專利名稱：動(dòng)力鰭式機(jī)器魚及其前進(jìn)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器魚。
背景技術(shù)：
機(jī)器魚或稱水下機(jī)器人，是一種外形像魚的在水中工作的機(jī)器。目前，有些機(jī)器魚采用仿魚類尾鰭外形，靠魚鰭擺動(dòng)提供前進(jìn)動(dòng)力，模仿的是魚或海豚的劃水動(dòng)作。但由于魚類魚鰭的柔韌性，且魚類對渦流良好的控制性不容易被模仿，使得效率非常低。所以很多機(jī)器魚或水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度緩慢，動(dòng)作不靈活。有些機(jī)器魚或水下機(jī)器人采用螺旋槳作為推進(jìn)裝置，容易纏草和雜物，且噪音較大。所以，機(jī)器魚的推進(jìn)裝置是影響機(jī)器魚性能的關(guān)鍵部件。隨著人類水下探索力度的加大以及水產(chǎn)養(yǎng)殖的規(guī)模擴(kuò)大，迫切需要一種安全性高、運(yùn)動(dòng)速度快、動(dòng)作靈活和噪音小的機(jī)器魚。

發(fā)明內(nèi)容
為解決機(jī)器魚運(yùn)動(dòng)速度緩慢、動(dòng)作不靈活、噪音大、效率低的問題，本發(fā)明提供了一種動(dòng)力鰭式機(jī)器魚。技術(shù)方案是:一種動(dòng)力鰭式機(jī)器魚，由上殼體、浮沉鰭、下殼體和尾鰭組成，其特征在于，它還包括對稱設(shè)在機(jī)器魚中部兩側(cè)的動(dòng)力鰭；動(dòng)力鰭是由布置在機(jī)器魚殼體內(nèi)的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力鰭翅所組成；動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:固定平臺、舵機(jī)支架、動(dòng)力鰭舵機(jī)、密封性傳動(dòng)裝置和連桿機(jī)構(gòu)；其中:所述的舵機(jī)支架安裝在固定平臺上，動(dòng)力鰭舵機(jī)安裝在舵機(jī)支架上，動(dòng)力鰭舵機(jī)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)與密封性傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸連接，傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)來回?cái)[動(dòng)；所述的連桿機(jī)構(gòu)包括曲柄、連桿和搖桿，曲柄與動(dòng)力鰭舵機(jī)上的舵機(jī)盤連接；搖桿與動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)軸相連；通過調(diào)整各桿件的長度調(diào)節(jié)行程速比系數(shù)，使得搖桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)速率小于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速率；所述的密封性傳動(dòng)裝置包括內(nèi)套、外套和傳動(dòng)軸，其中，外套固定在機(jī)器魚下殼體上，其內(nèi)腔下部設(shè)有內(nèi)螺紋、上部為孔為半球形內(nèi)腔，傳動(dòng)軸上部設(shè)有與半球形內(nèi)腔配合的半球形凸臺，內(nèi)套上部設(shè)有外螺紋，外套與內(nèi)套通過螺紋連接套在一起，傳動(dòng)軸與外套通過球面配合實(shí)現(xiàn)密封；所述的動(dòng)力鰭翅由翅框和布置在翅框上的若干翅葉組成；具體結(jié)構(gòu)是，翅框的上、下框上設(shè)有對應(yīng)的軸孔，翅葉的一側(cè)設(shè)有軸，翅葉通過軸安裝在上、下框的軸孔上，且翅葉朝向后方并可左右擺動(dòng)；在翅框的上、下框上還設(shè)有限位銷釘，通過限位銷釘限制翅葉轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。本機(jī)器魚前進(jìn)動(dòng)作是這樣實(shí)現(xiàn)的:動(dòng) 力鰭舵機(jī)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的搖桿擺動(dòng)，搖桿帶動(dòng)動(dòng)力鰭翅擺動(dòng)，當(dāng)動(dòng)力鰭翅向尾部擺動(dòng)時(shí)，翅葉在水阻力的作用下旋轉(zhuǎn)閉合，從而使動(dòng)力鰭翅形成一個(gè)完整封閉的平面，與水形成反作用力，使得機(jī)器魚產(chǎn)生很大的前進(jìn)動(dòng)力；當(dāng)動(dòng)力鰭翅向頭部擺動(dòng)時(shí)，翅葉在水阻力的作用下旋轉(zhuǎn)打開，使得在繼續(xù)前進(jìn)中去掉阻力。另外由于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有良好的行程速比系數(shù)，使得動(dòng)力鰭翅向尾部擺動(dòng)的速率大于向頭部擺動(dòng)的速率，可以得到較大的前進(jìn)合力。本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果:通過巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)轉(zhuǎn)向不變的前提下完成動(dòng)力鰭翅的前后不同速度的擺動(dòng)和翅葉的開閉，從而使機(jī)器魚向前推進(jìn)，達(dá)到運(yùn)動(dòng)速度快、效率高、噪音小和不纏草的目的。


圖1是本發(fā)明機(jī)器魚實(shí)施例的總裝圖；圖2是圖1打開上殼體后的總裝圖；圖3是舵機(jī)外部結(jié)構(gòu)圖；圖4a是密封性傳動(dòng)軸裝置主視圖；圖4b是密封性傳動(dòng)軸裝置俯視圖；圖4c是密封性傳動(dòng)軸裝置左視圖；圖4d是密封性傳動(dòng)軸裝置立體圖；圖5是動(dòng)力鰭翅立體圖；圖6是連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；圖7是聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖；圖8是尾鰭傳動(dòng)圖。圖中，1-上殼體；2-動(dòng)力鰭翅，201-上框；202翅葉；203-限位銷釘；204_下框；205支撐柱；206_螺釘；3_浮沉鰭；4_下殼體；5_尾鰭；501_尾鰭主體；502_尾鰭連接架；601-尾鰭舵機(jī)；6011_舵機(jī)舵盤；6012舵機(jī)固定孔；602_動(dòng)力鰭舵機(jī)；603_浮沉鰭舵機(jī)；7-電源；8_固定平臺；9_密封性傳動(dòng)裝置；901-內(nèi)套；902_外套；903_傳動(dòng)軸；10-舵機(jī)支架；11-連桿機(jī)構(gòu)；1101-曲柄；1102-連桿；1103-搖桿；12~聯(lián)軸器。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2所示，一種動(dòng)力鰭式機(jī)器魚，由上殼體1、浮沉鰭3、下殼體4、尾鰭5以及對稱設(shè)在機(jī)器魚中部兩側(cè)的動(dòng)力鰭組成；其中尾鰭5如圖8所示，由尾鰭舵機(jī)601經(jīng)聯(lián)軸器12和密封性傳動(dòng)裝置9內(nèi)的傳動(dòng)軸903帶動(dòng)；浮沉鰭3由浮沉鰭舵機(jī)603經(jīng)聯(lián)軸器12和密封性傳動(dòng)裝置9內(nèi)的傳動(dòng)軸903帶動(dòng)；動(dòng)力鰭是由布置在機(jī)器魚殼體內(nèi)的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力鰭翅2所組成；上殼體I和下殼體4周邊用螺栓緊固構(gòu)成仿魚外形的殼體，結(jié)合處由放置的密封條和密封膠密封。電源7為一種可充電電源，可布置在下殼體4的空間位置。上述的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:固定平臺8、舵機(jī)支架10、動(dòng)力鰭舵機(jī)602、密封性傳動(dòng)裝置9和連桿機(jī)構(gòu)11 ;所述的固定平臺8固定于下殼體4上，舵機(jī)支架10安裝在固定平臺8上，動(dòng)力鰭舵機(jī)602安裝在舵機(jī)支架10上，動(dòng)力鰭舵機(jī)10帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)11，連桿機(jī)構(gòu)11與密封性傳動(dòng)裝置9的傳動(dòng)軸903連接，傳動(dòng)軸903帶動(dòng)動(dòng)力鰭翅2來回?cái)[動(dòng)；如圖3 所示，所述的尾鰭舵機(jī)601、動(dòng)力鰭舵機(jī)602和浮沉鰭舵機(jī)結(jié)構(gòu)外形都與圖3相同；舵機(jī)上有舵機(jī)舵盤6011和舵機(jī)固定孔6012兩個(gè)結(jié)構(gòu)。其中動(dòng)力鰭舵機(jī)舵盤6011上的四個(gè)孔用于和聯(lián)軸器12配合，動(dòng)力鰭舵機(jī)固定孔6012通過舵機(jī)支架10固定到固定平臺8上。如圖4a、4b、4c、4d所示，密封性傳動(dòng)裝置9是將傳動(dòng)軸903安裝在密封套中；密封套由底部的內(nèi)套901和上部的外套902組成；其中，外套902內(nèi)腔下部設(shè)有內(nèi)螺紋、上部為孔為半球形內(nèi)腔，傳動(dòng)軸903上部設(shè)有與半球形內(nèi)腔配合的半球形凸臺，內(nèi)套901上部設(shè)有外螺紋，外套902與內(nèi)套901通過螺紋連接套在一起，傳動(dòng)軸903與外套902通過球面配合實(shí)現(xiàn)密封。所述的內(nèi)套901底面設(shè)有四個(gè)缺口方便松緊螺紋；所述的傳動(dòng)軸903上部設(shè)有圓孔和大半圓形凸臺，圓孔插入銷釘后用于與聯(lián)軸器12和搖桿1103連接，傳動(dòng)軸903底部為菱形凸臺，用于和動(dòng)力鰭翅2的下框204的菱形孔配合，起到傳遞動(dòng)力的作用。如圖6所示，上述的連桿機(jī)構(gòu)11包括曲柄1101、連桿1102和搖桿1103 ;曲柄1101上有三個(gè)孔用于與動(dòng)力鰭舵機(jī)602上的舵機(jī)盤連接；搖桿1103通過大半圓形孔與密封性傳動(dòng)裝置9的傳動(dòng)軸903相連；通過調(diào)整各桿件的長度可調(diào)節(jié)行程速比系數(shù)，使得搖桿1103順時(shí)針旋轉(zhuǎn)速率小于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速率。如圖5所述的動(dòng)力鰭翅2由翅框和布置在翅框上的若干翅葉202組成；具體結(jié)構(gòu)是，翅框由上框201、下框204、支撐柱205和螺釘206構(gòu)成；翅框的上框201、下框204上設(shè)有對應(yīng)的軸孔，翅葉202的一側(cè)設(shè)有軸，翅葉通過軸安裝在上框201、下框204的軸孔上，且翅葉202朝向后方并可左右擺動(dòng)；在翅框的下框204上還設(shè)有限位銷釘203，通過限位銷釘203限制翅葉轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。如圖7所示，所述的聯(lián)軸器12的圓形凸臺內(nèi)的大半圓形孔用于和傳動(dòng)軸901配合連接，聯(lián)軸器12的圓盤上的四個(gè)孔用于和舵機(jī)連接。如圖2中，尾·鰭5可以在尾鰭舵機(jī)601的帶動(dòng)下動(dòng)作，當(dāng)尾鰭舵機(jī)601來回不停旋轉(zhuǎn)時(shí)便可帶動(dòng)尾鰭5來回?cái)[動(dòng)，類似于魚類前進(jìn)時(shí)的尾鰭擺動(dòng)，從而也可以推動(dòng)本機(jī)器魚向iu運(yùn)動(dòng)，使得本水下機(jī)器具有聞效和聞速如行的能力。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)力鰭式機(jī)器魚，由上殼體、浮沉鰭、下殼體和尾鰭組成，其特征在于，它還包括對稱設(shè)在機(jī)器魚中部兩側(cè)的動(dòng)力鰭；動(dòng)力鰭是由布置在機(jī)器魚殼體內(nèi)的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力鰭翅所組成；動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:固定平臺、舵機(jī)支架、動(dòng)力鰭舵機(jī)、密封性傳動(dòng)裝置和連桿機(jī)構(gòu)；其中: 所述的舵機(jī)支架安裝在固定平臺上，動(dòng)力鰭舵機(jī)安裝在舵機(jī)支架上，動(dòng)力鰭舵機(jī)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)與密封性傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸連接，傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)來回?cái)[動(dòng)； 所述的連桿機(jī)構(gòu)包括曲柄、連桿和搖桿，曲柄與動(dòng)力鰭舵機(jī)上的舵機(jī)盤連接；搖桿與動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)軸相連；通過調(diào)整各桿件的長度調(diào)節(jié)行程速比系數(shù)，使得搖桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)速率小于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速率； 所述的密封性傳動(dòng)裝置 包括內(nèi)套、外套和傳動(dòng)軸，其中，外套固定在機(jī)器魚下殼體上，其內(nèi)腔下部設(shè)有內(nèi)螺紋、上部為孔為半球形內(nèi)腔，傳動(dòng)軸上部設(shè)有與半球形內(nèi)腔配合的半球形凸臺，內(nèi)套上部設(shè)有外螺紋，外套與內(nèi)套通過螺紋連接套在一起，傳動(dòng)軸與外套通過球面配合實(shí)現(xiàn)密封； 所述的動(dòng)力鰭翅由翅框和布置在翅框上的若干翅葉組成；具體結(jié)構(gòu)是，翅框的上、下框上設(shè)有對應(yīng)的軸孔，翅葉的一側(cè)設(shè)有軸，翅葉通過軸安裝在上、下框的軸孔上，且翅葉朝向后方并可左右擺動(dòng)；在翅框的上、下框上還設(shè)有限位銷釘，通過限位銷釘限制翅葉轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力鰭式機(jī)器魚前進(jìn)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，前進(jìn)時(shí)，動(dòng)力鰭舵機(jī)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的搖桿擺動(dòng)，搖桿帶動(dòng)動(dòng)力鰭翅擺動(dòng)，當(dāng)動(dòng)力鰭翅向尾部擺動(dòng)時(shí)，翅葉在水阻力的作用下旋轉(zhuǎn)閉合，從而使動(dòng)力鰭翅形成一個(gè)完整封閉的平面，與水形成反作用力，使得機(jī)器魚產(chǎn)生很大的前進(jìn)動(dòng)力；當(dāng)動(dòng)力鰭翅向頭部擺動(dòng)時(shí)，翅葉在水阻力的作用下旋轉(zhuǎn)打開，使得在繼續(xù)前進(jìn)中去掉阻力；由于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有良好的行程速比系數(shù)，使得動(dòng)力鰭翅向尾部擺動(dòng)的速率大于向頭部擺動(dòng)的速率，可以得到較大的前進(jìn)合力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動(dòng)力鰭式機(jī)器魚及其前進(jìn)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)方法，它主要是在現(xiàn)有機(jī)器魚中部兩側(cè)對稱設(shè)動(dòng)力鰭；動(dòng)力鰭是由布置在機(jī)器魚殼體內(nèi)的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力鰭翅所組成；動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定平臺、舵機(jī)支架、動(dòng)力鰭舵機(jī)、密封性傳動(dòng)裝置和連桿機(jī)構(gòu)；動(dòng)力鰭舵機(jī)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的搖桿擺動(dòng)，搖桿帶動(dòng)動(dòng)力鰭翅擺動(dòng)，使得機(jī)器魚產(chǎn)生很大的前進(jìn)動(dòng)力。本發(fā)明通過巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)轉(zhuǎn)向不變的前提下完成動(dòng)力鰭翅的前后不同速度的擺動(dòng)和翅葉的開閉，從而使機(jī)器魚向前推進(jìn)，達(dá)到運(yùn)動(dòng)速度快、效率高、噪音小和不纏草的目的。
文檔編號B63H1/32GK103241354SQ20131016537
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者樊炳輝, 趙建建, 楊松, 陳畢勝, 袁義坤 申請人:山東科技大學(xué)