CN205034323U - 一种仿生单关节机器鱼 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种仿生单关节机器鱼，属于微小型水下航行器领域。机器鱼采用单关节尾鳍摆动作为动力驱动，动力机构仅占鱼体长度的1/6，便于加工成型；舱体内设置有载荷舱、搭载舱和沉浮装置。仿生单关节机器鱼规格为500mm*150mm*90mm；载荷舱搭载配重和密度较大的物品，搭载最大重量500g，搭载舱最大搭载体积为80cm³，搭载空间充足。沉浮装置吸水或排水单一过程中吸排水圆筒中水的体积改变量为60cm³，使机器鱼可在静止或运动状态均能快速沉浮。机器鱼采用模块化，舱体和动力机构通过橡胶圈和橡胶活塞防水，充电接口充电便捷；动力机构和尾鳍固连，可方便的更换不同形状的尾鳍，游动速度快、流线型好,工作的稳定性和可靠性高。

Description

一种仿生单关节机器鱼

技术领域

本实用新型涉及微小型水下航行器领域，具体地说，涉及一种仿生单关节机器鱼。

背景技术

随着仿生学的不断发展，1994年麻省理工大学成功研制出世界上第一条长1.2m的机器鱼RoboTuna，之后各种机理的仿生鱼相继问世。

专利CN1962358A中公开了一种由尾鳍提供动力，胸鳍实现沉浮运动的模块化机器鱼，该机器鱼为方形结构，游动阻力大且不够美观，在低速情况下通过胸鳍实现沉浮效果较差；专利CN101322878A中提出了一种内有固定骨架，螺旋桨调节沉浮，外套整体鱼皮的玩具机器鱼，该机器鱼弹性摆动部分无填充，不能保持良好的流线型外形，沉浮运行不稳定；专利CN101348165A中描述了一种三关节通过重心改变调节沉浮的机器鱼，该机器鱼尾部驱动部分占用空间大，搭载空间相对小，且沉浮运动必须在游动过程中才能实现；专利CN201240497Y中提出了一种由骨架支撑，单关节摆动的机器鱼，该机器鱼骨架结构流线型差，只适用于水面；专利CN203780782中公开了一种三关节摆动，骨架支撑弹性蒙皮的机器鱼，该机器鱼装配困难，沉浮效果差。

现有的机器鱼大多采用一体结构，三关节摆动驱动，采用骨架支撑蒙皮方式，且没有便捷的充电接口，驱动部分占用空间大，不利于其它功能模块搭载，后期研究应用不便；蒙皮包裹下水后排水量受水压影响大，流线型差，沉浮效果不明显。

实用新型内容

为了避免现有技术存在的不足,克服机器鱼搭载空间不足，沉浮效果差，充电困难的问题，本实用新型提出一种仿生单关节机器鱼。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:包括舱体、动力机构、尾鳍，动力机构位于舱体和尾鳍之间；所述舱体包括搭载舱、控制模块、沉浮装置、舱内固定板、橡胶圈、充电插孔、搭载板、第一电源、第二电源、载荷舱、水管、舵机线插孔，所述动力机构包括尾鳍连接板、前舵机支架、后舵机支架、舵机、舵机连接板、中空椭圆橡胶塞、弹性蒙皮、舵机转轴、注油孔、绝缘油；舱体与舱内固定板固连，搭载板与舱内固定板连接，搭载舱位于舱体内前部固定在搭载板上,载荷舱位于搭载板的中间部位，沉浮装置安装在搭载板上，第二电源、第一电源位于沉浮装置两侧，固定在搭载板上，充电插孔、舵机线插孔固连在舱内固定板上，橡胶圈安装在舱体后部凹槽内，中空椭圆橡胶塞与橡胶圈紧配合，中空椭圆橡胶塞与前舵机支架固连，前舵机支架与舵机连接板固连，舵机转轴穿过舵机连接板，舵机与后舵机支架配合连接，后舵机支架与尾鳍连接板连接，尾鳍连接板与尾鳍固连，弹性蒙皮固连在前舵机支架与后舵机支架上；

所述沉浮装置包括配重铅块、配重块、吸排水孔、支架中间横板、吸排水圆筒、橡胶活塞、十字板、齿条、第四从动双联齿轮、第三从动双联齿轮、第二从动双联齿轮、第一从动双联齿轮、主动齿轮、左齿轮支板、U形支架、电机、右齿轮支板、第一从动齿轮轴、第二从动齿轮轴、第三从动齿轮轴、第四从动齿轮轴，齿条固定在十字板上，配重铅块、配重块分别固定在十字板下面，十字板和橡胶活塞插入吸排水圆筒内，两个支架中间横板分别固定在U形支架内侧板上，U形支架与吸排水圆筒固连，左齿轮支板、右齿轮支板与U形支架固连,电机固定在左齿轮支板上，主动齿轮与电机输出轴固连，主动齿轮与第一从动双联齿轮的大轮啮合，第一从动双联齿轮的小轮与第二从动双联齿轮的大轮啮合，第二从动双联齿轮的小轮与第三从动双联齿轮的大轮啮合，第三从动双联齿轮的小轮与第四从动双联齿轮的大轮啮合，第四从动双联齿轮的小轮与齿条啮合，第一从动双联齿轮安装在第一从动齿轮轴上，第二从动双联齿轮安装在第二从动齿轮轴上，第三从动双联齿轮安装在第三从动齿轮轴上，第四从动双联齿轮安装在第四从动齿轮轴上，第一从动齿轮轴、第二从动齿轮轴、第三从动齿轮轴、第四从动齿轮轴依次安装在左齿轮支板与右齿轮支板上，吸排水孔位于舱体底部,沉浮装置一端与吸排水孔通过水管连接。

前舵机支架、后舵机支架与弹性蒙皮固连形成空间，通过注油孔充注绝缘油。

有益效果

本实用新型提出的一种仿生单关节机器鱼，采用单关节摆动作为动力驱动，动力机构占鱼体整体长度的1/6，节省了大量空间；在舱体内部增加了载荷舱、搭载舱和沉浮装置；由于动力机构较短，使弹性摆动部位较短，便于加工成型，流线型好。在制作出的规格为500mm*150mm*90mm的原理样机中，载荷舱主要搭载配重和密度较大的物品，可搭载最大重量500g，搭载舱可搭载传感器、微型摄像头，最大搭载体积为80cm³，搭载空间充足。沉浮装置吸水或排水单一过程中吸排水圆筒中水的体积改变量为60cm³，吸水时配重铅块前移，机器鱼头部下倾，使机器鱼快速下沉，排水时则相反，使机器鱼可在静止或运动状态均能快速沉浮。

本实用新型采用模块化设计，工作时舱体、动力机构和尾鳍结合在一起，不工作时可快速便捷的拆装，舱体和动力机构结合处通过相互紧配的橡胶圈和橡胶活塞防水，并留有充电插孔，不工作时可拆开，充电便捷；动力机构和尾鳍固连，可方便的更换不同形状的尾鳍，游动速度快。前舵机支架、后舵机支架与弹性蒙皮固连形成密封空间，通过注油孔充注绝缘油，保持尾部形状，防止水压造成仿生鱼动力机构排水量的改变,增强了工作的稳定性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型一种仿生单关节机器鱼作进一步详细说明。

图1为本实用新型仿生单关节机器鱼轴测图。

图2为本实用新型仿生单关节机器鱼主视图。

图3为本实用新型仿生单关节机器鱼俯视图。

图4为本实用新型仿生单关节机器鱼侧视图。

图5为本实用新型仿生单关节机器鱼的沉浮装置轴测图。

图6为本实用新型仿生单关节机器鱼的沉浮装置中双联齿轮部位示意图。

图7为本实用新型仿生单关节机器鱼的沉浮装置主视图。

图中:

1.舱体2.动力机构3.尾鳍4.搭载舱5.舱内固定板6.控制模块7.沉浮装置8.橡胶圈9.充电插孔10.舵机连接板11.第一电源12.尾鳍连接板13.搭载板14.第二电源15.载荷舱16.水管17.舵机线插孔18.前舵机支架19.舵机20.后舵机支架21.注油孔22.中空椭圆橡胶塞23.弹性蒙皮24.舵机转轴25.绝缘油26.吸排水圆筒27.橡胶活塞28.齿条29.支架中间横板30.主动齿轮31.第二从动双联齿轮32.第三从动双联齿轮33.第四从动双联齿轮34.U型支架35.第一从动双联齿轮36.十字板37.第一从动齿轮轴38.第二从动齿轮轴39.第三从动齿轮轴40.第四从动齿轮轴41.左齿轮支板42.右齿轮支板43.配重铅块44.配重块45.电机46.吸排水孔

具体实施方式

本实施例是一种仿生单关节机器鱼。

参阅图1～图4，仿生单关节机器鱼包括舱体1、动力机构2、尾鳍3，动力机构2位于舱体和尾鳍之间，机器鱼整体为流线型。舱体1由搭载舱4、控制模块6、沉浮装置7、舱内固定板5、橡胶圈8、充电插孔9、搭载板13、第一电源11、第二电源14、载荷舱15、水管16、舵机线插孔17组成；动力机构2由尾鳍连接板12、前舵机支架18、后舵机支架20、舵机19、舵机连接板10、中空椭圆橡胶塞22、弹性蒙皮23、舵机转轴24、注油孔21和绝缘油25组成；舱体1与舱内固定板5固定连接，搭载板13与舱内固定板5固连，舱内固定板5防止搭载板13滑动；搭载舱4与搭载板13固连位于舱体1内前部,可搭载配重或密度较大的物品。载荷舱15固定在搭载板13下面中间部位，沉浮装置7安装在搭载板13上，第二电源14、第一电源11位于沉浮装置两侧固定在搭载板13上；橡胶圈8安装在舱体1后部凹槽内，充电插孔9、舵机线插孔17固连在舱内固定板5上；中空椭圆橡胶塞22外表面与橡胶圈8内表面紧配合，对充电接孔和舵机线接孔形成密封空间，水下运行时可防水，充电时方便拆开。中空椭圆橡胶塞22与橡胶圈8紧配合，并通过摩擦力使舱体1和动力机构2结合。中空椭圆橡胶塞22与前舵机支架18固定连接，前舵机支架18与舵机连接板10固连，舵机转轴24穿过舵机连接板10，且与舵机连接板10连接；舵机19与后舵机支架20配合连接，后舵机支架20与尾鳍连接板12连接，尾鳍连接板12与尾鳍3固连，舵机19摆动带动尾鳍3摆动。弹性蒙皮23固连在前舵机支架18与后舵机支架20上，前舵机支架18、后舵机支架20与弹性蒙皮23固连形成空间，通过注油孔21充注绝缘油25保持尾部形状，防止水压造成仿生鱼动力机构排水量的改变。

如图5、图6、图7所示，沉浮装置7包括配重铅块43、配重块44、吸排水孔46、支架中间横板29、吸排水圆筒26、橡胶活塞27、十字板36、齿条28、第四从动双联齿轮33、第三从动双联齿轮32、第二从动双联齿轮31、第一从动双联齿轮35、主动齿轮30、左齿轮支板41、U形支架34、电机45、右齿轮支板42、第一从动齿轮轴37、第二从动齿轮轴38、第三从动齿轮轴39、第四从动齿轮轴40，齿条28固定安装在十字板36上，配重铅块43、配重块44分别固定在十字板36下面，十字板36和橡胶活塞27插入吸排水圆筒26内。两个支架中间横板29分别安装在U形支架34内侧板上，U形支架34与吸排水圆筒26固定连接。左齿轮支板41、右齿轮支板42与U形支架34两侧板固连,电机45固定在左齿轮支板41上；主动齿轮30与电机45输出轴固连，主动齿轮30与第一从动双联齿轮35的大轮啮合，第一从动双联齿轮35的小轮与第二从动双联齿轮31的大轮啮合，第二从动双联齿轮31的小轮与第三从动双联齿轮32的大轮啮合，第三从动双联齿轮32的小轮与第四从动双联齿轮33的大轮啮合，第四从动双联齿轮33的小轮与齿条啮合；第一从动双联齿轮35安装在第一从动齿轮轴37上，第二从动双联齿轮31安装在第二从动齿轮轴38上，第三从动双联齿轮32安装在第三从动齿轮轴39上，第四从动双联齿轮33安装在第四从动齿轮轴40上；第一从动齿轮轴37、第二从动齿轮轴38、第三从动齿轮轴39、第四从动齿轮轴40依次安装在左齿轮支板41与右齿轮支板42上。舱体1底部有吸排水孔46，沉浮装置7一端与吸排水孔46通过水管16连接。

本实例做成的规格为500mm*150mm*90mm，整体质量为2kg的原理样机，结构简单；载荷舱可搭载最大重量为500g,搭载舱最大可搭载体积为80cm³；运行速度可达0.4m/s，运行速度快，该速度下下潜1m即两个体长时,用时约3.1s，沉浮灵活；充电方式便捷，流线型外观优美，仿生性强，还可更换不同形状的尾鳍，进行理论探究。

Claims (2)

1.一种仿生单关节机器鱼，其特征在于:包括舱体、动力机构、尾鳍，动力机构位于舱体和尾鳍之间；所述舱体包括搭载舱、控制模块、沉浮装置、舱内固定板、橡胶圈、充电插孔、搭载板、第一电源、第二电源、载荷舱、水管、舵机线插孔，所述动力机构包括尾鳍连接板、前舵机支架、后舵机支架、舵机、舵机连接板、中空椭圆橡胶塞、弹性蒙皮、舵机转轴、注油孔、绝缘油；舱体与舱内固定板固连，搭载板与舱内固定板连接，搭载舱位于舱体内前部固定在搭载板上,载荷舱位于搭载板的中间部位，沉浮装置安装在搭载板上，第二电源、第一电源位于沉浮装置两侧，固定在搭载板上，充电插孔、舵机线插孔固连在舱内固定板上，橡胶圈安装在舱体后部凹槽内，中空椭圆橡胶塞与橡胶圈紧配合，中空椭圆橡胶塞与前舵机支架固连，前舵机支架与舵机连接板固连，舵机转轴穿过舵机连接板，舵机与后舵机支架配合连接，后舵机支架与尾鳍连接板连接，尾鳍连接板与尾鳍固连，弹性蒙皮固连在前舵机支架与后舵机支架上；

所述沉浮装置包括配重铅块、配重块、吸排水孔、支架中间横板、吸排水圆筒、橡胶活塞、十字板、齿条、第四从动双联齿轮、第三从动双联齿轮、第二从动双联齿轮、第一从动双联齿轮、主动齿轮、左齿轮支板、U形支架、电机、右齿轮支板、第一从动齿轮轴、第二从动齿轮轴、第三从动齿轮轴、第四从动齿轮轴，齿条固定在十字板上，配重铅块、配重块分别固定在十字板下面，十字板和橡胶活塞插入吸排水圆筒内，两个支架中间横板分别固定在U形支架内侧板上，U形支架与吸排水圆筒固连，左齿轮支板、右齿轮支板与U形支架固连,电机固定在左齿轮支板上，主动齿轮与电机输出轴固连，主动齿轮与第一从动双联齿轮的大轮啮合，第一从动双联齿轮的小轮与第二从动双联齿轮的大轮啮合，第二从动双联齿轮的小轮与第三从动双联齿轮的大轮啮合，第三从动双联齿轮的小轮与第四从动双联齿轮的大轮啮合，第四从动双联齿轮的小轮与齿条啮合，第一从动双联齿轮安装在第一从动齿轮轴上，第二从动双联齿轮安装在第二从动齿轮轴上，第三从动双联齿轮安装在第三从动齿轮轴上，第四从动双联齿轮安装在第四从动齿轮轴上，第一从动齿轮轴、第二从动齿轮轴、第三从动齿轮轴、第四从动齿轮轴依次安装在左齿轮支板与右齿轮支板上，吸排水孔位于舱体底部,沉浮装置一端与吸排水孔通过水管连接。

2.根据权利要求1所述的仿生单关节机器鱼，其特征在于:前舵机支架、后舵机支架与弹性蒙皮固连形成空间，通过注油孔充注绝缘油。