專利名稱：仿生機(jī)器魚的柔性推進(jìn)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿生機(jī)器魚的柔性推進(jìn)機(jī)構(gòu)，可用于魚尾擺動(dòng)的水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)研究，并可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于小型水下設(shè)備或微小型無(wú)人水下探測(cè)器，進(jìn)行復(fù)雜海洋環(huán)境下的海底觀測(cè)、水下作業(yè)、水下救生。屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的水下探測(cè)裝置都是依靠螺旋槳推進(jìn)的方式。隨著海洋資源開發(fā)、海洋探索和海洋環(huán)境保護(hù)的進(jìn)一步要求，傳統(tǒng)的螺旋槳和渦輪推進(jìn)器所提供的動(dòng)力已無(wú)法滿足水下機(jī)器人在水下高效作業(yè)的要求。近年來(lái)仿生學(xué)、機(jī)器人學(xué)、流體力學(xué)、新型材料和驅(qū)動(dòng)裝置的進(jìn)步促進(jìn)了仿生機(jī)器魚技術(shù)的發(fā)展。
目前，機(jī)器魚的研究主要在于模仿魚類的運(yùn)動(dòng)模式，根據(jù)不同魚類的運(yùn)動(dòng)模式，機(jī)器魚主要可以分為以下兩種。一種是根據(jù)“擺動(dòng)推進(jìn)機(jī)理”設(shè)計(jì)的機(jī)器魚，這種機(jī)器魚主要模仿金槍魚、旗魚、鯊魚等于魚類的運(yùn)動(dòng)，把身體當(dāng)作推進(jìn)器，身體左右擺動(dòng)激水，利用其產(chǎn)生的反作用力使魚體向前推進(jìn)。另一種是根據(jù)“波動(dòng)推進(jìn)機(jī)理”設(shè)計(jì)的，這類機(jī)器魚主要模仿鰻鱺、泥鰍、鱔魚等的運(yùn)動(dòng)，他們的尾鰭退化，其前進(jìn)完全依賴于身體的擺動(dòng)，魚的脊椎曲線帶動(dòng)他所包絡(luò)的液體向后噴出，產(chǎn)生推力。
北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所研制了一條仿鰻鱺目身體波動(dòng)式機(jī)器魚(Robotfish)，該機(jī)器魚長(zhǎng)0.8米，靠身體的波動(dòng)以及尾鰭的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)了不用螺旋槳行進(jìn)。
魚體是一個(gè)平面6關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(6節(jié)魚身)，包括魚頭和魚尾部分。魚頭是利用玻璃鋼制作的、仿鯊魚外形的殼體。整個(gè)魚的動(dòng)力電池、控制接收部分都放在魚頭里。魚尾的6個(gè)伺服電機(jī)扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)作為推進(jìn)器。
對(duì)現(xiàn)有機(jī)器魚及魚形機(jī)器人的檢索發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)?zhí)枮?2241163的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種“可遠(yuǎn)程遙控的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的仿生機(jī)器魚”，該機(jī)器魚有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，第一個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)有一個(gè)上開口U形槽，驅(qū)動(dòng)電機(jī)放在U槽內(nèi)，第二個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)有一個(gè)左開口的U行槽，橢圓形的魚體支架上有一個(gè)有一長(zhǎng)方形孔，通過所述長(zhǎng)方形孔將魚體骨架套入在左向開口的U型槽和上開口U型槽之間。中國(guó)發(fā)明專利“新型遙控多關(guān)節(jié)仿生機(jī)器魚”(申請(qǐng)?zhí)?1219339)是由魚形外殼、若干節(jié)骨架、電池和接收控制電路板構(gòu)成，魚形外殼由魚頭、與若干節(jié)骨架相對(duì)應(yīng)的若干節(jié)魚身和魚尾構(gòu)成，若干節(jié)魚和魚尾通過軟質(zhì)連接體相互密封連為一起，每節(jié)骨架是由舵機(jī)、固定架和擺動(dòng)連接架構(gòu)成，帶動(dòng)擺動(dòng)連接架的舵機(jī)固定于固定架內(nèi)，固定架與相應(yīng)的魚形外殼的魚身內(nèi)壁固接，擺動(dòng)連接架與舵機(jī)的擺動(dòng)輸出體連接，帶動(dòng)后一節(jié)骨架擺動(dòng)的前一節(jié)擺動(dòng)連接架的末端與后一節(jié)骨架的舵機(jī)前端連接，最后一節(jié)骨的擺動(dòng)架與魚形外殼的魚尾連接，所述骨架、電池和接收控制電路板密封設(shè)置在魚形外殼內(nèi)。
上述發(fā)明的機(jī)器魚，在技術(shù)上主要存在如下一些問題都是采用多關(guān)節(jié)剛體協(xié)調(diào)控制來(lái)逼近魚的游動(dòng)姿態(tài)，雖然能夠在一定程度上模仿魚類的游動(dòng)姿態(tài)，但其剛性的尾部始終無(wú)法做到魚類那樣的柔性；為了實(shí)現(xiàn)柔性的游動(dòng)姿態(tài)，就必須增加關(guān)節(jié)數(shù)，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)和控制都十分復(fù)雜；并且頭部擺動(dòng)的問題仍無(wú)法很好地解決。另外，由于關(guān)節(jié)之間要放置電機(jī)，尾部無(wú)法做到很薄。
因此，為了更好更逼真的模仿魚的柔性游動(dòng)姿態(tài)，并且克服魚頭擺動(dòng)的問題，需要發(fā)明一種柔性尾部，模仿魚肌肉抽動(dòng)驅(qū)動(dòng)魚尾協(xié)調(diào)擺動(dòng)的機(jī)器魚。對(duì)現(xiàn)有專利技術(shù)的檢索尚未發(fā)現(xiàn)能克服上述問題的機(jī)器魚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)提供一種仿生機(jī)器魚的柔性推進(jìn)機(jī)構(gòu)，更逼真的模仿魚類的游動(dòng)姿態(tài)，利用尾部產(chǎn)生的渦流提高推進(jìn)效率，較好的克服魚頭擺動(dòng)的問題，適應(yīng)各種水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)研究及實(shí)際應(yīng)用需求。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用不銹鋼彈性鋼片做成的魚尾連接在魚體支架上，尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲及尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲分別穿過限位導(dǎo)孔固定在魚尾上，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別帶動(dòng)尾鰭驅(qū)動(dòng)輪和尾部驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過控制魚尾對(duì)稱線兩個(gè)面的鋼絲協(xié)調(diào)拉緊放松，實(shí)現(xiàn)尾鰭的轉(zhuǎn)動(dòng)和整個(gè)尾部平動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即鲹科加新月形尾鰭的推進(jìn)模式，采用可調(diào)限位輪調(diào)節(jié)鋼絲的松緊，采用固定限位輪使鋼絲貼住魚尾。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)為本發(fā)明的機(jī)器魚柔性推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括能夠模仿魚類肌肉抽動(dòng)驅(qū)動(dòng)魚尾協(xié)調(diào)擺動(dòng)的柔性尾部、魚體內(nèi)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)部分和電控部分，主要由不銹鋼彈性鋼片做成的魚尾、尾鰭驅(qū)動(dòng)部件、尾部驅(qū)動(dòng)部件、可調(diào)限位部件及固定限位部件組成。魚尾通過螺紋緊固件和魚體支架固定，魚尾的對(duì)稱線上設(shè)置尾鰭部分限位導(dǎo)孔及尾鰭鋼絲和魚尾的連接裝置，尾部主體限位導(dǎo)孔及尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置設(shè)置在魚尾對(duì)稱線的兩側(cè)。尾鰭驅(qū)動(dòng)部件包括尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸及尾鰭驅(qū)動(dòng)輪，尾鰭驅(qū)動(dòng)輪通過平鍵和尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸相固定，尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸通過軸承和魚體支架相連，并通過螺母限位，尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲通過螺釘固定在尾鰭驅(qū)動(dòng)輪上的連接孔內(nèi)，并繞經(jīng)可調(diào)限位輪、固定限位輪后穿過尾鰭部分限位導(dǎo)孔，固定在尾鰭鋼絲和魚尾的連接裝置上。尾部驅(qū)動(dòng)部件包括尾部驅(qū)動(dòng)輪軸及尾部驅(qū)動(dòng)輪，尾部驅(qū)動(dòng)輪軸分為上下兩部分，中間通過聯(lián)軸器連接，尾部驅(qū)動(dòng)輪軸通過軸承和魚體支架相連，上下兩根尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲分別固定在上下兩個(gè)尾部驅(qū)動(dòng)輪上的連接孔內(nèi)，并分別繞經(jīng)上下兩個(gè)可調(diào)限位輪、固定限位輪后穿過尾部主體限位導(dǎo)孔，與尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置相連?？烧{(diào)限位部件中的可調(diào)限位輪軸由緊固螺母固定在魚體支架上，與可調(diào)限位輪軸平鍵連接的三個(gè)可調(diào)限位輪在魚體支架沿魚尾方向的一字槽內(nèi)位置可調(diào)。固定限位部件中，三個(gè)固定限位輪由擋圈連接在固定限位輪軸上，固定限位輪軸通過固定限位輪支架與魚體支架連接。
本發(fā)明的柔性魚尾主要有兩個(gè)彎曲的位置，一個(gè)是尾鰭和魚尾主體的相對(duì)彎曲，另一個(gè)是魚尾主體和魚體的相對(duì)彎曲。在不銹鋼彈性魚尾的對(duì)稱線的位置上打上若干小孔，設(shè)置尾鰭部分限位導(dǎo)孔，在對(duì)稱線上尾鰭的位置打一個(gè)小孔，設(shè)置尾鰭鋼絲和魚尾的連接裝置。魚尾對(duì)稱線上尾鰭部分限位導(dǎo)孔及連接裝置的位置可以確定尾鰭和魚尾主體的相對(duì)彎曲位置以及彎曲程度。尾部主體限位導(dǎo)孔及尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置設(shè)置在魚尾對(duì)稱線的兩側(cè)，其中，尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置的位置靠近尾鰭，由此確定了魚尾主體和魚體相對(duì)彎曲的位置。
尾鰭部分限位導(dǎo)孔包括帶通孔的螺栓和緊固螺母，螺栓穿過魚尾并通過緊固螺母固定在魚尾上，螺栓的兩頭開有通孔，兩根尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲分別從魚尾上下兩個(gè)面穿過這兩個(gè)通孔，固定在尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲和魚尾的連接裝置上。
尾部主體限位導(dǎo)孔結(jié)構(gòu)與尾鰭部分限位導(dǎo)孔的結(jié)構(gòu)相同，兩組四根尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲分別從魚尾對(duì)稱線兩側(cè)的上下兩個(gè)面穿過限位導(dǎo)孔中的通孔，固定在尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置上。
尾鰭鋼絲和魚尾的連接裝置、尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置的結(jié)構(gòu)與限位導(dǎo)孔的結(jié)構(gòu)相同，只是在鋼絲穿過連接裝置上的通孔后，外部再用一螺母將鋼絲固定。
機(jī)器魚整個(gè)尾部的柔性驅(qū)動(dòng)的實(shí)施過程如下為了更好的說(shuō)明具體實(shí)施過程，我們分別為驅(qū)動(dòng)鋼絲編號(hào)魚尾對(duì)稱線上下兩個(gè)面的尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲分別為A和B，魚尾對(duì)稱線兩側(cè)上面的兩根尾部驅(qū)動(dòng)鋼絲為C，魚尾對(duì)稱線兩側(cè)下面的兩根尾部驅(qū)動(dòng)鋼絲為D。首先，鋼絲A拉緊，尾鰭往左擺；到位后鋼絲D拉緊，整個(gè)尾部帶動(dòng)尾鰭往右擺；到位后鋼絲A放松，同時(shí)鋼絲B拉緊，尾鰭往右擺；到位后鋼絲D放松，鋼絲C拉緊，整個(gè)尾部帶動(dòng)尾鰭往左擺；到位后，鋼絲B放松，鋼絲A拉緊，尾鰭往左擺。如此，完成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)。
整個(gè)機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)通過電機(jī)連接驅(qū)動(dòng)輪正反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)魚尾兩個(gè)面上的鋼絲交替拉緊放松，實(shí)現(xiàn)魚尾的擺動(dòng)。兩個(gè)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)尾鰭擺動(dòng)和平動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，模仿鲹科加新月形尾鰭的推進(jìn)模式。
本發(fā)明的機(jī)器魚采用鲹科加新月形尾鰭模式游動(dòng)的魚類，游動(dòng)過程中尾鰭作擺動(dòng)和平動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，其擺動(dòng)的軌跡近似正弦曲線。在游動(dòng)過程中，身體前2/3部分幾乎保持剛性，特別明顯的側(cè)向位移僅僅發(fā)生在尾鰭以及尾鰭于身體的連接部分，該部分截面積比較小，可以極大的減小形體的阻力，尾鰭產(chǎn)生超過90％的推進(jìn)力。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，柔性的機(jī)器魚尾巴能更好的擬合魚類的推進(jìn)模式，不僅能最大程度的模仿魚類的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，而且能更好的運(yùn)用柔性變形的力學(xué)效應(yīng)，更好的利用尾部的渦流，提高推進(jìn)效率。本發(fā)明不僅可以用于魚尾擺動(dòng)的水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)研究，而且可以推廣用作小型水下設(shè)備或微小型無(wú)人水下探測(cè)器，進(jìn)行復(fù)雜海洋環(huán)境下的海底觀測(cè)、水下作業(yè)、水下救生，而且由于其隱蔽性好，還可應(yīng)用于多種軍事用途，有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


圖1為本發(fā)明機(jī)器魚推進(jìn)機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，魚尾1、魚體支架2、尾鰭驅(qū)動(dòng)部件3、尾部驅(qū)動(dòng)部件4、可調(diào)限位部件5、固定限位部件6。
圖2為本發(fā)明魚尾部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2中，尾鰭7、尾部主體8、尾鰭鋼絲和魚尾的連接裝置9、尾鰭部分限位導(dǎo)孔10，尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲11，尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置12，尾部主體限位導(dǎo)孔13，尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲14。
圖3為限位導(dǎo)孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3中，打通孔的的螺栓15、固定螺栓在魚尾上的螺母16。
圖4為尾鰭驅(qū)動(dòng)部件3的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4中，尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸17，軸承18，緊固螺母19，尾鰭驅(qū)動(dòng)輪20，連接軸和驅(qū)動(dòng)輪的平鍵21，固定鋼絲和驅(qū)動(dòng)輪連接的孔22。
圖5為尾部驅(qū)動(dòng)部件4的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5中，尾部驅(qū)動(dòng)輪軸23，尾部驅(qū)動(dòng)輪24，聯(lián)軸器25。
圖6為可調(diào)限位部件5的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6中，可調(diào)限位輪軸26，可調(diào)限位輪27，緊固螺母28。
圖7為固定限位部件6的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7中，固定限位輪29，固定限位輪軸30，固定限位輪支架31。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明的推進(jìn)機(jī)構(gòu)主要包括能夠模仿魚類肌肉抽動(dòng)驅(qū)動(dòng)魚尾協(xié)調(diào)擺動(dòng)的柔性尾部，以及魚體內(nèi)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)部分和電控部分，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。不銹鋼彈性鋼片做成的魚尾1通過螺紋緊固件和魚體支架2固定，尾鰭驅(qū)動(dòng)部件3、尾部驅(qū)動(dòng)部件4通過軸承和魚體支架2連接，可調(diào)限位部件5通過緊固螺母和魚體支架2相連，固定限位部件6通過其本身的固定限位輪支架與魚體支架2連接。
魚尾結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式如圖2所示，采用0.6mm的不銹鋼鋼絲，在不銹鋼彈性魚尾的對(duì)稱線位置上設(shè)置若干個(gè)尾鰭部分限位導(dǎo)孔10，在對(duì)稱線上尾鰭的位置設(shè)置尾鰭鋼絲和魚尾的連接裝置9。尾部主體限位導(dǎo)孔13及尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置12設(shè)置在魚尾對(duì)稱線的兩側(cè)。
尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲11穿過若干個(gè)尾鰭部分限位導(dǎo)孔10后，固定在尾鰭鋼絲和魚尾的連接裝置9上，通過拉緊或放松魚尾對(duì)稱線上的尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲11，在魚尾在連接裝置9和限位導(dǎo)孔10之間會(huì)產(chǎn)生比較大的彎曲，尾鰭7會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，魚體主體會(huì)產(chǎn)生比較微弱的彎曲，如此和尾鰭形成連續(xù)性很好的彎曲，能逼真的模仿魚尾的擺動(dòng)；通過調(diào)節(jié)限位導(dǎo)孔10的疏密及其位置可以調(diào)節(jié)魚尾主體的彎曲程度。通過實(shí)驗(yàn)確定鋼絲需拉緊的長(zhǎng)度，根據(jù)水動(dòng)力試驗(yàn)以及理論分析，可知，當(dāng)尾鰭擺動(dòng)角度為25°左右時(shí)，其推進(jìn)效率最高，所以，通過試驗(yàn)測(cè)量，可確定拉緊的最佳長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)高效推進(jìn)。分別控制調(diào)整魚尾對(duì)稱線兩個(gè)面上的鋼絲放松或拉緊，可使尾鰭產(chǎn)生正反兩個(gè)方向的擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)尾鰭和魚尾主體的相對(duì)彎曲。同理，魚尾主體的擺動(dòng)和尾鰭的擺動(dòng)相似，尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲14穿過尾部主體限位導(dǎo)孔13，與尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置12相連。分別控制調(diào)整魚尾對(duì)稱線兩側(cè)兩個(gè)面上的鋼絲放松或拉緊，可使魚尾產(chǎn)生正反兩個(gè)方向的擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)魚尾主體和魚體的相對(duì)彎曲。
本發(fā)明實(shí)施例中魚尾的長(zhǎng)度為200mm，不銹鋼鋼片的厚度為0.2mm。
其中尾鰭采用新月形尾鰭，后略角30°，展弦比6.3。新月形尾鰭尖銳的后緣有利于尾流渦環(huán)的脫落，并且新月形尾鰭的弧形前緣可產(chǎn)生很大一部分的前緣吸力，均有助于提高推進(jìn)速度。
通過協(xié)調(diào)拉緊尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲11和尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲14，可以使魚尾實(shí)現(xiàn)鲹科加新月形尾鰭的推進(jìn)模式。
其中，尾鰭部分限位導(dǎo)孔10及尾部主體限位導(dǎo)孔13具有相同的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，限位導(dǎo)孔包括帶通孔的螺栓15和緊固螺母16，螺栓15穿過魚尾，其兩頭開有通孔，鋼絲穿過這兩個(gè)孔，通過緊固螺母16將螺栓15固定在魚尾上。螺栓15上通孔的位置遠(yuǎn)離或靠近魚尾，直接影響鋼絲拉緊時(shí)的力矩，對(duì)推進(jìn)效率有一定的影響。
尾鰭部分鋼絲和魚尾的連接裝置9、尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置12的結(jié)構(gòu)和上述限位導(dǎo)孔的結(jié)構(gòu)相同，鋼絲穿過導(dǎo)孔后，外部再用一螺母固定即可。
尾鰭驅(qū)動(dòng)部件3的結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸17及尾鰭驅(qū)動(dòng)輪20。尾鰭驅(qū)動(dòng)輪20通過平鍵21和尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸17相固定，尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸17通過軸承18和支架相連，并通過螺母19限位，尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲11通過螺釘固定在尾鰭驅(qū)動(dòng)輪20上的連接孔22內(nèi)。電機(jī)帶動(dòng)尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸17轉(zhuǎn)動(dòng)，尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸17通過平鍵21帶動(dòng)尾鰭驅(qū)動(dòng)輪20轉(zhuǎn)動(dòng)，使與驅(qū)動(dòng)輪20相連的驅(qū)動(dòng)尾鰭的兩側(cè)的鋼絲11，交替拉緊放松，實(shí)現(xiàn)尾鰭的擺動(dòng)。尾鰭驅(qū)動(dòng)輪20的直徑為20mm，結(jié)合上述確定的鋼絲需拉緊的長(zhǎng)度，可以確定電機(jī)需轉(zhuǎn)過的角度。
尾部驅(qū)動(dòng)部件4的結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括尾部驅(qū)動(dòng)輪軸23及尾部驅(qū)動(dòng)輪24。尾部驅(qū)動(dòng)輪24、尾部驅(qū)動(dòng)輪軸23與魚體及支架2之間的連接和尾鰭驅(qū)動(dòng)輪的相同。由于裝配的要求，尾部驅(qū)動(dòng)輪軸23分為上下兩部分，中間通過聯(lián)軸器25連接。尾部驅(qū)動(dòng)輪軸23通過軸承和魚體支架2相連，上下兩根尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲14分別固定在上下兩個(gè)尾部驅(qū)動(dòng)輪24上的連接孔內(nèi)。
尾部驅(qū)動(dòng)輪24與尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲14的連接也和上述的尾鰭驅(qū)動(dòng)輪20相同。尾部驅(qū)動(dòng)輪24的尺寸和尾鰭驅(qū)動(dòng)輪20相同。尾部驅(qū)動(dòng)輪24通過拉緊放松尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲14而使尾部擺動(dòng)。
可調(diào)限位部件5的結(jié)構(gòu)如圖6所示，可調(diào)限位輪軸26由緊固螺母28固定在魚體支架2上，支架上沿魚尾方向銑一字槽，與可調(diào)限位輪軸26平鍵連接的三個(gè)可調(diào)限位輪27在魚體支架2的一字槽內(nèi)位置可調(diào)，調(diào)節(jié)可調(diào)限位輪27的位置可以調(diào)整鋼絲的松緊。
固定限位部件6的結(jié)構(gòu)如圖7所示，三個(gè)固定限位輪29由擋圈連接在固定限位輪軸30上。固定限位輪支架31支撐固定限位輪軸30，固定限位輪支架31通過螺紋緊固件連接到魚體支架2。
本發(fā)明的機(jī)器魚由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩為16.2*10-3N.m，減速箱的減速比為218.4∶1。
本發(fā)明的整個(gè)仿生機(jī)器魚的柔性推進(jìn)機(jī)構(gòu)，與機(jī)器魚的魚體支架相連，放置在一個(gè)仿魚皮的柔性材料制成的魚皮外套內(nèi)，外形呈現(xiàn)一條完整的仿生機(jī)器魚，只有在魚皮外套下側(cè)有一個(gè)開口，當(dāng)把機(jī)器魚裝入魚皮中后，再把開口密封。
本發(fā)明采用彈性鋼片作為機(jī)器魚的尾部，采用鋼絲拉動(dòng)使尾部擺動(dòng)，并通過兩個(gè)電機(jī)協(xié)調(diào)控制使尾部的實(shí)現(xiàn)鲹科加新月形尾鰭的推進(jìn)模式，能逼真的模仿了魚類的運(yùn)動(dòng)，更提高了機(jī)器魚的推進(jìn)效率。
權(quán)利要求
1.一種仿生機(jī)器魚的柔性推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括不銹鋼彈性鋼片做成的魚尾(1)、尾鰭驅(qū)動(dòng)部件(3)、尾部驅(qū)動(dòng)部件(4)、可調(diào)限位部件(5)及固定限位部件(6)，魚尾(1)通過螺紋緊固件和魚體支架(2)固定，魚尾(1)的對(duì)稱線上設(shè)置尾鰭部分限位導(dǎo)孔(10)和尾鰭鋼絲和魚尾的連接裝置(9)，尾部主體限位導(dǎo)孔(13)及尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置(12)設(shè)置在魚尾對(duì)稱線的兩側(cè)，尾鰭驅(qū)動(dòng)部件(3)包括尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸(17)及尾鰭驅(qū)動(dòng)輪(20)，尾鰭驅(qū)動(dòng)輪(20)通過平鍵(21)和尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸(17)相固定，尾鰭驅(qū)動(dòng)輪軸(17)通過軸承(18)和魚體支架(2)相連，并通過螺母(19)限位，尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲(11)通過螺釘固定在尾鰭驅(qū)動(dòng)輪(20)上的連接孔(22)內(nèi)，并繞經(jīng)可調(diào)限位輪(27)、固定限位輪(29)后穿過尾鰭部分限位導(dǎo)孔(10)，固定在尾鰭鋼絲和魚尾的連接裝置(9)上；尾部驅(qū)動(dòng)部件(4)包括尾部驅(qū)動(dòng)輪軸(23)及尾部驅(qū)動(dòng)輪(24)，尾部驅(qū)動(dòng)輪軸(23)分為上下兩部分，中間通過聯(lián)軸器(25)連接，尾部驅(qū)動(dòng)輪軸(23)通過軸承和魚體支架(2)相連，上下兩根尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲(14)分別固定在上下兩個(gè)尾部驅(qū)動(dòng)輪(24)上的連接孔內(nèi)，并分別繞經(jīng)兩個(gè)可調(diào)限位輪(27)、固定限位輪(29)后穿過尾部主體限位導(dǎo)孔(13)，與尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置(12)相連；可調(diào)限位部件(5)中的可調(diào)限位輪軸(26)由緊固螺母(28)固定在魚體支架(2)上，與可調(diào)限位輪軸(26)平鍵連接的三個(gè)可調(diào)限位輪(27)在魚體支架(2)沿魚尾方向的一字槽內(nèi)位置可調(diào)；固定限位部件(6)中，三個(gè)固定限位輪(29)由擋圈連接在固定限位輪軸(30)上，固定限位輪軸(30)通過固定限位輪支架(31)與魚體支架(2)連接。
2.如權(quán)利要求1的仿生機(jī)器魚的柔性推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述尾鰭部分限位導(dǎo)孔(10)和尾部主體限位導(dǎo)孔(13)結(jié)構(gòu)相同，包括帶通孔的螺栓(15)和緊固螺母(16)，螺栓(15)穿過魚尾并通過緊固螺母(16)固定在魚尾上，螺栓(15)的兩頭開有通孔，尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲(11)或尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲(14)從這兩個(gè)通孔穿過。
3.如權(quán)利要求1的仿生機(jī)器魚的柔性推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述尾鰭鋼絲和魚尾的連接裝置(9)、尾部主體鋼絲和魚尾的連接裝置(12)的結(jié)構(gòu)相同，包括帶通孔的螺栓(15)和緊固螺母(16)，螺栓(15)穿過魚尾并通過緊固螺母(16)固定在魚尾上，螺栓(15)的兩頭開有通孔，尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲(11)或尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲(14)從這兩個(gè)通孔穿過，外部再用一螺母將鋼絲固定。
4.如權(quán)利要求1的仿生機(jī)器魚的柔性推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述不銹鋼彈性鋼片做成的魚尾(1)的長(zhǎng)度為200mm，不銹鋼鋼片的厚度為0.2mm。
5.如權(quán)利要求1的仿生機(jī)器魚的柔性推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述尾鰭驅(qū)動(dòng)輪(20)及尾部驅(qū)動(dòng)輪(24)的直徑為20mm。
全文摘要
一種仿生機(jī)器魚的柔性推進(jìn)機(jī)構(gòu)，包括能夠模仿魚類肌肉抽動(dòng)驅(qū)動(dòng)魚尾協(xié)調(diào)擺動(dòng)的柔性尾部、魚體內(nèi)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)部分和電控部分。不銹鋼彈性鋼片做成的魚尾連接在魚體支架上，尾鰭驅(qū)動(dòng)鋼絲及尾部主體驅(qū)動(dòng)鋼絲分別穿過限位導(dǎo)孔固定在魚尾上，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別帶動(dòng)尾鰭驅(qū)動(dòng)輪和尾部驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過魚尾兩側(cè)鋼絲的協(xié)調(diào)拉緊放松，實(shí)現(xiàn)尾鰭的轉(zhuǎn)動(dòng)和整個(gè)尾部平動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即鲹科加新月形尾鰭的推進(jìn)模式，采用可調(diào)限位輪調(diào)節(jié)鋼絲的松緊，固定限位輪使鋼絲貼住魚尾的兩側(cè)。本發(fā)明能很好的模仿魚類的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，更好的利用渦流，提高推進(jìn)效率，可用于水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)研究，并可推廣用作小型水下設(shè)備或微小型無(wú)人水下探測(cè)器。
文檔編號(hào)B63H1/00GK1586990SQ200410053660
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月12日
發(fā)明者朱豪華, 凌晨, 趙言正, 付莊, 曹其新 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)