CN202464110U - 一种应用于仿生学研究的波动鳍装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于仿生学研究的波动鳍装置，整个装置包括一内含密闭腔室的本体和若干个依序排列在本体侧边的鳍条；所述各鳍条的尾部位于本体腔室内，各鳍条其余部分伸出本体并由一柔软薄翼依序连接在一起；所述各鳍条在与本体的连接处与本体铰接，每个鳍条的尾部为一扇形齿结构，每个扇形齿结构与一传动齿轮啮合，所述传动齿轮安装在一可进行周期性正反转运行的电机输出轴上；所述各鳍条所在位置与传动齿轮的啮合角度对应于一不少于四分之一周期的正弦波上的各倾角。本实用新型仿照鱼类柔性鳍波动推进的游动模式而设计，具有重复性好、游动规划安排方便的特点，为鱼类仿生学的科学研究提供了一种很好的实验装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应用于仿生学的实验装置，特别是一种应用于仿生学研究的波动鳍装置。
背景技术
目前，作为水下潜器和水下机器人关键技术之一的推进系统，多采用螺旋桨和叶轮式等原理的常规推进器，并多以电磁马达或液压马达驱动，这些常规推进器存在能源利用率低、结构尺寸和重量大、对环境扰动大、噪音大、动密封和可靠性差等许多缺点。另外，以常规推进方式驱动的水下运动装置存在起动、加速性能弱，运动灵活性以及隐蔽性能差等缺点，且受承载空间和承载能力的限制，造成水下潜器和水下机器人作业时间短、范围小，限制了它们的应用。
而海洋中的水生动物，经过漫长的自然选择过程，发展了各具特色的水中运动能力，十几亿年的进化造就了完美的运动方式，其超凡的水中运动能力为各式现代化的水面舰船和水下航行器所望尘莫及。
其中波状摆动推进是各类水生动物中最广泛采用的一种游动方式，而这种方式中有很大一部分是主要借助尾鳍以外的其它鳍的运动产生推进力的运动方式，称为MPF，MPF游动模式集较高的推进效率、优良的机动性、稳定性于一体，不仅适用于远洋航行，还具有低速灵活机动、抗扰动能力强的特点，适用于近海等复杂环境。基于该种模式设计的水下仿生推进器，由于仅仅依靠鱼鳍波动推进，而本体不参与运动，因此，可设计成较大的内部空间容纳各种科学探测仪器进行水下探测、军事侦察、资源开发等活动，具有非常广泛的应用前景和理论及实际价值。
受生物实验技术和非定常流体动力学理论的制约，早期的研究主要集中在依靠身体和尾鳍作为动作单元的BCF模式和MPF模式中的胸鳍摆动方式上。而对MPF模式中依靠波动鳍推进的研究尚属起步阶段。然而随着科技的进步，波动鳍推进模式所表现出的优越性能越来越引起科研人员的兴趣。因此，近几年仿鱼形推进器研究人员及工程师开始关注和着手研究诸如刀鱼、魔鬼鱼、鳐鱼等依靠柔性鳍波动推进游动模式的鱼类。然而对于这些活体鱼类进行实验研究的可重复性相当的差，活鱼无法按照科学家预期的安排进行游动。因此，从科学研究角度也急需设计出能实现类似于鱼鳍波状运动的仿生鳍来揭示此类游动模式的鱼类的运动规律。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型设计了一种应用于仿生学研究的波动鳍装置，其仿照鱼类柔性鳍波动推进的游动模式而设计，具有重复性好、游动规划安排方便的特点，为鱼类仿生学的科学研究提供了一种很好的实验装置。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种应用于仿生学研究的波动鳍装置，其特征在于：整个装置包括一内含密闭腔室的本体和若干个依序排列在本体侧边的鳍条；所述各鳍条的尾部位于本体腔室内，各鳍条其余部分伸出本体并由一柔软薄翼依序连接在一起；所述各鳍条在与本体的连接处与本体铰接，每个鳍条的尾部为一扇形齿结构，每个扇形齿结构与一传动齿轮啮合，所述传动齿轮安装在一可进行周期性正反转运行的电机输出轴上；所述各鳍条所在位置与传动齿轮的啮合角度对应于一不少于四分之一周期的正弦波上的各倾角。
进一步地，上述各鳍条与本体的连接处设置有由柔性材料构成的密封层。
进一步地，上述相邻各鳍条之间的间隔距离相等。
本实用新型各鳍条所在位置与传动齿轮的啮合角度始终依序错开相应的角度，在使用时，利用各电机周期性的正反向运转，实现各鳍条的反复上下摆动，进而使薄翼形成一种周期性的正弦波动运动。
本实用新型整个装置仿照鱼类柔性鳍波动推进的游动模式而设计，其将研究所得的生物资料予以简化，吸收对技术要求有益的内容，取消与生产技术要求无关的因素，具有重复性好、游动规划安排方便的特点，为鱼类仿生学的科学研究提供了一种很好的实验装置。
附图说明
图1、本实用新型的立体结构示意图；
图2、本实用新型鳍条与本体连接的平面结构剖视图。
具体实施方式
如图1和2所示，一种应用于仿生学研究的波动鳍装置，整个装置包括一内含密闭腔室11的本体1和若干个依序排列在本体1侧边的鳍条2。
所述各鳍条2的尾部位于本体腔室11内，各鳍条2其余部分伸出本体1并由一柔软薄翼3依序连接在一起。所述各鳍条2在与本体1的连接处与本体铰接12。每个鳍条2的尾部为一扇形齿21结构，每个扇形齿结构21与一传动齿轮4啮合，所述传动齿轮4安装在一可进行周期性正反转运行的电机5的输出轴51上。所述各鳍条2所在位置与传动齿轮4的啮合角度对应于一不少于四分之一周期的正弦波上的各倾角，在本实施例中，采用的是二分之一周期，在实际中，可根据需要设定相应大小的正弦波周期。
在此，为保证本体内腔室11的密封性，各鳍条2与本体1的连接处设置有由柔性材料构成的密封层6。
再者，为了方便加工，同时也为了保证各鳍条2运动的平稳性，相邻各鳍条2之间的间隔距离相等。
本实用新型各鳍条2所在位置与传动齿轮4的啮合角度始终依序错开相应的角度，在使用时，利用各电机5周期性的正反向运转，实现各鳍条2的反复上下摆动，进而使薄翼3形成一种周期性的正弦波动运动。
本实用新型整个装置仿照鱼类柔性鳍波动推进的游动模式而设计，其将研究所得的生物资料予以简化，吸收对技术要求有益的内容，取消与生产技术要求无关的因素，具有重复性好、游动规划安排方便的特点，为鱼类仿生学的科学研究提供了一种很好的实验装置，实现了“源于生物，高于生物”的目标。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施方式，并非对发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术原理对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化或修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种应用于仿生学研究的波动鳍装置，其特征在于：整个装置包括一内含密闭腔室的本体和若干个依序排列在本体侧边的鳍条；所述各鳍条的尾部位于本体腔室内，各鳍条其余部分伸出本体并由一柔软薄翼依序连接在一起；所述各鳍条在与本体的连接处与本体铰接，每个鳍条的尾部为一扇形齿结构，每个扇形齿结构与一传动齿轮啮合，所述传动齿轮安装在一可进行周期性正反转运行的电机输出轴上；所述各鳍条所在位置与传动齿轮的啮合角度对应于一不少于四分之一周期的正弦波上的各倾角。
2.如权利要求1所述的一种应用于仿生学研究的波动鳍装置，其特征在于：所述各鳍条与本体的连接处设置有由柔性材料构成的密封层。
3.如权利要求1或2所述的一种应用于仿生学研究的波动鳍装置，其特征在于：所述相邻各鳍条之间的间隔距离相等。
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