專利名稱：一種新型機器魚胸鰭推進機構的制作方法
技術領域：
本發明屬于機電裝置，尤其涉及機器魚的胸鰭推動機構。
背景技術：
隨著海洋權益重要性的日益凸顯，對海洋的探索、保護和利用的重要性也隨之增力口。現有水中執行任務的艦船及潛器多以螺旋槳為主要推進方式，在噪音和尾渦控制方面具有比較大的局限性。魚類作為自然界進化的產物，在水中具有極為出色的游動能力，對其游動機理的研究有助于為新一代艦船和潛器提供新的推進方式。在自然界，魚類的推進方式主要分為兩類，即身體/尾鰭推進方式，及胸鰭推進方式。目前的研究主要集中在前者，且已有較為成熟的推進機理研究成果和仿生機器魚產品。在低速運動的條件下，與尾鰭推進方式相比較，胸鰭推進方式在游動的靈活度、姿態穩定性、沉浮控制、定位等方面具有明顯的優勢，因此得到越來越多的研究者的關注。其中，胸鰭推進機構的創新設計是其中的關鍵技術之一，目前的推進機構多以鲼類為仿生對象，推進機構和魚體實行整體密封。本發明涉及一種機器魚的新型胸鰭推動機構，通過左右胸鰭各自獨立的兩自由度運動，實現機器魚直游、轉彎等多種推進模式。同時，通過機構創新，解決了胸鰭推進機構和魚體機構之間的密封問題。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有的缺陷，基于魚類胸鰭動力學分析以及機器魚在其特殊動作環境中密封性的要求，提供一種新型機器魚胸鰭推進機構，其具有運動形式多樣、傳統機械機構的靈活度和密封性的優點。為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案
一種新型機器魚胸鰭推進機構，包括沿魚體外殼中軸線左、右對稱的兩個胸鰭機構，兩個所述胸鰭機構結構相同，所述胸鰭機構，包括電機支架、動力源電機、齒輪對、轉動中軸、中軸支架、轉動支架、第一電機、鉸接件、滑筒、類球副、胸鰭，所述電機支架和中軸支架固定在魚體外殼上，所述動力源電機固定于電機支架內，所述動力源電機的輸出軸端連接齒輪對，所述齒輪對裝配在轉動中軸上，所述轉動中軸的一端為動力源電機的輸出端，所述轉動中軸由電機支架支撐，轉動中軸的中部通過軸承由中軸支架支撐，其另一端通過法蘭與轉動支架連接，所述第一電機緊固在轉動支架上，所述第一電機的輸出端與通過鉸接件鉸接于滑筒一端，所述滑筒另一端滑動連接類球副，所述類球副與胸鰭固定連接。進一步的,所述齒輪對包括第一齒輪和第二齒輪,所述第一齒輪嚙合第二齒輪。進一步的，所述鉸接件連接第一電機的一端設有大連接部，所述鉸接件連接滑筒的另一端設有開口相反的小連接部。進一步的，所述滑筒外壁一側開有沿長度方向的缺口。進一步的，所述類球副包括活動桿、第一類球副套件、第二類球副套件和第三類球副套件，所述活動桿為斷開的兩截，活動桿中間固定連接有第一類球副套件，所述第一類球副套件中部設置在第二類球副套件內，所述第二類球副套件密封安裝于第三類球副套件內，所述活動桿另一端與胸鰭固定連接，所述第二類球副和活動桿件之間通過軟橡膠皮套連接。與現有技術相比較，本發明具有如下的有益效果
解決了在胸鰭推進機構設計中靈活度和密封性的問題，在良好的密封效果下，實現胸鰭的二自由度靈活運動；
胸鰭機構簡潔、容易實現，各部件材質選用靈活度大，采用鉸鏈與類球副的配合可實現穩定的運動傳輸；
運動形式多樣，通過各控制參數以及安裝角度的調節可實現大量有效的推進力，在胸鰭的動作方面能更好的擬合魚類胸鰭的運動狀況，有利于機器魚的發展研究；
左、右胸鰭采用對稱結構，并且左、右胸鰭機構軸心線間的夾角，在具體設計時可根據實際情況需要變化，采用固定結構的電機支架能夠應用在多種仿生機器魚中；
動力源電機和第一電機提供動力，第一電機米用電刷提供電信號控制，可以同時實現胸鰭的擺動和整周轉動，實現仿生機器魚直游、轉向、變速巡游的靈活性，提升了機器魚游動推進能力。
圖1是本發明新型機器魚胸鰭推進機構的整體示意 圖2是本發明單側胸鰭推進機構的示意 圖3是本發明單側胸鰭推進機構的類球副的示意 圖4是本發明單側胸鰭推進機構的類球副的整體 圖5是本發明單側胸鰭推進機構的類球副的整體俯視 圖6是圖5的A-A剖視 圖7是圖6的B-B剖視 圖8是本發明單側胸鰭推進機構的滑筒的示意 圖9是本發明單側胸鰭推進機構的滑筒的使用圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。如圖1-9所示，新型機器魚胸鰭推進機構，包括沿魚體外殼中軸線完全對稱的左、右兩個胸鰭機構，左、右兩個胸鰭機構結構相同，符合機器魚設計要求，且左、右胸鰭機構可獨立動作。該胸鰭機構，包括電機支架1、動力源電機2、齒輪對3、轉動中軸4、中軸支架5、轉動支架6、第一電機7、鉸接件8、滑筒10、類球副11、胸鰭12，電機支架I和中軸支架5固定在魚體外殼上，電機支架I共有左右兩個，以魚體軸線為中心對稱布置，在具體實現時，可以通過將左右兩個電機支架按不同夾角在魚體外殼上進行對稱布置和固定而實現左右胸鰭之間夾角的改變。動力源電機2固定于電機支架I內，動力源電機2的輸出軸端連接齒輪對3，齒輪對3包括第一齒輪和第二齒輪，第一齒輪嚙合連接第二齒輪，第二齒輪裝配在轉動中軸4上，轉動中軸4的一端為動力源電機2的輸出端，轉動中軸4由電機支架I支撐，轉動中軸4的中部通過軸承由中軸支架5支撐，其另一端通過法蘭與轉動支架6連接而構成擺動，第一電機7緊固在轉動支架6上，第一電機7的輸出端通過鉸接件8鉸接于滑筒10 —端，鉸接件8連接第一電機的一端設有大連接部9，鉸接件8連接滑筒的另一端設有開口相反的小連接部17。滑筒10外壁一側開有沿長度方向的缺口，滑筒10另一端滑動連接有類球副11。如圖3-7所示，該類球副11包括活動桿13、第一類球副套件14、第二類球副套件15和第三類球副套件16，所述活動桿13為斷開的兩截，活動桿13中間固定連接有第一類球副套件14，第一類球副套件14中部設置在第二類球副套件15內，第一類球副套件14在第二類球副套件15內部圓弧面的轉動實現胸鰭的擺動；第二類球副套件15通過密封圈密封安裝于第三類球副套件16內，第二類球副套件15在第三類球副套件16上繞軸向的轉動實現胸鰭的轉動；它通過第一類球副套件14和第二類球副套件15的配合，實現胸鰭兩個自由度的運動。在密封方式上，第二類球副套件15和活動桿件13之間通過軟橡膠皮套連接，實現機構擺動層面的密封；所述活動桿13另一端與胸鰭12固定連接。該類球副11 二自由度胸鰭運動方式有利于轉動和擺動兩運動相互獨立的實現機構密封，降低了密封的難度，保證了密封的可靠性。新型機器魚胸鰭推進機構主要動作方式有以下三類1、動力源電機2零輸出，第一電機7有擺動輸出。該種動作狀態是當給定胸鰭攻角時，單純利用胸鰭拍動產生推進力，胸鰭攻角可隨動力源電機2的輸出進行變換。2、第一電機7零輸出，動力源電機2有轉動輸出。該種動作狀態借助機構本身的動作特點，僅僅利用軸向的轉動，產生推進力，動作原理類似船槳的滑動。3、動力源電機2和第一電機7均有輸出。該種動作狀態是較為復雜的兩種動作的復合，給定電機合適的控制量，便能實現兩自由度運動間的協調，產生胸鰭形式多樣的運動來產生推進力，實現推進。整個機構動作時，動力源電機2和第一電機7單獨或者以一定方式聯合轉動，實現外部胸鰭運動形式的多樣性。動力源電機2整周或一定角度的轉動通過齒輪對3傳送，帶動轉動中軸4以及緊固在上面的擺動機構，使第二類球副套件15沿第三類球副套件16內壁凹槽轉動，產生外部胸鰭的軸向轉動，該運動改變胸鰭在擺動過程中的攻角，產生有效推進力。第一電機7在一定角度范圍內的往復擺動，通過鉸接件8的傳遞，使滑筒10在活動桿13上沿軸向往復滑動，而活動桿13以類球副11為支點，連接滑筒10的端部沿某一確定方向垂直軸向擺動，進而使緊固在活動桿13另一端部的外部胸鰭12以相應規律擺動，擬合魚類胸鰭的拍動而產生推進力。除此之外，更大的靈活性在于通過電機控制量的改變實現兩種運動各自的幅值、頻率、偏角的改變，加上胸鰭安裝與擺動方向的夾角的變化，便能使機構靈活動作，因而該機構在擬合魚類胸鰭運動時游刃有余，這對于研究基于胸鰭推動的仿生機器魚有著重要意義。以上所述僅為說明本發明的實施方式，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種新型機器魚胸鰭推進機構，包括沿魚體外殼中軸線左、右對稱的兩個胸鰭機構， 其特征在于兩個所述胸鰭機構結構相同，所述胸鰭機構，包括電機支架、動力源電機、齒輪對、轉動中軸、中軸支架、轉動支架、第一電機、鉸接件、滑筒、類球副、胸鰭，所述電機支架和中軸支架固定在魚體外殼上，所述動力源電機固定于電機支架內，所述動力源電機的輸出軸端連接齒輪對，所述齒輪對裝配在轉動中軸上，所述轉動中軸的一端為動力源電機的輸出端，所述轉動中軸由電機支架支撐，轉動中軸的中部通過軸承由中軸支架支撐,其另一端通過法蘭與轉動支架連接，所述第一電機緊固在轉動支架上，所述第一電機的輸出端與通過鉸接件鉸接于滑筒一端，所述滑筒另一端滑動連接類球副，所述類球副與胸鰭固定連接。
2.如權利I所述的新型機器魚胸鰭推進機構，其特征在于所述齒輪對包括第一齒輪和第二齒輪，所述第一齒輪嚙合第二齒輪。
3.如權利I所述的新型機器魚胸鰭推進機構，其特征在于所述鉸接件連接第一電機的一端設有大連接部，所述鉸接件連接滑筒的另一端設有開口相反的小連接部。
4.如權利I所述的新型機器魚胸鰭推進機構，其特征在于所述滑筒外壁一側開有沿長度方向的缺口。
5.如權利I所述的新型機器魚胸鰭推進機構，其特征在于所述類球副包括活動桿、第一類球副套件、第二類球副套件和第三類球副套件，所述活動桿為斷開的兩截，活動桿中間固定連接有第一類球副套件，所述第一類球副套件中部設置在第二類球副套件內，所述第二類球副套件密封安裝于第三類球副套件內，所述活動桿另一端與胸鰭固定連接，所述第二類球副和活動桿件之間通過軟橡膠皮套連接。
全文摘要
本發明公開了新型機器魚胸鰭推進機構，包括沿魚體外殼中軸線左、右對稱的兩個胸鰭機構，兩個胸鰭機構結構相同，胸鰭機構，包括電機支架、動力源電機、齒輪對、轉動中軸、中軸支架、轉動支架、第一電機、鉸接件、滑筒、類球副、胸鰭，所述電機支架和中軸支架固定在魚體外殼上，動力源電機固定于電機支架內，動力源電機的輸出軸端連接齒輪對，齒輪對裝配在轉動中軸上，轉動中軸由電機支架和中軸機架支撐，轉動中軸一端與轉動支架連接，第一電機緊固在轉動支架上，所述第一電機的輸出端與通過鉸接件鉸接于滑筒一端，所述滑筒另一端滑動連接類球副，所述類球副與胸鰭固定連接。本發明具有運動形式多、傳統機械機構的靈活度和密封性的特點。
文檔編號B63H1/36GK103010438SQ20121057456
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者李宗剛, 石慧榮, 高溥, 丁琛, 陳引娟, 趙冬艷, 張軍平 申請人:蘭州交通大學