專利名稱：一種模塊化仿生機(jī)器魚的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模塊化仿生機(jī)器魚，特別是關(guān)于一種具有兩自由度胸鰭機(jī)構(gòu)的模塊化仿生機(jī)器魚。
背景技術(shù)：
隨著人類對(duì)海洋資源的不斷開發(fā)與利用，當(dāng)今的自主水下機(jī)器人(AutonomousUnderwater Vehicle，AUV)已經(jīng)成為了人類進(jìn)行海洋研究和探索的重要平臺(tái)。AUV大多具有類似魚雷的水動(dòng)力學(xué)外形，采用螺旋槳推進(jìn)器來產(chǎn)生推進(jìn)力，利用多個(gè)控制面進(jìn)行機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。采用這種設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的AUV存在著推進(jìn)效率低，機(jī)動(dòng)性能差，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)大等缺點(diǎn)，因此極大地限制了AUV在狹窄，復(fù)雜和動(dòng)態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用。與人造水下潛器相比，魚類和鯨豚類等海洋生物經(jīng)過億萬年的自然選擇和環(huán)境適應(yīng)，進(jìn)化出了集推進(jìn)和機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)于一體的推進(jìn)機(jī)制，獲得了非凡的水中運(yùn)動(dòng)能力，其游動(dòng)的高效率，高機(jī)動(dòng)性以及良好的隱蔽性都是AUV所無法企及的。隨著人類對(duì)魚類游動(dòng)機(jī)理認(rèn)識(shí)的不斷深入和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，近年來一種采用仿生推進(jìn)機(jī)制的水下潛器應(yīng)運(yùn)而生。
機(jī)器魚是一種利用魚類游動(dòng)機(jī)理實(shí)現(xiàn)推進(jìn)的水下潛器，大多采用柔軟的身體和擺動(dòng)的尾鰭來產(chǎn)生推進(jìn)力，如美國麻省理工學(xué)院的第一條機(jī)器魚“Robotuna”和后來的“RoboPike”，美國Draper實(shí)驗(yàn)室的采用渦控制實(shí)現(xiàn)推進(jìn)的自主水下機(jī)器人“VCUUV”，日本運(yùn)輸省船舶技術(shù)研究所的系列機(jī)器魚，日本名古屋大學(xué)采用形狀記憶合金推進(jìn)的微型波動(dòng)式水下機(jī)器人以及英國Essex大學(xué)開發(fā)的各種機(jī)器魚。為了實(shí)現(xiàn)防水密封，機(jī)器魚大多采用整體密封方式，即以防水蒙皮包裹柔性尾部，并用密封膠粘接在剛性頭部上的方式。整體密封方式可在一定程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚的防水密封，但是具有密封性能差，游動(dòng)效率低，上升下潛困難等缺點(diǎn)，嚴(yán)重地限制了機(jī)器魚推進(jìn)性能的提高。另外，以往的機(jī)器魚都采用單一的尾鰭實(shí)現(xiàn)推進(jìn)和轉(zhuǎn)彎，然而自然界中的魚類除了尾鰭，還具有胸鰭，背鰭，臀鰭，腹鰭等，它們?cè)隰~類的推進(jìn)，轉(zhuǎn)彎，維持平衡，上升下潛，減速制動(dòng)等方面起著重要的作用，研究各類魚鰭的結(jié)構(gòu)和功能，并采用人工的手段模擬復(fù)現(xiàn)魚鰭的運(yùn)動(dòng)將大幅提高機(jī)器魚的游動(dòng)性能。以上兩個(gè)方面是機(jī)器魚投入實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)難題，靈活可靠的防水密封方式以及運(yùn)動(dòng)自如的仿魚鰭機(jī)構(gòu)在仿生機(jī)器魚領(lǐng)域仍是空白，有待開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種單獨(dú)密封的模塊化的且具有兩自由度胸鰭機(jī)構(gòu)的模塊化仿生機(jī)器魚。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于它包括單獨(dú)密封且模塊化設(shè)置的魚頭模塊，左、右胸鰭模塊，至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊和尾鰭；所述魚頭模塊內(nèi)設(shè)置有控制裝置和帶動(dòng)所述左、右胸鰭模塊做沉浮運(yùn)動(dòng)的主電機(jī)，所述左、右胸鰭模塊的主軸通過動(dòng)密封機(jī)構(gòu)連接所述主電機(jī)；所述左、右胸鰭模塊內(nèi)分別設(shè)置有帶動(dòng)所述翼形胸鰭做俯仰運(yùn)動(dòng)的輔電機(jī)，所述翼形胸鰭的胸鰭軸通過動(dòng)密封機(jī)構(gòu)連接所述輔電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)模塊通過擺桿依次串連擺動(dòng)連接，第一個(gè)所述驅(qū)動(dòng)模塊通過頭尾連接機(jī)構(gòu)固定連接在所述魚頭模塊的后方，所述尾鰭通過尾鰭連接件連接在最后一個(gè)所述驅(qū)動(dòng)模塊的后方。
所述驅(qū)動(dòng)模塊的尾部均呈完整半圓弧面，所述驅(qū)動(dòng)模塊的頭部均呈與所述完整半圓弧面同心的不完整半圓弧面。
所述魚頭模塊的流線形殼體和驅(qū)動(dòng)模塊的框架主體、頂蓋均采用輕質(zhì)鋁合金材料，所述魚頭模塊和驅(qū)動(dòng)模塊的側(cè)蓋均采用密封粘接的透明有機(jī)玻璃材料。
所述動(dòng)密封機(jī)構(gòu)包括一被密封軸，兩個(gè)軸承的內(nèi)圈分別設(shè)置在所述被密封軸的軸肩上，一壓蓋穿過所述被密封軸壓住其中一所述軸承的外圈，一個(gè)端蓋穿過所述被密封軸壓住另一軸承的外圈，且所述端蓋通過螺釘固定在所述壓蓋上，在所述兩軸承之間填充有密封用的黃油層，在所述壓蓋的周向設(shè)置有用于安裝的凸緣，所述凸緣上間隔設(shè)置有安裝孔。
所述黃油層的軸向長度至少為8mm。
所述頭尾連接機(jī)構(gòu)將包括，包括一U形連接件，所述U形連接件的背部和兩伸出端上分別設(shè)置有與所述魚頭模塊和第一所述驅(qū)動(dòng)模塊固定安裝的連接孔，所述U形連接件的下部設(shè)置有與所述左、右兩胸鰭模塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接的兩支撐軸。
所述尾鰭連接件為上、下兩個(gè)弓形部件，所述尾鰭連接件頭部設(shè)置有用于與后續(xù)驅(qū)動(dòng)模塊尾部連接的安裝孔，所述尾鰭連接件尾部設(shè)置有連接所述尾鰭的安裝孔。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用模塊化思路設(shè)計(jì)機(jī)器魚，將機(jī)器魚本體劃分為多個(gè)獨(dú)立密封防水的模塊，單個(gè)模塊的泄漏不會(huì)影響其它的模塊，提高了機(jī)器魚的可靠性。2、對(duì)于機(jī)器魚的故障，可從單個(gè)獨(dú)立的模塊著手進(jìn)行維修，免除了對(duì)整體的拆卸、安裝和再密封，使機(jī)器魚的維護(hù)方便快捷。3、通過模塊之間的連接實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚的柔性身體，可免除防水蒙皮由于水壓變化造成的機(jī)器魚體積的可變性，保證機(jī)器魚的浮力為一定值，使上升下潛容易實(shí)現(xiàn)。4、通過改變驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)量，能夠?qū)崿F(xiàn)具有不同形態(tài)和游動(dòng)模式的機(jī)器魚，可方便地研究不同形態(tài)機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)學(xué)和水動(dòng)力學(xué)問題，以及為不同游動(dòng)模式的機(jī)器魚設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制算法。5、本發(fā)明具有兩自由度的胸鰭機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚的上升下潛，轉(zhuǎn)彎，制動(dòng)，提高機(jī)器魚運(yùn)動(dòng)的靈活性。6、本發(fā)明將魚頭模塊和驅(qū)動(dòng)模塊的側(cè)蓋全部使用透明有機(jī)玻璃材料，因此可以方便觀察漏水情況。7、本發(fā)明將相鄰驅(qū)動(dòng)模塊的頭尾連接處設(shè)置成完整半圓弧面和同心連接的不完整半圓弧面的結(jié)合，因此使驅(qū)動(dòng)模塊之間的配合緊密，最大限度地降低了結(jié)構(gòu)對(duì)水產(chǎn)生的阻力。8、本發(fā)明提供的動(dòng)密封裝置，通過黃油層密封，結(jié)構(gòu)簡單，阻力小。本發(fā)明提供的仿生機(jī)器魚穩(wěn)定可靠，運(yùn)動(dòng)靈活，可以廣泛用于水下探測，海洋資源開發(fā)等各領(lǐng)域中。


圖1是本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明安裝有控制裝置的魚頭模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明胸鰭模塊半剖立體示意4是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)模塊半剖立體示意5是本發(fā)明頭尾連接機(jī)構(gòu)示意6是本發(fā)明尾鰭與尾鰭連接件結(jié)構(gòu)示意7是本發(fā)明動(dòng)密封機(jī)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括魚頭模塊1，在魚頭模塊1的后下方對(duì)稱擺動(dòng)連接一左、右胸鰭模塊2、3，在魚頭模塊1的后方依次串聯(lián)第一驅(qū)動(dòng)模塊4，第二驅(qū)動(dòng)模塊5和尾鰭6，在魚頭模塊1與第一驅(qū)動(dòng)模塊4之間由頭尾連接機(jī)構(gòu)7固定連接，第一驅(qū)動(dòng)模塊4通過擺桿8與第二驅(qū)動(dòng)模塊5擺動(dòng)連接，第二驅(qū)動(dòng)模塊5通過尾鰭連接件9與尾鰭6擺動(dòng)連接，在各擺動(dòng)連接的動(dòng)力輸出部位分別設(shè)置有動(dòng)密封機(jī)構(gòu)10。
如圖2所示，本發(fā)明的魚頭模塊1包括由輕質(zhì)鋁合金制成的一流線型殼體11，在流線形殼體11的兩側(cè)分別設(shè)置一側(cè)蓋12，為了方便檢測漏水情況，兩側(cè)蓋12可以采用透明有機(jī)玻璃制成，兩側(cè)蓋12通過防水密封膠與流線形殼體11粘結(jié)，在魚頭模塊1上部通過防水密封膠安裝了防水電源開關(guān)13、天線14和充電插頭15。在魚頭模塊1內(nèi)部設(shè)置了無線通信模塊16，運(yùn)動(dòng)控制電路板17，可充電電池組18，加速度、壓力、溫度、紅外避障等傳感器和驅(qū)動(dòng)左、右胸鰭模塊2、3做沉浮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。
左、右胸鰭模塊2、3做沉浮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置是對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)僅以左胸鰭模塊2的驅(qū)動(dòng)裝置為例加以說明。左胸鰭模塊2做沉浮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置包括主電機(jī)19，固定支架20，聯(lián)軸器21和主軸22。主電機(jī)19具有定位孔，通過螺釘固定在固定支架20上，固定支架20通過螺釘固定在流線形殼體11的底面內(nèi)，主電機(jī)19的輸出端通過聯(lián)軸器21與主軸22連接，主軸22穿過位于流線形殼體11尾部的動(dòng)密封機(jī)構(gòu)10，將運(yùn)動(dòng)輸出到魚頭模塊1外部。
上述運(yùn)動(dòng)控制電路板17為機(jī)器魚的控制核心，通過串口接收來自無線通信模塊16的上位機(jī)命令，對(duì)命令進(jìn)行解釋并產(chǎn)生PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)，完成各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的伺服運(yùn)動(dòng)控制。無線通信模塊16通過天線14懸掛在魚頭模塊1內(nèi)的上部，負(fù)責(zé)完成機(jī)器魚與上位機(jī)的無線射頻通信。可充電電池組18的容量較大，比如使用4.8V/2500mAh鎳氫電池組，為機(jī)器魚的各電機(jī)和電路系統(tǒng)提供所需的能源。
如圖3所示，本發(fā)明的左、右胸鰭模塊2、3是對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，故僅以左胸鰭模塊2為例加以說明。左側(cè)胸鰭模塊2包括翼形胸鰭23，分成兩部分的上、下密封殼體24、25，設(shè)置在上、下密封殼體24、25連接處的O形密封圈26，固定在下半殼體25內(nèi)的驅(qū)動(dòng)左胸鰭模塊2做俯仰運(yùn)動(dòng)的輔電機(jī)27，輔電機(jī)27的輸出端通過一聯(lián)軸器28與胸鰭軸29連接，胸鰭軸29通過位于上半殼體24的動(dòng)密封機(jī)構(gòu)10后，通過螺釘與翼形胸鰭23連接。在下半殼體25的兩側(cè)分別具有一轉(zhuǎn)軸孔30、31，其中一個(gè)轉(zhuǎn)軸孔30用于連接從魚頭模塊1后下方伸出的主軸22，另一個(gè)轉(zhuǎn)軸孔31用于連接頭尾連接機(jī)構(gòu)7上的支撐軸75(此結(jié)構(gòu)將在后面詳細(xì)描述)，作為輔助支撐。魚頭模塊1內(nèi)的主電機(jī)19通過主軸22可帶動(dòng)左胸鰭模塊2做沉浮運(yùn)動(dòng)，魚頭模塊1內(nèi)的另一主電機(jī)19通過另一主軸22可以帶動(dòng)右胸鰭模塊3做沉浮運(yùn)動(dòng)。左、右胸鰭模塊2、3上的翼形胸鰭23既可以通過主電機(jī)19帶動(dòng)主軸22的驅(qū)動(dòng)做沉浮運(yùn)動(dòng)，又可以通過輔電機(jī)27帶動(dòng)魚鰭軸29的驅(qū)動(dòng)做俯仰運(yùn)動(dòng)，從而完成兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，通過對(duì)兩個(gè)自由度的協(xié)調(diào)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器魚的推進(jìn)，轉(zhuǎn)彎，維持平衡，上升下潛，減速制動(dòng)等功能。
如圖4所示，本發(fā)明第一、二驅(qū)動(dòng)模塊4、5結(jié)構(gòu)完全相同，下面僅以第一驅(qū)動(dòng)模塊4為例加以說明，第一驅(qū)動(dòng)模塊4包括采用輕質(zhì)鋁合金加工而成的框架主體41，在框架主體41兩側(cè)的采用透明有機(jī)玻璃制成的側(cè)蓋42，側(cè)蓋42通過防水密封膠與框架主體41粘結(jié)?？蚣苤黧w41的上端面設(shè)置有O形密封圈，并通過螺釘44密封連接一頂蓋45，頂蓋45上設(shè)置有連接擺桿8的螺紋孔46?？蚣苤黧w41上設(shè)置有電機(jī)支架47，在電機(jī)支架47內(nèi)用螺釘固定一驅(qū)動(dòng)電機(jī)48，驅(qū)動(dòng)電機(jī)48的輸出端通過一聯(lián)軸器49連接一輸出軸50，輸出軸50穿出頂蓋45上的動(dòng)密封機(jī)構(gòu)10，露出頂蓋45。
如圖1所示，將鋁合金材料制作的擺桿8的一端固定連接在第一驅(qū)動(dòng)模塊4頂部的輸出軸50上，擺桿8的另一端固定在第二驅(qū)動(dòng)模塊5頂部的螺紋孔46中，從而可以通過擺桿8的連接實(shí)現(xiàn)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊4、5之間的相對(duì)擺動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)第一、二驅(qū)動(dòng)模塊4、5的頂部和底部聯(lián)動(dòng)，在第一驅(qū)動(dòng)模塊4的底部設(shè)置一軸承座51，在軸承座51內(nèi)通過軸承連接一與輸出軸50同軸線的輔助軸52，在輔助軸52上固定另一擺桿8，擺桿8的另一端通過螺釘固定在與第二驅(qū)動(dòng)模塊5頂部螺紋孔46位置對(duì)應(yīng)的螺紋孔中。
如圖1、圖2、圖5所示，本發(fā)明魚頭模塊1和第一驅(qū)動(dòng)模塊4之間的連接采用頭尾連接機(jī)構(gòu)7，頭尾連接機(jī)構(gòu)7同時(shí)還用于連接并支撐左、右胸鰭模塊2、3做沉浮運(yùn)動(dòng)。頭尾連接機(jī)構(gòu)7包括一U形連接件71，U形連接件71的背部和兩伸出端上分別設(shè)置有連接孔72、73，在U形連接件71的下部還設(shè)置有左右對(duì)稱的兩軸承74，在每一軸承中安裝一支撐軸75，并通過端蓋76將軸承74固定在連接件71內(nèi)，U形連接件71上還設(shè)置有多個(gè)用于模塊間連接導(dǎo)線通過的槽77。
頭尾連接機(jī)構(gòu)7安裝時(shí)，將U形連接件71通過其上的連接孔72固定在魚頭模塊1的后部；U形連接件71上的兩支撐軸75與魚頭模塊1后下部的兩主軸22位置對(duì)應(yīng)，將左、右魚鰭模塊2、3上的轉(zhuǎn)軸孔30分別與兩主軸22固定連接，左、右魚鰭模塊2、3上的轉(zhuǎn)軸孔31分別與兩支撐軸75轉(zhuǎn)動(dòng)連接；將U形連接件71的兩伸出端分別通過其上的連接孔73固定在第一驅(qū)動(dòng)模塊4頂部的螺紋孔46上。
如圖1、圖4所示，本發(fā)明的機(jī)器魚身體采用由擺桿8串連擺動(dòng)連接的多個(gè)單獨(dú)密封的驅(qū)動(dòng)模塊組成，除上述第一、二驅(qū)動(dòng)模塊4、5以外，還可以多個(gè)后續(xù)的驅(qū)動(dòng)模塊，比如第三驅(qū)動(dòng)模塊，還有第四驅(qū)動(dòng)模塊、第五驅(qū)動(dòng)模塊等。本發(fā)明各驅(qū)動(dòng)模塊的尾部均設(shè)計(jì)成一完整半圓弧面53，各驅(qū)動(dòng)模塊的頭部均設(shè)計(jì)成與完整半圓弧面53同心的不完整半圓弧面54。這樣，當(dāng)前一驅(qū)動(dòng)模塊的輸出軸50通過擺桿8帶動(dòng)后一驅(qū)動(dòng)模塊擺動(dòng)時(shí)，可以保證兩驅(qū)動(dòng)模塊之間形成間隙很小的光滑的轉(zhuǎn)動(dòng)連接方式，使結(jié)構(gòu)對(duì)水產(chǎn)生的阻力降到最低。
上述第一驅(qū)動(dòng)模塊5的頭部因與魚頭模塊1之間沒有相對(duì)擺動(dòng)，因此第一驅(qū)動(dòng)模塊5的頭部也可以設(shè)置成平面形狀，以魚頭模塊形成較貼近的連接。同時(shí)也可以將魚頭模塊1的尾部設(shè)置成半圓弧面，以適應(yīng)第一驅(qū)動(dòng)模塊4頭部的不完全半圓弧面54。相對(duì)這些靈活的變化，頭尾連接機(jī)構(gòu)7的形狀和連接也是可以有所變化的。
如圖6所示，本發(fā)明的尾鰭連接件9為上下兩個(gè)弓形部件，尾鰭連接件9的頭部設(shè)置有安裝孔91，用于與第二驅(qū)動(dòng)模塊5或最后一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊(如果是多個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊)的輸出軸50和輔助軸52連接。尾鰭連接件9的尾部設(shè)置有安裝孔，通過螺釘或鉚釘92與尾鰭6相連接。尾鰭6呈新月形，采用橡膠或塑膠材料制成，以具有彈性。
本發(fā)明中使用了多處動(dòng)密封機(jī)構(gòu)10，盡管本發(fā)明各動(dòng)密封機(jī)構(gòu)10在被密封裝置中的連接結(jié)構(gòu)或位置不盡相同，但是其密封原理相同。如圖7所示，動(dòng)密封機(jī)構(gòu)10包括一為臺(tái)階軸的被密封軸101(可以是上述主軸22、胸鰭軸29、輸出軸50等)，兩個(gè)軸承102、103的內(nèi)圈分別設(shè)置在被密封軸101的軸肩104、105上，一壓蓋106穿過被密封軸101壓在軸承102的外圈，一個(gè)端蓋107穿過被密封軸101壓在軸承103的外圈，并通過螺釘108固定在壓蓋106上，在兩軸承102、103之間填充有密封用的黃油層109，為保證可靠的密封，要求黃油層109的軸向長度至少為8mm。在壓蓋106周向設(shè)置有用于安裝的法蘭盤狀凸緣110，凸緣110上間隔設(shè)置有安裝孔111。
本發(fā)明的動(dòng)密封機(jī)構(gòu)10使用時(shí)，將凸緣110上的安裝孔111與相對(duì)部件(比如上述流線形殼體11，左、右胸鰭模塊2、3的上殼體24，各驅(qū)動(dòng)模塊的頂蓋45等)上的安裝孔對(duì)應(yīng)，通過螺釘固定在一起，便可以通過動(dòng)密封機(jī)構(gòu)10內(nèi)的黃油層109實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封。本發(fā)明的動(dòng)密封機(jī)構(gòu)10阻力小，結(jié)構(gòu)緊湊，但不易在深水中使用。
上述實(shí)施例中，各模塊的平均密度稍低于水的比重，以保證少量的配重可實(shí)現(xiàn)整體的中性浮力；豎直穩(wěn)定，模塊的重心設(shè)計(jì)在浮心以下，以保證豎直漂浮在水中，重心的調(diào)節(jié)可以保證機(jī)器魚運(yùn)動(dòng)的機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性，這是現(xiàn)有技術(shù)中通常采取的方法，在此不再贅述。
本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)中，各部件的形狀和連接是可以有所變化的，某些部件的采用和位置的設(shè)置也是可以變化的，本發(fā)明不應(yīng)受到上述各實(shí)施例的限制，凡根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案不用創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以得出部件的更換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于它包括單獨(dú)密封且模塊化設(shè)置的魚頭模塊，左、右胸鰭模塊，至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊和尾鰭；所述魚頭模塊內(nèi)設(shè)置有控制裝置和帶動(dòng)所述左、右胸鰭模塊做沉浮運(yùn)動(dòng)的主電機(jī)，所述左、右胸鰭模塊的主軸通過動(dòng)密封機(jī)構(gòu)連接所述主電機(jī)；所述左、右胸鰭模塊內(nèi)分別設(shè)置有帶動(dòng)所述翼形胸鰭做俯仰運(yùn)動(dòng)的輔電機(jī)，所述翼形胸鰭的胸鰭軸通過動(dòng)密封機(jī)構(gòu)連接所述輔電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)模塊通過擺桿依次串連擺動(dòng)連接，第一個(gè)所述驅(qū)動(dòng)模塊通過頭尾連接機(jī)構(gòu)固定連接在所述魚頭模塊的后方，所述尾鰭通過尾鰭連接件連接在最后一個(gè)所述驅(qū)動(dòng)模塊的后方。
2.如權(quán)利要求1所述的一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)模塊的尾部均呈完整半圓弧面，所述驅(qū)動(dòng)模塊的頭部均呈與所述完整半圓弧面同心的不完整半圓弧面。
3.如權(quán)利要求1所述的一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于所述魚頭模塊的流線形殼體和驅(qū)動(dòng)模塊的框架主體、頂蓋均采用輕質(zhì)鋁合金材料，所述魚頭模塊和驅(qū)動(dòng)模塊的側(cè)蓋均采用密封粘接的透明有機(jī)玻璃材料。
4.如權(quán)利要求2所述的一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于所述魚頭模塊的流線形殼體和驅(qū)動(dòng)模塊的框架主體、頂蓋均采用輕質(zhì)鋁合金材料，所述魚頭模塊和驅(qū)動(dòng)模塊的側(cè)蓋均采用密封粘接的透明有機(jī)玻璃材料。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于所述動(dòng)密封機(jī)構(gòu)包括一被密封軸，兩個(gè)軸承的內(nèi)圈分別設(shè)置在所述被密封軸的軸肩上，一壓蓋穿過所述被密封軸壓住其中一所述軸承的外圈，一個(gè)端蓋穿過所述被密封軸壓住另一軸承的外圈，且所述端蓋通過螺釘固定在所述壓蓋上，在所述兩軸承之間填充有密封用的黃油層，在所述壓蓋的周向設(shè)置有用于安裝的凸緣，所述凸緣上間隔設(shè)置有安裝孔。
6.如權(quán)利要求5所述一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于所述黃油層的軸向長度至少為8mm。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或6所述的一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于所述頭尾連接機(jī)構(gòu)將包括，包括一U形連接件，所述U形連接件的背部和兩伸出端上分別設(shè)置有與所述魚頭模塊和第一所述驅(qū)動(dòng)模塊固定安裝的連接孔，所述U形連接件的下部設(shè)置有與所述左、右兩胸鰭模塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接的兩支撐軸。
8.如權(quán)利要求5所述的一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于所述頭尾連接機(jī)構(gòu)將包括，包括一U形連接件，所述U形連接件的背部和兩伸出端上分別設(shè)置有與所述魚頭模塊和第一所述驅(qū)動(dòng)模塊固定安裝的連接孔，所述U形連接件的下部設(shè)置有與所述左、右兩胸鰭模塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接的兩支撐軸。
9.如權(quán)利要求1或2或3或4或6或8所述的一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于所述尾鰭連接件為上、下兩個(gè)弓形部件，所述尾鰭連接件頭部設(shè)置有用于與后續(xù)驅(qū)動(dòng)模塊尾部連接的安裝孔，所述尾鰭連接件尾部設(shè)置有連接所述尾鰭的安裝孔。
10.如權(quán)利要求5所述的一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于所述尾鰭連接件為上、下兩個(gè)弓形部件，所述尾鰭連接件頭部設(shè)置有用于與后續(xù)驅(qū)動(dòng)模塊尾部連接的安裝孔，所述尾鰭連接件尾部設(shè)置有連接所述尾鰭的安裝孔。
11.如權(quán)利要求7所述的一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于所述尾鰭連接件為上、下兩個(gè)弓形部件，所述尾鰭連接件頭部設(shè)置有用于與后續(xù)驅(qū)動(dòng)模塊尾部連接的安裝孔，所述尾鰭連接件尾部設(shè)置有連接所述尾鰭的安裝孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模塊化機(jī)器魚，其特征在于它包括單獨(dú)密封且模塊化設(shè)置的魚頭模塊，左、右胸鰭模塊，至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊和尾鰭；所述魚頭模塊內(nèi)設(shè)置有控制裝置和帶動(dòng)所述左、右胸鰭模塊做沉浮運(yùn)動(dòng)的主電機(jī)，所述左、右胸鰭模塊的主軸通過動(dòng)密封機(jī)構(gòu)連接所述主電機(jī)；所述左、右胸鰭模塊內(nèi)分別設(shè)置有帶動(dòng)所述翼形胸鰭做俯仰運(yùn)動(dòng)的輔電機(jī)，所述翼形胸鰭的胸鰭軸通過動(dòng)密封機(jī)構(gòu)連接所述輔電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)模塊通過擺桿依次串連擺動(dòng)連接，第一個(gè)所述驅(qū)動(dòng)模塊通過頭尾連接機(jī)構(gòu)固定連接在所述魚頭模塊的后方，所述尾鰭通過尾鰭連接件連接在最后一個(gè)所述驅(qū)動(dòng)模塊的后方。本發(fā)明的模塊化設(shè)置和兩自由度的胸鰭機(jī)構(gòu)，使仿生機(jī)器魚更靈活可靠，可廣泛用于水下探測，海洋資源開發(fā)等各領(lǐng)域中。
文檔編號(hào)B63H1/00GK1962358SQ20061016498
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者胡永輝, 王龍, 趙惟, 謝廣明, 楚天廣, 王 琦, 張樂 申請(qǐng)人:北京大學(xué)