CN218506102U - 一种仿生海龟划水式推进装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种仿生海龟划水式推进装置，包括壳体组件，所述壳体组件内设有沉浮组件；所述壳体组件前端设有前肢组件，对称安装在壳体组件前部左右两侧的两套相同的前肢组件；所述壳体组件后端设有后肢组件，对称安装在壳体组件后部左右两侧的两套相同的后肢组件。本实用新型属于推进器技术领域，具体是指一种仿生海龟划水式推进装置，结构紧凑、体小质轻、易于制造，完全模仿海龟的水翼法游动方式，可自主调节各电机的运转方向、角度、速度，以完成在水下的前进、转向、升沉等基本动作。

Description

一种仿生海龟划水式推进装置

技术领域

本实用新型属于推进器技术领域，具体是指一种仿生海龟划水式推进装置。

背景技术

随着科技的发展与时代的进步，对推进器的要求也在提高，传统的“螺旋桨+舵”模式的水下航行器体积大，质量重，推进效率低，噪音大，流体扰动作用明显，低速时机动性能较差，使其在许多要求较高的场合无法应用，仿生型水下航行器便应运而生。仿生推进器是指基于仿生原理、采用非传统推进方式的水中推进器。生物水中推进方式主要有摆动法、划动法、水翼法和喷射法四种，所谓水翼法推进，就是某些水生动物，如海龟等，它们在游动时，翼状的前肢在水中上下拍动，使水产生反作用力推动它们前进的游动方法，犹如飞鸟在空中拍动翅膀飞行一样，因此它们的流线型运动器官也叫做水翼(引自钦俊德院士主编《动物的运动》，清华大学出版社)。作为融合仿生学、流体动力学、材料学、工程学、自动控制理论及机器人学的交叉学科，仿生型水下航行器具备龟类推进效率高、噪声低、流体扰动小、机动性好等优点。

实用新型内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种仿生海龟划水式推进装置，结构紧凑、体小质轻、易于制造，完全模仿海龟的水翼法游动方式，可自主调节各电机的运转方向、角度、速度，以完成在水下的前进、转向、升沉等基本动作。

本实用新型采取的技术方案如下：本实用新型提供一种仿生海龟划水式推进装置，包括壳体组件，所述壳体组件内设有沉浮组件，用于吸收和排放海水，吸收海水时，装置体重增加，实现下沉的技术效果，排出海水时，装置体重减少，实现上浮的技术效果；

所述壳体组件前端设有前肢组件，对称安装在壳体组件前部左右两侧的两套相同的前肢组件；前肢组件采用水翼法推进，提供装置运动的主动力，具有拍旋和位旋两个自由度；

所述壳体组件后端设有后肢组件，对称安装在壳体组件后部左右两侧的两套相同的后肢组件，后肢组件用于调节运动姿态，实现划桨运动；现取其中的右侧一套进行连接描述：

所述后肢组件包括固定件、四杆机构、后肢蹼翼和连杆，所述固定件设于壳体组件内，壳体组件对固定件起支撑和固定作用，所述固定件上壁上设有转向凹槽，转向凹槽设有两组，所述固定件上安装有舵机，固定件对舵机进行支撑和固定，所述四杆机构活动设于固定件底壁上，所述舵机的输出轴端贯穿固定件与四杆机构的一端相连，舵机工作带动四杆机构旋转，所述固定件上活动贯穿设有转轴，所述转轴的一端与四杆机构的另一端相连，四杆机构带动转轴旋转，所述后肢蹼翼的一端贯穿转轴的另一端设置，转轴运动时带动后肢蹼翼旋转摆动，所述连杆与后肢蹼翼相连，所述连杆的下端设有滚轮，所述滚轮与转向凹槽匹配设置，所述连杆上活动设有导向组件，所述导向组件与转轴上端相连，转轴对导向组件进行支撑和固定，转轴运动时，带动导向组件和连杆进行运动。

其中，所述导向组件包括固定连接件、导向杆、滑动块和弹簧，所述固定连接件与转轴上壁相连，转轴对固定连接件进行支撑和固定，所述导向杆设于固定连接件上，固定连接件对导向杆进行支撑和固定，所述滑动块活动设于导向杆上，所述滑动块活动卡接设于连杆的上端，所述弹簧分别设于滑动块与固定连接件之间。

作为本发明进一步优选地，所述前肢组件，现取其中的左侧一套进行连接描述，包括底板，所述底板设于壳体组件内，所述底板上设有固定套筒一、固定架一和固定架二，壳体组件对底板进行支撑和固定，底板对固定套筒一、固定架一、固定架二进行支撑和固定，所述固定套筒一内安装有三相异步电动机一，三相异步电动机一与固定套筒一密封设置，所述固定架上设有齿轮一和齿轮二，所述齿轮一和齿轮二分别活动设置，所述齿轮一与三相异步电动机一的输出轴端相连，所述齿轮一与齿轮二之间啮合，所述固定架二上设有旋转件，所述旋转件外侧壁设有齿轮三，所述齿轮三与齿轮二啮合，三相异步电动机一工作依次带动齿轮一、齿轮二和齿轮三旋转，齿轮三带动旋转件旋转，所述旋转件上设有固定套筒二，所述固定套筒二内安装有三相异步电动机二，三相异步电动机二与固定套筒二密封设置，所述三相异步电动机二的输出端连接有套杆，所述套杆上设有锥形齿轮一，所述旋转件上设有锥形齿轮二，所述锥形齿轮一和锥形齿轮二啮合，所述旋转件上设有前肢蹼翼，前肢蹼翼靠近锥形齿轮二设置，锥形齿轮二旋转能够带动前肢蹼翼运动；前肢组件提供了海龟运动的主动力，该机构拥有拍旋和位旋两个自由度，拍旋机构通过一组锥齿轮副实现前肢的上下挥拍；位旋机构与拍旋机构之间通过一组直齿组连接，实现整个拍旋系统的转动，拍旋和位旋由相互独立的电动机分别控制，可实现翼尖的“8”字形运动轨迹以及不同速度的前行、转向等运动。

其中，所述沉浮组件包括步进电机、支撑架、电动丝杆、丝杆副和吸附组件，所述步进电机设于壳体组件内，壳体组件对步进电机进行支撑和固定，所述支撑架设于壳体组件内，所述电动丝杆设于支撑架上，所述步进电机的输出轴端与电动丝杆相连，所述丝杆副套接设于电动丝杆上，步进电机工作带动电动丝杆旋转，电动丝杆旋转时，丝杆副能够沿电动丝杆直线运动，电动丝杆是现有的一种能够将旋转运动转换为直线运动的设备，所述吸附组件设于壳体组件内，所述吸附组件与丝杆副相连。

作为本实用新型优选地，所述吸附组件包括连接板，所述连接板与丝杆副连接，所述连接板上连接有拉杆，所述壳体组件内设有针筒，所述拉杆上设有活塞，所述活塞活动设于针筒内，所述针筒上连接有疏通管，所述疏通管贯穿壳体组件设置；沉浮组件借鉴潜水艇升降的方式，通过电动丝杠带动丝杠副往复运动，从而间接带动丝杠副上的拉杆往复，通过疏通管将针筒内的水进行排出或吸附，实现向海龟内外的吸水排水，当吸水时仿生龟的自重增大从而下沉,排水时自重减小从而上浮。

采用上述结构本实用新型取得的有益效果如下：本方案提供一种仿生海龟划水式推进装置有益效果如下：

(1)前肢组件提供了海龟运动的主动力，该机构拥有拍旋和位旋两个自由度，拍旋机构通过一组锥齿轮副实现前肢的上下挥拍；位旋机构与拍旋机构之间通过一组直齿组连接，实现整个拍旋系统的转动，拍旋和位旋由相互独立的电动机分别控制，可实现翼尖的“8”字形运动轨迹以及不同速度的前行、转向等运动。

(2)后肢用于调节运动姿态，后肢通过固定板下方的较链连杆机构带动导向杆在主轴连杆上往复实现划桨运动，固定板上两侧巧妙的设计了转向凹槽，用于实现后肢在运动端极限位置时的翻转，弹簧起到缓冲限位的作用，避免导向杆直接撞击主轴。

(3)壳体组件内设有沉浮组件，用于吸收和排放海水，吸收海水时，装置体重增加，实现下沉的技术效果，排出海水时，装置体重减少，实现上浮的技术效果。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种仿生海龟划水式推进装置的结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种仿生海龟划水式推进装置的透视图；

图3为本实用新型提出的一种仿生海龟划水式推进装置的后肢组件的结构示意图；

图4为本实用新型提出的一种仿生海龟划水式推进装置的四杆机构的结构示意图；

图5为本实用新型提出的一种仿生海龟划水式推进装置的导向组件的结构示意图；

图6为本实用新型提出的一种仿生海龟划水式推进装置的前肢组件的结构示意图；

图7为本实用新型提出的一种仿生海龟划水式推进装置的沉浮组件的结构示意图。

其中，1、壳体组件，2、沉浮组件，3、前肢组件，4、后肢组件，5、固定件，6、四杆机构，7、后肢蹼翼，8、连杆，9、转向凹槽，10、舵机，11、转轴，12、滚轮，13、导向组件，14、固定连接件，15、导向杆，16、滑动块，17、弹簧，18、底板，19、固定套筒一，20、固定架一，21、固定架二，22、三相异步电动机一，23、齿轮一，24、齿轮二，25、旋转件，26、齿轮三，27、固定套筒二，28、三相异步电动机二，29、套杆，30、锥形齿轮一，31、锥形齿轮二，32、前肢蹼翼，33、步进电机，34、支撑架，35、电动丝杆， 36、丝杆副，37、吸附组件，38、连接板，39、拉杆，40、针筒，41、活塞，42、疏通管。

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实用新型提供的一种仿生海龟划水式推进装置，包括壳体组件1，壳体组件1内设有沉浮组件2，用于吸收和排放海水，吸收海水时，装置体重增加，实现下沉的技术效果，排出海水时，装置体重减少，实现上浮的技术效果；壳体组件1前端设有前肢组件3，对称安装在壳体组件1前部左右两侧的两套相同的前肢组件3；前肢组件3采用水翼法推进，提供装置运动的主动力，具有拍旋和位旋两个自由度；壳体组件1后端设有后肢组件4，对称安装在壳体组件1后部左右两侧的两套相同的后肢组件4，后肢组件4用于调节运动姿态，实现划桨运动；现取其中的右侧一套进行连接描述：后肢组件4包括固定件5、四杆机构6、后肢蹼翼7和连杆8，固定件5设于壳体组件1 内，壳体组件1对固定件5起支撑和固定作用，固定件5上壁上设有转向凹槽9，转向凹槽 9设有两组，固定件5上安装有舵机10，固定件5对舵机10进行支撑和固定，四杆机构6 活动设于固定件5底壁上，舵机10的输出轴端贯穿固定件5与四杆机构6的一端相连，舵机10工作带动四杆机构6旋转，固定件5上活动贯穿设有转轴11，转轴11的一端与四杆机构6的另一端相连，四杆机构6带动转轴11旋转，后肢蹼翼7的一端贯穿转轴11的另一端设置，转轴11运动时带动后肢蹼翼7旋转摆动，连杆8与后肢蹼翼7相连，连杆8的下端设有滚轮12，滚轮12与转向凹槽9匹配设置，连杆8上活动设有导向组件13，导向组件 13与转轴11上端相连，转轴11对导向组件13进行支撑和固定，转轴11运动时，带动导向组件13和连杆8进行运动；导向组件13包括固定连接件14、导向杆15、滑动块16和弹簧 17，固定连接件14与转轴11上壁相连，转轴11对固定连接件14进行支撑和固定，导向杆 15设于固定连接件14上，固定连接件14对导向杆15进行支撑和固定，滑动块16活动设于导向杆15上，滑动块16活动卡接设于连杆8的上端，弹簧17分别设于滑动块16与固定连接件14之间。

前肢组件3，现取其中的左侧一套进行连接描述，包括底板18，底板18设于壳体组件 1内，底板18上设有固定套筒一19、固定架一20和固定架二21，壳体组件1对底板18进行支撑和固定，底板18对固定套筒一19、固定架一20、固定架二21进行支撑和固定，固定套筒一19内安装有三相异步电动机一22，三相异步电动机一22与固定套筒一19密封设置，固定架上设有齿轮一23和齿轮二24，齿轮一23和齿轮二24分别活动设置，齿轮一23 与三相异步电动机一22的输出轴端相连，齿轮一23与齿轮二24之间啮合，固定架二21上设有旋转件25，旋转件25外侧壁设有齿轮三26，齿轮三26与齿轮二24啮合，三相异步电动机一22工作依次带动齿轮一23、齿轮二24和齿轮三26旋转，齿轮三26带动旋转件25 旋转，旋转件25上设有固定套筒二27，固定套筒二27内安装有三相异步电动机二28，三相异步电动机二28与固定套筒二27密封设置，三相异步电动机二28的输出端连接有套杆 29，套杆29上设有锥形齿轮一30，旋转件25上设有锥形齿轮二31，锥形齿轮一30和锥形齿轮二31啮合，旋转件25上设有前肢蹼翼32，前肢蹼翼32靠近锥形齿轮二31设置，锥形齿轮二31带动前肢蹼翼32运动；前肢组件3提供了海龟运动的主动力，该机构拥有拍旋和位旋两个自由度，拍旋机构通过一组锥齿轮副实现前肢的上下挥拍；位旋机构与拍旋机构之间通过一组直齿组连接，实现整个拍旋系统的转动，拍旋和位旋由相互独立的电动机分别控制，可实现翼尖的“8”字形运动轨迹以及不同速度的前行、转向等运动。

沉浮组件2包括步进电机33、支撑架34、电动丝杆35、丝杆副36和吸附组件37，步进电机33设于壳体组件1内，壳体组件1对步进电机33进行支撑和固定，支撑架34设于壳体组件1内，电动丝杆35设于支撑架34上，步进电机33的输出轴端与电动丝杆35相连，丝杆副36套接设于电动丝杆35上，步进电机33工作带动电动丝杆35旋转，电动丝杆 35旋转时，丝杆副36能够沿电动丝杆35直线运动，电动丝杆35是现有的一种能够将旋转运动转换为直线运动的设备，吸附组件37设于壳体组件1内，吸附组件37与丝杆副36相连；吸附组件37包括连接板38，连接板38与丝杆副36连接，连接板38上连接有拉杆 39，壳体组件1内设有针筒40，拉杆39上设有活塞41，活塞41活动设于针筒40内，针筒 40上连接有疏通管42，疏通管42贯穿壳体组件1设置；沉浮组件2借鉴潜水艇升降的方式，通过电动丝杠带动丝杠副往复运动，从而间接带动丝杠副上的拉杆39往复，通过疏通管42将针筒40内的水进行排出或吸附，实现向海龟内外的吸水排水，当吸水时仿生龟的自重增大从而下沉,排水时自重减小从而上浮。

实施例1，参照图1、图2、图3、图4和图5，仿生海龟的后肢采用划动式推进，初始时，连杆8的滚轮12位于左侧的转向凹槽9内，后肢蹼翼7呈倾斜状态设置，舵机10通过四杆机构6带动转轴11转动，滚轮12从左侧的转向凹槽9内滑动至固定件5的上壁上，迫使连杆8从左侧的转向凹槽9沿斜坡上升至固定件5上壁，由于固定件5高于转向凹槽9，使连杆8顺时针转动，连杆8上端位于导向杆15右侧，后肢蹼翼7角度翻转至水平，随着舵机10转动，滚轮12在固定件5的上壁上自左向右运动，后肢蹼翼7水平由后向前划动；当滚轮12运动至固定件5的右端时，滚轮12沿坡度下降至右侧的转向凹槽9底部，连杆8 逆时针转动，连杆8上端位于导向杆15中间，后肢蹼翼7呈倾斜状态设置，舵机10反转，带动连杆8从右往左运动，滚轮12沿右侧的转向凹槽9的斜坡上升至固定件5上壁，整个过程中连杆8逆时针方向转动，使后肢蹼翼7翻转至斜向下45°，而后连杆8从右往左运动，后肢蹼翼7由前至后以45°划动，如此往复运动实现后肢划动法推进。

实施例2，参照图1、图2和图6，仿生海龟前肢组件3提供了海龟运动的主动力，该机构拥有拍旋和位旋两个自由度，拍旋机构通过三相异步电动机二28带动套杆29旋转，套杆29带动锥形齿轮一30旋转，锥形齿轮一30带动与之啮合的锥形齿轮二31旋转，锥形齿轮二31带动前肢蹼翼32上下挥拍；位旋机构与拍旋机构之间通过一组直齿组连接，三相异步电动机一22工作带动齿轮一23旋转，齿轮一23带动齿轮二24旋转，齿轮二24带动齿轮三26旋转，齿轮三26带动旋转件25旋转，实现整个拍旋系统的转动，拍旋和位旋由相互独立的电动机分别控制，可实现翼尖的“8”字形运动轨迹以及不同速度的前行、转向等运动。

实施例3，参照图1、图2和图7，沉浮组件2借鉴潜水艇升降的方式，通过电动丝杠带动丝杠副往复运动，从而间接带动丝杠副上的拉杆39往复，通过疏通管42将针筒40内的水进行排出或吸附，实现向海龟内外的吸水排水，当吸水时仿生龟的自重增大从而下沉, 排水时自重减小从而上浮。

以上便是本实用新型具体的工作流程，下次使用时重复此步骤即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种仿生海龟划水式推进装置，包括壳体组件，所述壳体组件内设有沉浮组件；

所述壳体组件前端设有前肢组件，对称安装在壳体组件前部左右两侧的两套相同的前肢组件；

所述壳体组件后端设有后肢组件，对称安装在壳体组件后部左右两侧的两套相同的后肢组件；

其特征在于：所述后肢组件包括固定件、四杆机构、后肢蹼翼和连杆，所述固定件设于壳体组件内，所述固定件上壁上设有转向凹槽，转向凹槽设有两组，所述固定件上安装有舵机，所述四杆机构活动设于固定件底壁上，所述舵机的输出轴端贯穿固定件与四杆机构的一端相连，所述固定件上活动贯穿设有转轴，所述转轴的一端与四杆机构的另一端相连，所述后肢蹼翼的一端贯穿转轴的另一端设置，所述连杆与后肢蹼翼相连，所述连杆的下端设有滚轮，所述滚轮与转向凹槽匹配设置，所述连杆上活动设有导向组件，所述导向组件与转轴上端相连。

2.根据权利要求1所述的一种仿生海龟划水式推进装置，其特征在于：所述导向组件包括固定连接件、导向杆、滑动块和弹簧，所述固定连接件与转轴上壁相连，所述导向杆设于固定连接件上，所述滑动块活动设于导向杆上，所述滑动块活动卡接设于连杆的上端，所述弹簧分别设于滑动块与固定连接件之间。

3.根据权利要求2所述的一种仿生海龟划水式推进装置，其特征在于：所述前肢组件包括底板，所述底板设于壳体组件内，所述底板上设有固定套筒一、固定架一和固定架二，所述固定套筒一内安装有三相异步电动机一，所述固定架上设有齿轮一和齿轮二，所述齿轮一和齿轮二分别活动设置，所述齿轮一与三相异步电动机一的输出轴端相连，所述齿轮一与齿轮二之间啮合，所述固定架二上设有旋转件，所述旋转件外侧壁设有齿轮三，所述齿轮三与齿轮二啮合，所述旋转件上设有固定套筒二，所述固定套筒二内安装有三相异步电动机二，所述三相异步电动机二的输出端连接有套杆，所述套杆上设有锥形齿轮一，所述旋转件上设有锥形齿轮二，所述锥形齿轮一和锥形齿轮二啮合，所述旋转件上设有前肢蹼翼。

4.根据权利要求3所述的一种仿生海龟划水式推进装置，其特征在于：所述沉浮组件包括步进电机、支撑架、电动丝杆、丝杆副和吸附组件，所述步进电机设于壳体组件内，所述支撑架设于壳体组件内，所述电动丝杆设于支撑架上，所述步进电机的输出轴端与电动丝杆相连，所述丝杆副套接设于电动丝杆上，所述吸附组件设于壳体组件内，所述吸附组件与丝杆副相连。

5.根据权利要求4所述的一种仿生海龟划水式推进装置，其特征在于：所述吸附组件包括连接板，所述连接板与丝杆副连接，所述连接板上连接有拉杆，所述壳体组件内设有针筒，所述拉杆上设有活塞，所述活塞活动设于针筒内，所述针筒上连接有疏通管，所述疏通管贯穿壳体组件设置。

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