CN113978674B - 一种水下航行器 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种水下航行器，其包括呈长条形的主体部、两个波动翼部以及两个驱动部，两个所述波动翼部在所述主体部的两侧对称设置，所述主体部包括依次连接的多个主体单元，相邻的所述主体单元之间通过连接件连接，两个所述驱动部分别位于所述主体部内部的两侧，每个所述驱动部用于驱动位于一侧的所述波动翼部的运动。本公开实施例的主体部允许适当的形变弯曲，使得航行器能够更加适应复杂的工作环境，采用双层波动翼的结构实现上下平动波动，相比于其他单鳍面侧向拍动减少了侧向能量的耗散，更加节省能量；并且航行器的单侧采用对应的驱动部控制，可通过调节例如电机转速和转动方向等实现对航行器的高机动性控制。

Description

一种水下航行器

技术领域

本公开涉及航行器装置领域，特别涉及一种水下航行器。

背景技术

在现有的仿生鱼类的航行器结构中，往往主体结构为刚性结构的无法实现弯曲，并且一般采用单鳍面结构的航行器，这样通过侧向拍动的方式但是会导致侧向能量的耗散。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种水下航行器，以解决现有技术中存在的问题，为此，本公开的实施例采用了如下技术方案：

一种水下航行器，其包括呈长条形的主体部、两个波动翼部以及两个驱动部，两个所述波动翼部在所述主体部的两侧对称设置，所述主体部包括依次连接的多个主体单元，相邻的所述主体单元之间通过连接件连接，两个所述驱动部分别位于所述主体部内部的两侧，每个所述驱动部用于驱动位于一侧的所述波动翼部的运动。

在一些实施例中，每个所述波动翼部包括形成层状结构的位于上侧的波动翼和位于下侧的波动翼。

在一些实施例中，每个所述驱动部包括驱动单元和驱动轴，所述驱动单元设置在排在首位的所述主体单元内，所述驱动轴依次贯穿每个所述主体单元。

在一些实施例中，在每个所述主体单元的两侧分别设置通孔以及凹部，所述通孔与所述凹部连通，所述驱动轴依次穿过每个所述主体单元上的所述通孔以将每个所述主体单元串接，所述凹部用于与所述驱动轴以及所述波动翼部连接。

在一些实施例中，在所述凹部的一侧壁上设置两个从动齿轮固定轴，在所述从动齿轮轴上套设从动齿轮，在所述凹部的另一相对的侧壁上设置滑块滑槽。

在一些实施例中，每个波动翼部中的每个所述波动翼分别与所述主体单元活动连接，所述波动翼包括呈波浪状的翼面和多个鳍条，所述鳍条用于将所述翼面与所述主体单元连接。

在一些实施例中，多个所述鳍条设置在所述翼面的一侧并且沿着所述翼面的长度方向上间隔设置，每个所述鳍条在所述翼面上的安装位置对应于每个所述主体单元的位置。

在一些实施例中，在所述鳍条的端部的一侧设置滑块，这里的所述滑块与所述凹部上的所述滑块滑槽相互配合并能够在所述滑槽中滑动，在所述鳍条的端部的另一侧设置拨杆滑槽。

在一些实施例中，所述驱动轴包括依次连接的多个刚性的轴段，相邻的两个所述轴段之间通过万向节连接。

在一些实施例中，在每个所述轴段上分别设置滚动轴承和主动齿轮，所述滚动轴承的内圈套设在所述轴段上，所述滚动轴承的外圈分别与对应的所述主体单元上的所述通孔连接，所述主动齿轮与所述从动齿轮相互啮合，在所述从动齿轮的端面上设置拨杆，其能够在所述鳍条上的所述拨杆滑槽中滑动。

与现有技术相比，本公开实施例的主体部允许适当的形变弯曲，使得航行器能够更加适应复杂的工作环境，并且采用双层波动翼的结构能够实现波动翼的上下平动摆动，相比于其他单鳍面侧向拍动减少了侧向能量的耗散，更加节省能量；并且对于航行器的单侧采用对应的驱动部控制，可通过调节例如电机转速和转动方向等实现对航行器的高机动性控制。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例的水下航行器的结构示意图；

图2为本公开实施例的水下航行器中主体部的结构示意图；

图3为本公开实施例的水下航行器中主体部的结构示意图；

图4为本公开实施例的水下航行器中主体单元的连接示意图；

图5为本公开实施例的水下航行器中驱动部的结构示意图；

图6为本公开实施例的水下航行器中主体单元的结构示意图；

图7为本公开实施例的水下航行器中波动翼的结构示意图；

图8为本公开实施例的水下航行器中波动翼的结构示意图；

图9为本公开实施例的水下航行器中主体单元与波动翼的连接示意图。

附图标记：

1-主体部；2-第一上波动翼；3-第一下波动翼；4-第二上波动翼；5-第二下波动翼；6-第一电机；7-第二电机；8-翼面；9-鳍条；10-通孔；11-主体单元；12-连接件；13-第一驱动轴；14-第二驱动轴；15-从动齿轮轴；16-万向节；17-滚动轴承；18-主动齿轮；19-从动齿轮；20-拨杆；21-凹部；22-滑块滑槽；91-滑块；92-拨杆滑槽；100-波动翼部。

具体实施方式

此处参考附图描述本公开的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本公开进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本公开的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

本公开实施例提供一种水下航行器，其具有多层波动翼的结构，能够实现在水下的航行操作。如图1所示，所述水下航行器包括主体部1和两个波动翼部100，所述主体部1呈长条形布置，两个所述波动翼部100在所述主体部1的两侧对称设置，所述水下航行器依靠位于所述主体部1两侧的所述波动翼部100实现波动以产生推进力，并通过推进力实现航行运动，这里的所述波动翼部100可以同步摆动，也可以每侧的所述波动翼部100各自独立摆动。

具体地，每个所述波动翼部100具有多层结构，例如其包括位于上侧的波动翼和位于下侧的波动翼，这里位于上侧的所述波动翼和位于下侧的所述波动翼之间形成层状结构，每个所述波动翼都呈波浪状。以图1为例，在所述主体部1的一侧(例如可以是右侧)设置第一上波动翼2和第一下波动翼3，所述第一上波动翼2和所述第一下波动翼3上下布置，在所述主体部1的另一侧(例如可以是左侧)设置第二上波动翼4和第二下波动翼5，所述第二上波动翼4和所述第二下波动翼5上下布置，这样，采用双层结构的所述波动翼实现上下平动和波动，相比于其他单鳍面侧向拍动减少了侧向能量的耗散，更加节省能量。此外，所述第一上波动翼2和所述第一下波动翼3的波浪形状或者所述第二上波动翼4和所述第二下波动翼5的形状可以相反设置。

如图2、图3和图4所示，图2和图3示出了所述主体部1的结构，所述主体部1包括依次连接的多个主体单元11，相邻的所述主体单元11之间通过连接件12实现连接，从而形成类似“脊柱”的结构，所述主体单元11的数量与所述主体部11的长度相关，这里的数量根据需要确定。

另外，这里的所述主体单元11可以采用刚性部件，其能够与位于所述主体部1两侧的两个所述波动翼部100连接，所述连接件12可以采用柔性部件，这样刚性部件和柔性部件相互交错配置的方式使得所述主体部1能够在保证一定强度的基础上具有一定程度的弯曲变形能力。这样的所述主体部1允许适当的形变弯曲，使得所述水下航行器能够更加适应复杂的工作环境。

进一步地，为了驱动所述水下航行器的航行，如图1-图3并结合图5所示，本公开实施例涉及的所述水下航行器还包括两个驱动部，分别是第一驱动部和第二驱动部，每个所述驱动部包括驱动单元和连接轴，这里的所述驱动单元例如可以采用电机，当然也可以采用其他的驱动形式。具体地，两个所述驱动部分别位于所述主体部1内部的两侧，这里的每个所述驱动部用于驱动位于所述主体部1一侧的所述波动翼部100的运动，从而实现所述波动翼部100可以同步摆动，也可以每侧的所述波动翼部100各自独立摆动。

如图1所示，第一驱动部例如设置在所述主体部1内的一侧(例如右侧)，其包括第一电机6和第一驱动轴13，所述第一驱动轴13与所述第一电机6的输出轴连接，所述第二驱动部例如设置在所述主体部1内的另一侧(例如左侧)，其包括第二电机7和第二驱动轴14，所述第二驱动轴14与所述第二电机7的输出轴连接，其中，所述第一电机6和所述第二电机7都设置在排在首位的所述主体单元1内，与所述第一电机6连接的所述第一驱动轴13和与所述第二电机7连接的所述第二驱动轴14依次贯穿每个所述主体单元11设置，这样通过所述第一电机6或者所述第二电机7能够通过各自的所述第一驱动轴13和所述第二驱动轴14分别带动对应的所述波动翼部100的摆动。

以本公开实施例为例，例如位于所述水下航行器的右侧的所述第一上波动翼2和所述第一下波动翼3的驱动通过所述第一电机6实现，位于所述水下航行器的左侧的所述第二上波动翼4和所述第二下波动翼5的驱动通过所述第二电机7实现。这样，在所述主体部1的单侧采用对应的驱动部控制，例如可以通过调节电机的转速和转动方向，实现对所述水下航行器的高机动性控制。

为了便于所述第一驱动轴13和所述第二驱动轴14依次贯穿位于所述主体部1一侧的每个所述主体单元11，并且通过所述主体单元11与所述波动翼部100的两个所述波动翼连接，如图6所示，在每个所述主体单元11的第一端部和第二端部分别设置通孔10以及凹部21，所述通孔10用于穿过对应的驱动轴，其与所述凹部21连通，这样，所述第一驱动轴13和所述第二驱动轴14依次穿过每个所述主体单元11上的所述通孔10，从而能够将每个所述主体单元11串接；这里的所述凹部21用于与对应的驱动轴以及对应的所述波动翼连接，其中，在所述凹部的一侧壁上设置从动齿轮轴15，优选地，这里的所述从动齿轮轴15的数量为两个，两个所述从动齿轮轴15分别对应于所述主体部1一侧的所述波动翼100的位于上侧的所述波动翼和位于下侧的所述波动翼，在所述凹部21的另一相对侧壁上设置滑块滑槽22。

进一步地，考虑到所述主体单元11能够与位于所述主体部1两侧的两个所述波动翼部100连接，其中，每个波动翼部100中的每个所述波动翼分别与所述主体单元1活动连接，如图7所示，所述波动翼包括呈波浪状的翼面8和多个鳍条9，这里的所述翼面8可以采用柔性材料制成以便于在水中摆动，所述鳍条9用于将所述翼面8与所述主体单元1连接，其中，为了控制所述翼面8的姿态，多个所述鳍条9设置在所述翼面8的一侧并且沿着所述翼面8的长度方向上间隔设置，这里的每个所述鳍条9在所述翼面8上的安装位置对应于每个所述主体单元11的位置，这里的所述鳍条9的部分设置在所述翼面8中，部分伸出所述翼面8。这里的所述波动翼的摆动主要依靠布置在所述翼面8上的多个所述鳍条9在运动过程中产生的相位差，进而实现摆动。

进一步地，如图8所示，每个所述波动翼通过所述鳍条9与对应的所述主体单元11实现活动连接，其中，在所述鳍条9的端部的一侧设置滑块91，这里的所述滑块91能够伸入到所述主体单元11的所述凹部21的所述滑块滑槽22中，并能够在所述滑槽12中往复滑动，以保证所述鳍条9在运动过程中的动作平稳。此外，在所述鳍条9的端部的另一侧设置拨杆滑槽92。

此外，如图5所示，为了适应所述主体部1能够实现弯曲变形，这里的所述第一驱动轴13和所述第二驱动轴14不是整根的刚性轴，而是采用分段轴的结构形式，具体地，所述第一驱动轴13和/或所述第二驱动轴14由多个刚性的轴段通过万向节16连接形成，这里的相邻的两个所述轴段之间通过万向节16连接，每个所述轴段的长度基于所述主体单元11的沿所述主体部1的长度方向的尺寸确定。

进一步地，如图9所示，在所述第一驱动轴13和/或第二驱动轴14中的每个刚性的所述轴段上分别设置滚动轴承17和主动齿轮18，其中，所述滚动轴承17的内圈套设在所述轴段上，所述滚动轴承17的外圈分别与对应的所述主体单元11上的所述通孔10连接，所述主动齿轮18分别与两个从动齿轮19相啮合连接，两个所述从动齿轮轴19套设在所述主体单元11的所述凹部21中的两个所述从动齿轮轴15上。

进一步地，在每个所述从动齿轮19的端面上设置拨杆20，其能够穿过对应的所述鳍条9上的所述拨杆滑槽92，从而通过所述主动齿轮18带动两个所述从动齿轮19旋转，进而带动两个所述拨杆20在对应的所述拨杆滑槽92中滑动，从而对位于上侧的所述波动翼上的所述鳍条9和位于下侧的所述波动翼上的所述鳍条9进行运动控制，从而实现对两个所述波动翼的摆动进行控制。这里的所述主动齿轮18与对应的两个所述从动齿轮19之间的相位关系与对应的所述波动翼的摆动幅度和频率相关，为此，可以通过改变相位关系以调整所述波动翼的摆动情况。

在通过上述实施例的所述水下航行器的航行中，考虑到所述水下航行器的所述主体部1的任一侧的所述波动翼上的所有所述鳍条9均由分别布置在所述主体部1内部两侧的所述第一电机6或者所述第二电机7驱动，基于左右布置对称的结构，以位于一侧的所述第一电机6的驱动为例进行具体介绍如下。

通过所述第一电机6启动旋转并将旋转运动传递至所述第一驱动轴13，所述第一驱动轴13通过其上设置的所述主动齿轮18，将旋转运动传递给与所述主动齿轮18啮合的两个所述从动齿轮19，两个所述从动齿轮19围绕所述主体单元11上的所述从动齿轮轴15旋转，并带动所述拨杆20转动，所述拨杆20在位于对应的所述波动翼上所述鳍条9端部一侧的所述拨杆滑槽92中滑动，位于所述鳍条9端部另一侧的所述滑块91与所述主体单元11上所述凹部21的一侧壁上的所述滑块滑槽22配合运动，使得所述滑块91在所述滑块滑槽22中自由滑动，从而使得所述鳍条9在所述拨杆20的旋转运动的驱动下实现上下平动，并能够通过从动齿轮19与所述第一驱动轴13上固定连接的主动齿轮18之间的相位关系，对所述翼面9的波动实现调整，实现多种波动翼面变换操作。

本公开实施例的主体部允许适当的形变弯曲，使得航行器能够更加适应复杂的工作环境，并且采用双层波动翼的结构能够实现波动翼的上下平动摆动，相比于其他单鳍面侧向拍动减少了侧向能量的耗散，更加节省能量；并且对于航行器的单侧采用对应的驱动部控制，可通过调节例如电机转速和转动方向等实现对航行器的高机动性控制。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

以上对本公开多个实施例进行了详细说明，但本公开不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本公开构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本公开所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种水下航行器，其特征在于，包括呈长条形的主体部、两个波动翼部以及两个驱动部，两个所述波动翼部在所述主体部的两侧对称设置，所述主体部包括依次连接的多个主体单元，相邻的所述主体单元之间通过连接件连接，两个所述驱动部分别位于所述主体部内部的两侧，每个所述驱动部用于驱动位于一侧的所述波动翼部的运动；其中，每个所述驱动部包括驱动单元和驱动轴，所述驱动单元设置在排在首位的所述主体单元内，所述驱动轴依次贯穿每个所述主体单元；在每个所述主体单元的两侧分别设置通孔以及凹部，所述通孔与所述凹部连通，所述凹部用于与所述驱动轴以及所述波动翼部连接。

2.根据权利要求1所述水下航行器，其特征在于，每个所述波动翼部包括形成层状结构的位于上侧的波动翼和位于下侧的波动翼。

3.根据权利要求1所述水下航行器，其特征在于，所述驱动轴依次穿过每个所述主体单元上的所述通孔以将每个所述主体单元串接。

4.根据权利要求3所述水下航行器，其特征在于，在所述凹部的一侧壁上设置两个从动齿轮固定轴，在所述从动齿轮轴上套设从动齿轮，在所述凹部的另一相对的侧壁上设置滑块滑槽。

5.根据权利要求4所述水下航行器，其特征在于，每个波动翼部中的每个所述波动翼分别与所述主体单元活动连接，所述波动翼包括呈波浪状的翼面和多个鳍条，所述鳍条用于将所述翼面与所述主体单元连接。

6.根据权利要求5所述水下航行器，其特征在于，多个所述鳍条设置在所述翼面的一侧并且沿着所述翼面的长度方向上间隔设置，每个所述鳍条在所述翼面上的安装位置对应于每个所述主体单元的位置。

7.根据权利要求6所述水下航行器，其特征在于，在所述鳍条的端部的一侧设置滑块，这里的所述滑块与所述凹部上的所述滑块滑槽相互配合并能够在所述滑槽中滑动，在所述鳍条9的端部的另一侧设置拨杆滑槽。

8.根据权利要求7所述水下航行器，其特征在于，所述驱动轴包括依次连接的多个刚性的轴段，相邻的两个所述轴段之间通过万向节连接。

9.根据权利要求8所述水下航行器，其特征在于，在每个所述轴段上分别设置滚动轴承和主动齿轮，所述滚动轴承的内圈套设在所述轴段上，所述滚动轴承的外圈分别与对应的所述主体单元上的所述通孔连接，所述主动齿轮与所述从动齿轮相互啮合，在所述从动齿轮的端面上设置拨杆，其能够在所述鳍条上的所述拨杆滑槽中滑动。

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