偏心轮，同一侧的所有摆动部件的偏心轮之间通过偏心轮转轴串连；所述的同一侧的所有摆动部件的偏心轮之间存在相位差；所述的摆动转轴首尾两端分别连接于首部肋板和尾部肋板；所述的尾部肋板上两侧分别开有滑槽；所述的偏心轮转轴一端穿过尾部肋板上的滑槽与电机连接，另一端连接在首部肋板上；所述的仿生柔性鳍分别设置于仿生骨架两侧；所述的同一侧的所有摆动部件分别与仿生柔性鳍连接。
2.根据权利要求1所述的一种仿生两栖推进器，其特征在于：所述的中间连杆与仿生头部之间设有首部连接模块；所述的首部肋板上开有首部开槽；所述的首部连接模块穿过首部开槽；所述的首部连接模块上设有头部转轴和舵机，舵机的输出端与头部转轴连接；所述的仿生头部通过头部转轴与首部连接模块连接；所述的仿生头部的底部设有转向轮。
3.根据权利要求1或2所述的一种仿生两栖推进器，其特征在于：所述的首部肋板与尾部肋板之间设有8个中部肋板，且首部肋板、8个中部肋板至尾部肋板的偏心轮相位差分别为0°、120°、180°、240°、300°、60°、120°、180°、240°、0°。
4.根据权利要求3所述的一种仿生两栖推进器，其特征在于：所述的第一中部肋板与尾部肋板之间、第四中部肋板与第五中部肋板之间、第八中部肋板与首部肋板之间距离相同且为其他相邻肋板之间距离的两倍。
5.根据权利要求1或2所述的一种仿生两栖推进器，其特征在于：所述的尾部肋板上开设的滑槽为从0°至90°的弧形滑槽。
6.根据权利要求3所述的一种仿生两栖推进器，其特征在于：所述的尾部肋板上开设的滑槽为从0°至90°的弧形滑槽。
7.根据权利要求4所述的一种仿生两栖推进器，其特征在于：所述的尾部肋板上开设的滑槽为从0°至90°的弧形滑槽。
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