本發(fā)明涉及一種水下仿生機器魚，尤其涉及一種基于往復絲杠機構(gòu)的多魚鰭推進裝置。

背景技術(shù)：

水下生物在復雜多變的水環(huán)境中生存，經(jīng)歷了漫長的演變而進化得到了各具特色的運動能力。例如魚類游動效率普遍超過了80％，金槍魚的最快游速能達到每小時160千米，平均時速在60-80千米，大約10-15倍體長每秒。而傳統(tǒng)水下推進器，如螺旋槳或噴水裝置往往效率較低，性能不足。因此，近年來，水下仿生機器人的研究引起了海內(nèi)外研究者的極大興趣，期望通過模擬水下生物高超的游動技能，為人類設(shè)計的各種水下裝置提供性能優(yōu)異的推進器。使其具有高效推進、高機動性、低噪音、小擾動以及高隱身的特性。在水質(zhì)檢測、水下資源勘探、水下搜救以及軍事領(lǐng)域中都有重要的應用前景。

水下生物種類繁多，且各具優(yōu)勢特色，因此根據(jù)研究的方法和目的不同，研究者所選取的仿生對象就會不盡相同。例如要想獲得高機動性的水下推進裝置，可選取鰩魚為仿生對象；想獲得高速推進性能，可選取金槍魚為仿生對象。在水下仿生領(lǐng)域，已經(jīng)取得了許多杰出的研究成果，但所設(shè)計出的仿生推進裝置仍不能媲美自然界中真實的魚類，還存在著難題需要攻克,目前主要表現(xiàn)在仿生推進裝置的游動性能特別是游動速度距離真實魚類仍然差別很大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是結(jié)合波動推進和射流推進機制，提供一種推進速度快、游動性能好的基于往復絲杠機構(gòu)的多魚鰭推進裝置。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明是基于往復絲杠機構(gòu)的多魚鰭推進裝置，包括外殼，所述外殼的尾部固定有尾鰭旋轉(zhuǎn)支架，所述尾鰭旋轉(zhuǎn)支架上鉸接有多個尾鰭固定軸，每個尾鰭固定軸連接一個尾鰭，所述外殼內(nèi)固定有電機和往復絲杠軸；

所述電機的輸出軸與所述往復絲杠軸通過聯(lián)軸器連接，所述往復絲杠軸嚙合有螺紋滑塊，所述螺紋滑塊通過螺紋滑塊連接桿和傳動連桿與多個尾鰭固定軸連接。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例是基于往復絲杠機構(gòu)，并利用簡單有效的傳動機構(gòu)，設(shè)計出的一種多魚鰭推進裝置。其結(jié)合波動推進和射流推進的優(yōu)點，能有效提高仿生推進裝置的推進速度，改進仿生推進裝置的游動性能。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明實施例提供的基于往復絲杠機構(gòu)的多魚鰭推進裝置的總裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1b為本發(fā)明實施例提供的基于往復絲杠機構(gòu)的多魚鰭推進裝置的總裝(隱藏外殼)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a為本發(fā)明實施例中尾鰭傳動結(jié)構(gòu)圖(視角一)。

圖2b為本發(fā)明實施例中尾鰭傳動機構(gòu)圖(視角二)。

圖2c為本發(fā)明實施例中尾鰭傳動機構(gòu)局部示意圖。

圖2d為本發(fā)明實施例中尾鰭傳動機構(gòu)局部簡圖。

圖3a、圖3b分別為本發(fā)明實施例中仿生推進裝置的游動變化形態(tài)圖。

圖中：

1為外殼，2為胸鰭，3為支撐固定板，4為電機，5、11為軸承，6為螺紋滑塊，7為螺紋滑塊連接桿，8為尾鰭旋轉(zhuǎn)支架，9為尾鰭，10為尾鰭固定軸，12為往復絲杠軸，13為聯(lián)軸器，14為胸鰭舵機支架，15為胸鰭支架，16為尾鰭轉(zhuǎn)動連桿，17為轉(zhuǎn)動滑塊，18為滑塊底座，19為傳動連桿，20定位連接銷。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明的基于往復絲杠機構(gòu)的多魚鰭推進裝置，其較佳的具體實施方式是：

包括外殼，所述外殼的尾部固定有尾鰭旋轉(zhuǎn)支架，所述尾鰭旋轉(zhuǎn)支架上鉸接有多個尾鰭固定軸，每個尾鰭固定軸連接一個尾鰭，所述外殼內(nèi)固定有電機和往復絲杠軸；

所述電機的輸出軸與所述往復絲杠軸通過聯(lián)軸器連接，所述往復絲杠軸嚙合有螺紋滑塊，所述螺紋滑塊通過螺紋滑塊連接桿和傳動連桿與多個尾鰭固定軸連接。

所述傳動連桿設(shè)有多個端部，每個端部分別與一個尾鰭固定軸連接。

所述傳動連桿的端部通過滑塊底座、定位連接銷、轉(zhuǎn)動滑塊和尾鰭轉(zhuǎn)動連桿與所述尾鰭固定軸連接。

所述電機的輸出軸與所述往復絲杠軸通過聯(lián)軸器同軸線安裝，或通過錐型齒輪傳動機構(gòu)垂直軸線方向安裝。

該多魚鰭推進裝置為雙魚鰭結(jié)構(gòu)或三魚鰭結(jié)構(gòu)或四魚鰭結(jié)構(gòu)或六魚鰭結(jié)構(gòu)或八魚鰭結(jié)構(gòu)。

所述外殼的前部的兩側(cè)分別設(shè)有胸鰭，所述外殼內(nèi)固定有胸鰭舵機支架，所述胸鰭舵機支架的兩側(cè)分別設(shè)有胸鰭支架，所述胸鰭支架與所述胸鰭連接。

胸鰭增加了推進裝置游動的機動性和靈活性，但其只作為輔助機構(gòu)不是必需。

本發(fā)明根據(jù)仿生推進裝置的性能特點，針對目前仿生推進裝置的結(jié)構(gòu)復雜，性能不優(yōu)等缺點，利用簡單有效的傳動機構(gòu)設(shè)計了一種基于往復絲杠機構(gòu)的多魚鰭推進裝置。其結(jié)合了波動推進和射流推進的優(yōu)點，能有效提高仿生推進裝置的推進速度，改進仿生推進裝置游動性能。

往復絲杠是立體凸輪副的一種形式，其表現(xiàn)是兩條螺距相同、旋向相反的螺紋槽。兩端用過度曲線連接。通過絲杠的旋轉(zhuǎn)，使螺旋槽側(cè)面推動置于螺旋槽內(nèi)的滑塊作軸向往復運動。往復絲杠具有摩擦損失小、傳動效率高、動作靈敏、低速無爬行現(xiàn)象等優(yōu)點。所以將其選擇作為仿生推進裝置的傳動機構(gòu)簡單有效。

水下生物推進形式多種多樣，例如波動推進，射流推進，混合推進等。其中，射流推進方式具有瞬時加速性能高和環(huán)境適應性強的優(yōu)點。對于水下生物的捕食、逃逸、抵抗環(huán)境驟變等生存活動有重大意義。多尾鰭仿生推進是結(jié)合了波動推進和射流推進這兩種推進方式。

同時，理論和實驗證明本設(shè)計的多魚鰭推進結(jié)構(gòu)能夠有效地消除魚鰭，即在本設(shè)計中的尾鰭在擺動過程中產(chǎn)生的側(cè)向力，從而提高了仿生推進裝置游動時的穩(wěn)定性，同時也具備良好的加速性能。

本發(fā)明的有益效果(實現(xiàn)過程)：

本發(fā)明結(jié)合了往復絲杠機構(gòu)和多魚鰭仿生推進方式，獲得了結(jié)構(gòu)簡單,性能優(yōu)越的仿生推進裝置。在本設(shè)計中，多魚鰭表現(xiàn)為多尾鰭形式，多尾鰭波動推進和射流推進的結(jié)合為機器魚提供前進的動力。

具體實施方式：

如圖1a、圖1b所示，在本設(shè)計中，仿生推進裝置的胸鰭由舵機控制，能翻轉(zhuǎn)拍動，增加了推進裝置游動的機動性和靈活性，但其只作為輔助機構(gòu)，在圖中示意不再詳述。本發(fā)明的重點和亮點在于由單電機驅(qū)動，運用往復絲杠機構(gòu)所設(shè)計出的多魚鰭仿生推進裝置。在本設(shè)計中，多魚鰭表現(xiàn)為多尾鰭形式。

在圖1a、圖1b中，電機4由支撐固定板3固定，而支撐固定板3由螺釘固連在外殼1上。電機4的輸出軸通過聯(lián)軸器13連接往復絲杠軸12，聯(lián)軸器13安裝在軸承5上，再通過支撐固定板固連在外殼1上，這樣防止其剛度不足，引起傳動精度降低的弊端。螺紋滑塊6與往復絲杠軸12配合安裝，并和螺紋滑塊連接桿7固接在一起。往復絲杠軸12的末端連接軸承11，再安裝在支撐固定板上，這樣使傳動精度得到保證。尾鰭固定軸10安裝在尾鰭旋轉(zhuǎn)支架8上，尾鰭9固接在尾鰭固定軸10上，一同可繞尾鰭旋轉(zhuǎn)支架8轉(zhuǎn)動。

在圖2c仿生推進裝置的尾鰭傳動機構(gòu)局部圖中，螺紋滑塊連接桿7穿過支撐固定板和尾鰭旋轉(zhuǎn)支架8上的小孔和傳動連桿19固接。同理，其余的滑塊底座18也與傳動連桿19通過定位連接銷20固接。尾鰭轉(zhuǎn)動連桿16和尾鰭固定軸10固接，轉(zhuǎn)動滑塊17套在尾鰭轉(zhuǎn)動連桿16上，并通過定位連接銷20連接在滑塊底座18上，其中，轉(zhuǎn)動滑塊17可繞定位連接銷20轉(zhuǎn)動，并可以在尾鰭轉(zhuǎn)動連桿16上滑動。

電機4的整周旋轉(zhuǎn)通過聯(lián)軸器13帶動往復絲杠軸12轉(zhuǎn)動，往復絲杠軸12的轉(zhuǎn)動可轉(zhuǎn)換為與其配合的螺紋滑塊6的直線往復運動，從而帶動與其固接的螺紋滑塊連接桿7作直線往復運動。因為傳動連桿19和螺紋滑塊連接桿7是固接的，因此傳動連桿19也會沿推進裝置軸線方向作直線往復運動。又滑塊底座18和傳動連桿19固接，并通過定位連接銷20和轉(zhuǎn)動滑塊17連接，所以在傳動連桿19在沿推進裝置軸線作直線往復運動時，會帶動轉(zhuǎn)動滑塊17作直線往復運動并伴隨著轉(zhuǎn)動，此時尾鰭轉(zhuǎn)動連桿16在轉(zhuǎn)動滑塊17中伸縮。從而使尾鰭固定軸10繞尾鰭旋轉(zhuǎn)支架8轉(zhuǎn)動，最終轉(zhuǎn)換為尾鰭9的往復拍動。

該多魚鰭結(jié)構(gòu)仿生推進裝置的推進原理：通過電機帶動往復絲杠轉(zhuǎn)動，使與其配合的螺紋滑塊作直線往復運動，帶動尾鰭連桿機構(gòu)，再轉(zhuǎn)換為尾鰭固定軸的往復轉(zhuǎn)動，最終實現(xiàn)尾鰭的往復拍動。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。