CN113022242A - 一种波形可控的两栖仿生推进器 - Google Patents

Abstract

本发明属于仿生推进器技术领域，具体涉及一种波形可控的两栖仿生推进器。本发明整体外形为模仿海龟的仿生结构，具备流线型外观，在机体两侧下方设有滚筒机构，滚筒机构的凹槽中布置有十字滑台阵列；鳍条在十字滑台的控制下可实现两侧伸缩与上下往复直线运动，从而使鳍条和波动鳍所形成的波形在与前进方向垂直的平面上可控；滚筒机构与机体之间通过环形直线电机连接，可绕自身的圆轴发生0°至90°的转动，从而改变机体两侧鳍条与地面的夹角，实现水陆两栖通用。本发明结构紧凑，不仅能实现水陆两栖通用，还能通过控制前进波形实现不同工况下的高效推进，机械效率高，环境适应性强，同时内部空间易于设备布置搭载。

Description

一种波形可控的两栖仿生推进器

技术领域

本发明属于仿生推进器技术领域，具体涉及一种波形可控的两栖仿生推进器。

背景技术

鱼类经过自然演化，所形成的身体结构十分适应海洋环境，尤其其游动能力。鱼类推进方式分为摆动式和波动式，大幅度摆动对于机械结构来说能量损失大，摆动带来的惯性作用强使得内部设备易损坏，因此采用波动式推进不仅效率高而且易于设备布置。较于传统波动式推进器，在陆地运动困难，设备庞大，迫切需要两栖一体、体积小型的推进器。另外用波动方式推进的机器，波形因材料形状而确定，在遇到复杂波浪或者路面环境时便无能为力。因此，需要一种能实现两栖波动式波形可调的高效仿生推进器。

发明内容

本发明的目的在于提供实现在水中和陆上的两栖运动的一种波形可控的两栖仿生推进器。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：所述的机体整体外形为模仿海龟的仿生结构，具备流线型外观，在机体两侧下方安装有滚筒机构；所述的滚筒机构整体为开设有从底面到顶面凹槽的圆柱结构，滚筒机构与机体之间通过环形直线电机连接，通过环形直线电机滚筒机构可在机体两侧下方绕自身的圆轴发生转动；所述的滚筒机构的凹槽中布置有十字滑台阵列；所述的十字滑台包括横杆与竖杆，在横杆上沿横向布置有横向滑道，在竖杆上沿纵向布置有纵向滑道，横杆与竖杆之间通过L形角板连接；所述的L形角板一端设置在横向滑道上，另一端固定在竖杆上；所述的纵向滑道上设有滑动板，在滑动板上安装有鳍条，相邻的两组十字滑台的鳍条之间通过波动鳍连接；所述的波动鳍具有延展性；所述的横杆与竖杆上均安装有电机；所述的横杆上的电机驱动横杆上的横向滑道滑动，实现竖杆的左右伸缩运动；所述的竖杆上的电机驱动竖杆上的纵向滑道，实现滑动板的上下往复运动。

本发明还可以包括：

所述的滚筒机构通过环形直线电机可在机体两侧下方绕自身的圆轴发生0°至90°的转动。

所述的十字滑台中竖杆前后两端自由，横杆前后两端嵌入滚筒机构。。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种波形可控的两栖仿生推进器，整体外形为模仿海龟的仿生结构，具备流线型外观，在机体两侧下方设有滚筒机构，滚筒机构的凹槽中布置有十字滑台阵列；鳍条在十字滑台的控制下可实现两侧伸缩与上下往复直线运动，从而使鳍条和波动鳍所形成的波形在与前进方向垂直的平面上可控；滚筒机构与机体之间通过环形直线电机连接，可绕自身的圆轴发生0°至90°的转动，从而改变机体两侧鳍条与地面的夹角，实现水陆两栖通用。本发明结构紧凑，不仅能实现水陆两栖通用，还能通过控制前进波形实现不同工况下的高效推进，机械效率高，环境适应性强，同时内部空间易于设备布置搭载。

附图说明

图1是本发明的结构示意图(波动鳍与地面夹角0°)。

图2是本发明的主视图(波动鳍与地面夹角0°)。

图3是本发明的俯视图(波动鳍与地面夹角0°)。

图4是本发明的结构示意图(波动鳍与地面夹角90°)。

图5是本发明的主视图(波动鳍与地面夹角90°)。

图6是本发明的左视图(波动鳍与地面夹角90°)。

图7是本发明中十字滑台阵列与鳍条和波动鳍装配的局部放大图。

图8是本发明中十字滑台的局部放大图。

图9是本发明中滚筒机构和环形直线电机局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明提供了一种波形可调的高效仿生两栖推进器的设计方案，不仅可实现在水中和陆上的两栖运动，而且可通过简单机构改变前进波形实现高效推进，机械效率高，环境适应性强，同时内部空间易于设备布置搭载。

一种波形可控的两栖仿生推进器，包括机体1；所述的机体1整体外形为模仿海龟的仿生结构，具备流线型外观，在机体两侧下方安装有滚筒机构3；所述的滚筒机构3整体为开设有从底面到顶面凹槽的圆柱结构，滚筒机构3与机体1之间通过环形直线电机6连接；滚筒机构3通过环形直线电机6可在机体1两侧下方绕自身的圆轴发生0°至90°转动；所述的滚筒机构3的凹槽中布置有十字滑台阵列；所述的十字滑台4包括横杆16与竖杆13，竖杆13前后两端自由，横杆16前后两端嵌入滚筒机构3中；所述的横杆16上沿横向布置有横向滑道，在竖杆13上沿纵向布置有纵向滑道14，横杆16与竖杆13之间通过L形角板17连接；所述的L形角板17一端设置在横向滑道上，另一端固定在竖杆13上；所述的纵向滑道14上设有滑动板12，在滑动板12上安装有鳍条2，相邻的两组十字滑台4的鳍条2之间通过波动鳍5连接；所述的波动鳍5具有延展性；所述的横杆16与竖杆13上均安装有电机；所述的横杆上的电机15驱动横杆上的横向滑道滑动，实现竖杆13的左右伸缩运动；所述的竖杆13上的电机驱动竖杆上的纵向滑道14，实现滑动板12的上下往复运动。

实施例1：

本发明公开了一种水陆两栖仿生推进器，包括机体、鳍条、滚筒机构、十字滑台以及波动鳍，所述机体左右两侧各有8根鳍条；所述鳍条在十字滑台的控制下实现两侧伸缩与上下往复直线运动；所述滚筒机构与机体和十字滑台相连，可旋转90°，从而改变两侧鳍条与地面的夹角实现水陆两栖通用；所述十字滑台一端与机体相连，另一端与鳍条相连，实现鳍条和波动鳍所形成的波形在与前进方向垂直的平面上可控；所述波动鳍位于鳍条与鳍条之间，利用波动鳍和传动机构实现机械能到动能的转换。本发明不仅能实现水陆两栖通用，还能通过控制前进波形实现不同工况下的高效推进。相比于其他仿生推进器，本发明结构简单，环境适应性强，推进效率高。

一种水陆两栖仿生推进器，包括机体1、鳍条2、滚筒机构3、十字滑台4以及波动鳍5。机体1外形模仿海龟，机体内布置有滚筒机构3与十字滑台4，机体1左右两侧各有8根鳍条2。滚筒机构3与机体之间用环形直线电机6相连，通过环形直线电机6实现两侧鳍条2和波动鳍5与地面角度0°至90°可调。十字滑台4由2根直杆、2个电机、2个滑道、连接件、固定件组成。鳍条2一端与十字滑台中安装在纵向滑道14上的滑动板12连接，鳍条2两侧与波动鳍5相连。鳍条2在十字滑台4的控制下实现两侧伸缩与上下往复直线运动。十字滑台4中竖杆两端自由，横杆两端嵌入滚筒机构3。波动鳍5位于相邻鳍条2之间，波动鳍5具有良好的延展性，在液体或者气体的作用力下发生柔性变形，利用波动鳍5和传动机构实现机械能到动能的转换。

所述的机体1包括首部7、舱盖8、防撞边舱9、主体10、水密舱壁，外形模仿海龟，能够为舱体提供优良的稳性以及为设备提供较大的布置空间，同时具备流线型外观以减少水体阻力。所述防撞边舱9共4个，位于机体1两侧边缘，舱壁板采用强度高的板材，使机体外壳具有一定抗碰撞能力。所述水密舱壁将机身内部空间与外壳隔离开，具有水密、油密性，保护内部设备。

所述的鳍条2为细长圆杆，位于机体1两侧各8根，用螺母和法兰固定在滑动板12上，滑动板12与十字滑台竖杆13上的滑道14连接，滑道14通过竖杆电机驱动实现滑动，从而带动鳍条2实现高精度高频率的上下直线运动。

所述的滚筒机构3位于机体两侧，一端搭载十字滑台4，另一端通过环形直线电机6与机体1相连，通过位于机体1两侧共4个的环形直线电机6驱动，实现滚筒机构3绕自身的圆轴发生转动，从而改变波动鳍5与地面或海底的夹角实现水陆两栖转换。当位于陆地、浅滩或者雪地平坦路面上时，应调整波动鳍5与地面夹角为90°，在位于水中时，可自由调整波动鳍5与水底夹角。需要转向时，通过调整两侧波动的相对幅度和频率差异实现。

所述的十字滑台4包括竖杆13和横杆16，其上都布置有1根滑道，横杆16与竖杆13之间用L形角板17连接，L形角板17一端位于横杆16的滑道上，另一端与竖杆13固定连接。电机15驱动横杆16上的滑道滑动，将运动通过L形角板17传递给竖杆13，由此实现鳍条2和波动鳍5的左右伸缩。机体1左右两侧各有8个十字滑台4。

所述波动鳍5共14片，连接在相邻两根鳍条2之间，具有一定的延展性，通过两侧鳍条发生的伸缩、上下直线运动带动波动鳍5发生形变，每侧7片波动鳍5形成的一条类正弦波形，在水中与水产生相互作用力，进而对整体形成一个推力，推动机器前进，在路面、浅滩、雪地中，通过与地面的摩擦力前进。通过控制鳍条2运动，便可调整波动鳍5所产生的波形，从而实现推进过程的全波形可控。通过控制行进波形，以应对不同海况和路况，同时还能提高推进效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的一种波形可控的两栖仿生推进器，结构紧凑，搭载设备容易(摄像机、机械手等)，稳性好，抗沉性强，外形受水阻力低，波动波形可实时调节以应对不同环境，机械效率高，水陆两栖转换便捷，噪音低，隐蔽性能好，环境适应性强，可作为ROV和AUV机器人推进平台。

本发明的使用方式简述如下：

方式一

结合图1至图3，为本发明的水下运动状态，此时波动鳍和鳍条与海底的夹角为0°，可根据需要对俯视图投影下的波形进行调节：通过十字滑台中的横杆的电机驱动滑道经由L形角板带动竖杆进行伸缩，进而将伸缩运动作用于鳍条，从而使波动鳍发生左右伸缩变化。而波动鳍的摆动则由竖杆上的电机驱动滑道带动与鳍条固定连接的滑动板做上下往复直线运动，从而使波动鳍发生上下摆动，摆动所形成的波动产生推力使机构前进，此时摆动的幅度也可调节。

方式二

结合图4至图6，以及图9，为本发明的陆上运动状态，可适用于路面、浅滩、雪地、砂石等环境，此时波动鳍与鳍条与地面的夹角为90°，由环形直线电机驱动滚筒机构绕自身圆轴发生旋转，从而使本发明从水下运动状态转换为陆上运动状态，此时依靠波动鳍和鳍条与地面的摩擦力前进。在此状态下，前进波形的伸缩和摆动也可按照方式一的方法进行调节以适应不同环境。

方式三

当遇到复杂环境时，本发明可以通过改变波形的波幅和频率以适应不同环境，与此同时，可通过滚筒机构改变波动鳍和鳍条与底面的夹角。若需要转弯时通过调节左右两侧波形参数即可实现。

方式四

本发明可方便搭载水下摄像机、红外感应模块、机械手等单元，以完成不同作业需求，搭载相关模块后，便可成为ROV、AUV机器人。

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 (3)

1.一种波形可控的两栖仿生推进器，其特征在于：包括机体；所述的机体整体外形为模仿海龟的仿生结构，具备流线型外观，在机体两侧下方安装有滚筒机构；所述的滚筒机构整体为开设有从底面到顶面凹槽的圆柱结构，滚筒机构与机体之间通过环形直线电机连接，通过环形直线电机滚筒机构可在机体两侧下方绕自身的圆轴发生转动；所述的滚筒机构的凹槽中布置有十字滑台阵列；所述的十字滑台包括横杆与竖杆，在横杆上沿横向布置有横向滑道，在竖杆上沿纵向布置有纵向滑道，横杆与竖杆之间通过L形角板连接；所述的L形角板一端设置在横向滑道上，另一端固定在竖杆上；所述的纵向滑道上设有滑动板，在滑动板上安装有鳍条，相邻的两组十字滑台的鳍条之间通过波动鳍连接；所述的波动鳍具有延展性；所述的横杆与竖杆上均安装有电机；所述的横杆上的电机驱动横杆上的横向滑道滑动，实现竖杆的左右伸缩运动；所述的竖杆上的电机驱动竖杆上的纵向滑道，实现滑动板的上下往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种波形可控的两栖仿生推进器，其特征在于：所述的滚筒机构通过环形直线电机可在机体两侧下方绕自身的圆轴发生0°至90°的转动，从而使鳍条与地面角度0°至90°可调。

3.根据权利要求1或2所述的一种波形可控的两栖仿生推进器，其特征在于：所述的十字滑台中竖杆前后两端自由，横杆前后两端嵌入滚筒机构。

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