CN201807186U - 一种机器鱼复合转弯装置 - Google Patents

Abstract

一种机器鱼复合转弯装置，驱动系统包括直流电机、转盘、摆杆、销钉、尾转轴和鱼尾。摆杆前部设有销钉槽，销钉槽的长度等于销钉在转盘上的转的半径的两倍，销钉穿过销钉槽连接摆杆与转盘，摆杆后部与尾转轴连接，尾转轴是摆杆转动的支点。联动转向系统的驱动部分包括步进电机、主齿轮和副齿轮。其转向控制部分是用两根钢丝从两侧将鱼头、鱼鳍和主齿轮串联，组成头、鳍、尾三联动转向机构。鱼头、鱼鳍和鱼尾在钢丝的牵扯下，由主、副齿轮驱动，共同改变角度以实现同向转弯。副齿轮是半齿轮，尾转轴设置在副齿轮的偏心处，机器鱼转弯时，控制主、副齿轮转动，使尾转轴偏离鱼体的对称线，实现转弯功能，头、鳍、尾三联动转向机构提高转弯效率。

Description

一种机器鱼复合转弯装置 

技术领域

本发明涉及一种转弯装置，特别是一种应用于机器鱼上的复合转弯装置，属于水下机器人研究领域。 

背景技术

目前，海洋和陆上对水体测量监控的需求非常广，主要有以下几大方面：养殖监测方面，如水产养殖、海洋牧场；污染监测方面，如水体河口污染，非法偷排；水质监测方面，如海洋发电系统等对水质有较高的要求的场所；其它监测方面，如珊瑚礁监控、石油开采平台监控、管道监控系统、城市水源地的反恐性监控等。如此巨大的需求量，急需一种高效、稳定的水体环境监测技术。 

水体监测现在分为固定传感器采样、人工采样和移动传感器采样三种。机器人作为水下科研的重要辅助仪器，它具有立体监控和移动监测的优点，然而其对水体干扰大的缺点，影响了水下机器人完美的完成工作。 

仿生机器鱼不仅可以进行立体监控、移动监测，还有对水体干扰小的特点。然而当前机器鱼的驱动效率并不高，转弯半径太大，使其不能逼真的实现鱼流畅自如的运动，不能完全达到仿生机器鱼对水体干扰小的要求。 

专利号为03129536.3的机器鱼发明专利，其将鱼体分为头部驱动、控制转弯的鱼身和尾部三段，可以实现鱼的波动前进，另外利用水流对 机器鱼腹鳍的反推力和机器鱼的单侧摆尾共同实现机器鱼的转弯，但其结构太复杂，能耗较大，需要技术改进。本发明将鱼头、鱼鳍和鱼尾三者有机结合且单独采用一个电机控制转弯，采用标准件作为零件，简化机器鱼的内部结构的同时，提高其仿真性，有效提升机器鱼运动的灵活度。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种应用于机器鱼上的复合转弯装置，帮助仿真机器鱼实现高效率转弯。 

本发明的技术方案如下，一种机器鱼复合转弯装置，分为驱动系统和联动转向系统，这两个系统的各个部件都定位在鱼身的骨架上。 

本发明的驱动系统采用直流电机驱动转盘旋转，转盘边缘处设有销钉孔，摆杆上开有销钉槽，销钉穿过销钉槽连接摆杆与转盘。摆杆上销钉槽的长度等于销钉在转盘上转动半径的两倍。 

摆杆的末端与鱼尾固定连接，摆杆靠近末端处设有尾转轴，它是摆杆转动的支点。当转盘旋转时，销钉带动摆杆以尾转轴为支点摆动，销钉则相对于摆杆在摆杆槽中移动。销钉只限制摆杆垂直于转盘方向的一个移动自由度，当转盘旋转一周，相对于销钉槽，销钉在销钉槽中做一次往复直线运动，相对于摆动支点，摆杆绕尾转轴摆动一个周期。直流电机、转盘、摆杆和尾转轴共同控制鱼尾对称摆动，驱动鱼体前进。 

固定在骨架上的步进电机是驱动三联动转向机构的，步进电机的输出轴穿过骨架上设置的轴承，通过键、键槽与主齿轮连接。主齿轮与副齿轮相啮合。与摆杆的后部连接的尾转轴固定在副齿轮偏心处，转盘及尾转轴支撑着摆杆位于主齿轮与副齿轮的上部空间。 

头转轴销钉两头各设有一个钢丝孔，且与设置在骨架上的头转轴呈十字架状；鳍转轴销钉两头各设有一个钢丝孔，且与设置在骨架上的鳍转轴呈十字架状；主齿轮销钉两头各设有一个钢丝孔，且与设置在骨架上的轴承外侧固连，初始方向垂直于机器鱼的对称中心线。 

两根钢丝分别穿入三个销钉两侧的小孔，将头转轴销钉、鳍转轴销钉、主齿轮销钉串联。当主齿轮转动时，机器鱼的头转轴和鳍转轴也会以设定的方式转向，同时，主齿轮会带动副齿轮转动，使尾转轴即摆杆的转动支点偏离鱼体的对称中心线，此时往复摆动的鱼尾不仅是驱动机器鱼前进，而是驱动机器鱼边前进边转弯。当钢丝带动头转轴转动时，鱼头也会跟着转向；同理，当钢丝带动鳍转轴转动时，鱼鳍也会跟着转向。头、鳍、尾三联动转向机构中，鱼尾、鱼鳍和鱼头在钢丝的牵扯下共同改变角度，增大水流对鱼头部及鱼鳍的反推力，提高机器鱼的转弯效率。 

本发明的有益效果是：提供了一种机器鱼的复合转弯装置，对鱼头、鱼鳍和鱼尾三者进行联动控制，提高了机器鱼的转弯效率，节约转弯耗能，缩小转弯半径。 

附图说明

图1是发明的结构示意图； 

图2是本发明的鳍转轴销钉示意图； 

具体实施例

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

一种机器鱼复合转弯装置，装在机器鱼的腹腔内，控制机器鱼前进及转弯。 

驱动系统1和联动转向系统2都定位在骨架3上。驱动系统1的直流电机11固定在骨架3上，其输出轴穿过骨架3上的孔，与转盘12连接，传输动力使转盘转动。 

摆杆13的前部开有一段销钉槽131，其长度等于销钉14在转盘12上的转动半径的两倍。销钉14穿过销钉槽131连接摆杆13与转盘12。摆杆13后部通过尾转轴15与副齿轮23偏心连接，尾转轴15是摆杆的摆动支点。摆杆13的末端插在鱼尾16的卡口上，二者固定连接。 

联动转向系统2由步进电机21驱动，步进电机21的动力输出轴通过键、键槽与主齿轮22的连接，副齿轮23与主齿轮22啮合。 

用两根钢丝24分别从两侧穿过头转轴销钉251的钢丝孔2511、鳍转轴销钉261的钢丝孔2611、主齿轮销钉221的钢丝孔2211，将头转轴销钉251、鳍转轴销钉261、主齿轮销钉221串联，组成头、鳍、尾三联动转向机构。 

当需要机器鱼转弯时，用遥控板控制步进电机21的转动方向及时间，则步进电机21带动主齿轮22转动，相啮合的副齿轮23转动，尾转轴15偏离机器鱼的对称中心线，使机器鱼边前进边转弯。同时，主齿轮22扯动钢丝24，则鱼头25和鱼鳍26在钢丝24的牵扯下共同改变角度，增大水对鱼体的反作用力，提高机器鱼的转弯效率，缩小转弯半径。 

由于不需要副齿轮作360度旋转，本实例从节约空间的角度，采用半齿轮来实现，齿轮模数为0.5。 

实际鱼类转弯时需要同时借助鱼鳍和肌肉来实现更加高效的转弯效果，可以保证鱼类在小空间中的灵活运动。本发明的机器鱼中，用两根钢丝24将步进电机21产生的转动力矩分配给鱼鳍和鱼头，使它们同时转动。为了有效改变鱼体的受力状态，更好的模拟鱼类的实际转弯功能， 缩小机器鱼的转弯半径，转动范围应小于5°。 

头、鳍、尾三联动转向机构采用独立电机控制方式，步进电机21的步距角为0.9度。 

机器鱼转弯装置大部分由杆件、标准件等定型产品组成。 

本发明的实施方式，不仅仅限于以上一种形式。无论主、副齿轮的模数如何变化、采用何种电机，只要是采用钢丝连接机器鱼的鱼头、鱼鳍及尾部转向动力源的机器鱼转弯装置，均落入本实用新型的保护范围之中。 

Claims (6)

1.一种机器鱼复合转弯装置，分为驱动系统(1)、联动转向系统(2)，它们都定位在骨架(3)上，其中驱动系统(1)包括直流电机(11)、转盘(12)、摆杆(13)、销钉(14)、尾转轴(15)和鱼尾(16)；所述摆杆(13)前部设有销钉槽(131)，销钉(14)穿过销钉槽(131)连接摆杆(13)与转盘(12)；摆杆(13)后部与尾转轴(15)连接；联动转向系统(2)的驱动部分包括步进电机(21)、主齿轮(22)和副齿轮(23)，其特征在于：所述联动转向系统(2)的转向控制部分是用两根钢丝(24)分别从两侧将与鱼头(25)连接的头转轴销钉(251)、与鱼鳍(26)连接的鳍转轴销钉(261)、与主齿轮(22)连接的主齿轮销钉(221)串联，组成头、鳍、尾三联动转向机构；所述尾转轴(15)设置在副齿轮(23)的偏心处。

2.根据权利要求1所述的一种机器鱼复合转弯装置，其特征在于：为节约鱼体内腔空间，所述副齿轮(23)是半齿轮。

3.根据权利要求1所述的一种机器鱼复合转弯装置，其特征在于所述销钉槽(131)的长度等于销钉(14)在转盘(12)上的转动半径的两倍。

4.根据权利要求1所述的一种机器鱼复合转弯装置，其特征在于：所述头转轴销钉(251)两头各设有一个钢丝孔(2511)，且与设置在骨架(3)上的头转轴(252)呈十字架状。

5.根据权利要求1所述的一种机器鱼复合转弯装置，其特征在于：所述鳍转轴销钉(261)两头各设有一个钢丝孔(2611)，且与设置在骨架(3)上的鳍转轴(262)呈十字架状。

6.根据权利要求1所述的一种机器鱼复合转弯装置，其特征在于：所述主齿轮销钉(221)两头各设有一个钢丝孔(2211)，且与设置在骨架(3)上的轴承外侧固连，初始方向垂直于机器鱼的对称中心线。

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