CN203186566U

CN203186566U - 机械式胸鳍仿生机器鱼

Info

Publication number: CN203186566U
Application number: CN 201320046049
Authority: CN
Inventors: 洪梓榕; 李宗刚; 石慧荣; 陈引娟; 赵冬艳; 张军平
Original assignee: Lanzhou Jiaotong University
Current assignee: Lanzhou Jiaotong University
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2023-01-28

Abstract

本实用新型公开一种机械式胸鳍仿生机器鱼，包括鱼形外壳、鱼形外壳内部的胸鳍驱动机构、设置于鱼形外壳外部的两片机械胸鳍、控制模块和充电电池；所述胸鳍驱动机构包括拍动单元、转动单元和执行机构，拍动单元与转动单元共同驱动同一执行机构；执行机构为两套，分别连接机械胸鳍。本实用新型涉及的这种机械式胸鳍仿生机器鱼，其外形酷似何氏鳐，体盘较宽、体型扁平，只有一对机械式胸鳍，没有尾鳍，具有良好的机动性和稳定性。胸鳍驱动机构的拍动运动和转动运动相互分离、互不干涉，既能够单独运动也能耦合运动，能够实现任意方向上的推进力，并且密封容易实现，安全可靠。

Description

机械式胸鳍仿生机器鱼

技术领域

本实用新型涉及一种机械式胸鳍仿生机器鱼，属于水下航行器技术领域。

背景技术

随着海洋资源的开发利用和海洋军事领域的广泛需求，传统的水下探测器因其具有效率低、机动性差、噪音高等缺点已经不能满足科研和工程的上需要，为了克服这些问题，适应未来水下航行器发展的要求，人们在开发新能源的同时，也在积极的寻找性能更加优良的新型推进方式。仿生学研究表明，仿鱼鳍推进模式具有高效率、高稳定性、优良的机动性、噪音低、对环境扰动小等优势，是鱼类为了适应复杂的水下生活，经过亿万年的自然进化的结果，它为研制效率高、机动性好和噪声低的水下航行器提供了新的思路。因此，如何设计和制造具有高性能的仿生推进机器鱼，是当前的研究重点。

目前实现MPF方式推进的仿生机器鱼主要是通过胸鳍实现其部分运动形式再通过尾鳍和浮力调节装置实现机器鱼的沉浮和转弯。本实用新型区别于上述机构，设计出一种新型的胸鳍驱动机构，通过胸鳍运动产生任意方向上的推进力，完全实现仿生机器鱼的前进、后退、转弯、沉浮等基本运动。

实用新型内容

本实用新型提供一种机械式胸鳍仿生机器鱼，通过胸鳍完全实现仿生机器鱼的前进、后退、转弯、沉浮等基本运动，从而为水下仿生机器鱼在低速情况下实现运动的稳定性和良好的操纵性提供一个合理的解决方案。

为解决以上技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种机械式胸鳍仿生机器鱼，所述仿生机器鱼包括鱼形外壳、鱼形外壳内部的胸鳍驱动机构、设置于鱼形外壳外部的两片机械胸鳍、控制模块和充电电池；所述胸鳍驱动机构包括拍动单元、转动单元和执行机构，所述拍动单元与转动单元共同驱动同一执行机构；执行机构为两套，分别连接机械胸鳍。

进一步地，所述鱼形外壳分为上下两部分，上外壳为有机玻璃，下外壳为铝合金，上下外壳间的连接处采用接触式静密封。

进一步地，所述拍动单元包括步进电机、主轴、圆盘和摇杆，步进电机与主轴相连，圆盘固定在主轴上，摇杆一端与圆盘相连，另一端连接执行机构，执行机构带动机械胸鳍作拍打运动。

进一步地，所述转动单元包括步进电机、主轴、小齿轮、大齿轮、套筒、轴承和轴承座，步进电机连接主轴，主轴传动于小齿轮，小齿轮传动于大齿轮，大齿轮外侧端面与套筒固定连接并带动套筒旋转，套筒安装于轴承内圈，并由轴承座支撑；所述套筒内部为执行机构，套筒带动执行机构旋转，进而带动机械胸鳍旋转。

进一步地，所述执行机构包括转动杆（10）、压盖（11）和滑动杆（12）、连杆II（13）、连接件（14）、固定轴（15）和机械胸鳍（16），转动杆纵截面为丁字形，一端铰接于摇杆，另一端通过通过压盖压住丁字形转动杆的头部固定于滑动杆，转动杆相对于滑动杆自由转动；转动杆的铰接于摇杆（9），滑动杆铰接于连杆II，连杆II铰接于机械胸鳍；固定轴通过连接件连接固定于机械胸鳍，并与机械胸鳍平面基本平行。

进一步地，所述滑动杆的圆周面上的两侧设有连接键，用于连接套筒，套筒连接固定轴。

本实用新型涉及的这种机械式胸鳍仿生机器鱼，其外形酷似何氏鳐，体盘较宽、体型扁平，只有一对机械式胸鳍，没有尾鳍，具有良好的机动性和稳定性。胸鳍驱动机构的拍动运动和转动运动相互分离、互不干涉，既能够单独运动也能耦合运动，能够实现任意方向上的推进力，并且密封容易实现，安全可靠。

附图说明

图1 为本实用新型机械式胸鳍仿生机器鱼的外形图；

图2 为本实用新型机械式胸鳍仿生机器鱼的内部结构图；

图3 为本实用新型机械式胸鳍仿生机器鱼执行机构及套筒三维结构图；

图4 为本实用新型机械式胸鳍仿生机器鱼执行机构三维图；

图5 为本实用新型机械式胸鳍仿生机器鱼执行机构连接结构图；

图6 为本实用新型机械式胸鳍仿生机器鱼转动单元系统原理图；

图7 为套筒半剖三维图；

图8 为套筒半剖正视图；

图9 为连杆I结构视图；

图10为连杆I的俯视图；

具体实施方式

如图1所示，仿生机器鱼包括鱼形外壳，鱼形外壳包括上外壳1和下外壳2，上外壳1上有两个孔，可以支撑胸鳍驱动机构的套筒17，套筒17可以绕孔转动实现机械胸鳍16的转动。套筒17与上外壳的孔连接处采用O型密封圈密封。该仿生机器鱼只有一对机械胸鳍16，没有尾鳍。上外壳为有机玻璃，下外壳为铝合金。

如图2所示，拍动单元包括步进电机6、主轴7、圆盘8和摇杆9，步进电机6与主轴7相连，圆盘8固定在步进电机6连接的主轴7上，摇杆9一端与圆盘8相连，另一端连接执行机构，执行机构带动机械胸鳍16作拍打运动。

如图2和6所示，转动单元包括步进电机25、主轴20、小齿轮22、大齿轮21、套筒17、轴承18和轴承座19，步进电机25连接主轴20，主轴20传动于小齿轮22，小齿轮22传动于大齿轮21，大齿轮21外侧端面与套筒17固定连接并带动套筒17旋转，套筒17安装于轴承18内圈，并由轴承座19支撑；所述套筒17内部为执行机构，套筒17带动执行机构旋转，进而带动机械胸鳍16旋转。

如图3-5所示，执行机构包括连杆II13、连接件14、固定轴15、机械胸鳍16，转动杆10、压盖11和滑动杆12；如图9和10所示，转动杆10纵截面为丁字形，一端铰接于摇杆9，另一端通过通过压盖11压住丁字形转动杆10的头部固定于滑动杆12，转动杆10相对于滑动杆12自由转动。转动杆10铰接于摇杆9，滑动杆12铰接于连杆II13，连杆II13铰接于机械胸鳍16；固定轴15通过连接件14连接固定于机械胸鳍16。

如图7-8所示，滑动杆12的圆周面上的两侧设有连接键，用于连接套筒17，同时，套筒17连接固定轴15。

如图2所示，驱动机构还包括充电电池3、电池固定架4、充电电池24、电池固定架23、步进电机固定架26和步进电机6固定架5。

如图2所示，两套胸鳍驱动机构对称安装在下外壳的两侧。其工作原理如下：首先，仿生机器鱼处于水中，机械鳍面与水平平面有微小夹角，步进电机25启动，输出轴20随之转动，输出轴20带动小齿轮22转动，小齿轮22带动大齿轮21转动，大齿轮21带动套筒17转动，套筒17带动安装在套筒内的压盖11、滑动杆12、连杆13、胸鳍连接件14、固定轴15一起转动，胸鳍连接件14带动机械胸鳍16顺时针转动90度，使鳍面与水平面垂直。然后步进电机6启动，输出轴7随之转动并带动圆盘8转动，圆盘8与摇杆9组成曲柄摇杆机构带动摇杆9运动，摇杆9带动转动杆10、压盖11、滑动杆12沿着套筒17轴向滑动，滑杆12带动连杆13转动，连杆13带动胸鳍连接件14绕固定轴15转动，并带动机械胸鳍16鳍面拍动到与鱼体中轴线平行，获得向前的推进力。步进电机25再次启动带动机械胸鳍16转过180度，然后步进电机6启动，带动鳍面拍动到鳍面运动的初始位置，产生向前的推进力，步进电机25再次启动带动机械胸鳍转过180度，依次循环可获得连续向前的推进力。

本实用新型所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本实用新型构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种机械式胸鳍仿生机器鱼，其特征在于，所述仿生机器鱼包括鱼形外壳、鱼形外壳内部的胸鳍驱动机构、设置于鱼形外壳外部的两片机械胸鳍、控制模块和充电电池；所述胸鳍驱动机构包括拍动单元、转动单元和执行机构，所述拍动单元与转动单元共同驱动同一执行机构；执行机构为两套，分别连接机械胸鳍。

2.根据权利要求1所述的机械式胸鳍仿生机器鱼，其特征在于，所述鱼形外壳分为上下两部分，上外壳（1）为有机玻璃，下外壳（2）为铝合金，上下外壳间的连接处采用接触式静密封。

3.根据权利要求1所述的机械式胸鳍仿生机器鱼，其特征在于，所述拍动单元包括步进电机（6）、主轴（7）、圆盘（8）和摇杆（9），步进电机（6）与主轴（7）相连，圆盘（8）固定在主轴（7）上，摇杆（9）一端与圆盘（8）相连，另一端连接执行机构，执行机构带动机械胸鳍作拍打运动。

4.根据权利要求1所述的一种机械式胸鳍仿生机器鱼，其特征在于，所述转动单元包括步进电机（25）、主轴（20）、小齿轮（22）、大齿轮（21）、套筒（17）、轴承（18）和轴承座（19），步进电机（25）连接主轴（20），主轴（20）传动于小齿轮（22），小齿轮传动于大齿轮，大齿轮（21）外侧端面与套筒（17）固定连接并带动套筒旋转，套筒（17）安装于轴承（18）内圈，并由轴承座（19）支撑；所述套筒内部为执行机构，套筒带动执行机构旋转，进而带动机械胸鳍旋转。

5.根据权利要求1所述的机械式胸鳍仿生机器鱼，其特征在于，所述执行机构包括转动杆（10）、压盖（11）和滑动杆（12）、连杆II（13）、连接件（14）、固定轴（15）和机械胸鳍（16），转动杆纵截面为丁字形，一端铰接于摇杆，另一端通过通过压盖压住丁字形转动杆的头部固定于滑动杆，转动杆相对于滑动杆自由转动；转动杆的铰接于摇杆（9），滑动杆铰接于连杆II，连杆II铰接于机械胸鳍；固定轴通过连接件连接固定于机械胸鳍，并与机械胸鳍平面基本平行。

6.根据权利要求5所述的机械式胸鳍仿生机器鱼，其特征在于，所述滑动杆的圆周面上的两侧设有连接键，用于连接套筒，套筒连接固定轴。