一种水下仿生推进器制造技术

本发明专利技术公开了一种水下仿生推进器，包括推进器支架、动力装置、活塞装置、喷射装置、控制装置，所述动力装置、所述活塞装置、所述喷射装置、所述控制装置均安装在所述推进器支架上，所述控制装置的输入端与所述活塞装置的输出端通讯连接，所述控制装置的输出端分别与所述动力装置的输入端、所述喷射装置的输入端通讯连接，所述动力装置的输出端与所述活塞装置的输入端配合联接，所述活塞装置滑动联接于所述喷射装置中。本发明专利技术活塞装置模仿乌贼的外膜肌肉，密封舱模仿乌贼的漏斗状腹腔，压强传感器以及控制装置模仿乌贼的神经控制单元，吸水与喷射周期性的循环，使机器人获得源源不断的动力。

An Underwater Bionic Propeller

The invention discloses an Underwater Bionic propulsor, which comprises a propulsor bracket, a power device, a piston device, a jet device and a control device. The power device, the piston device, the jet device and the control device are all installed on the propulsor bracket. The input end of the control device is communicated with the output end of the piston device, and the control device is connected with each other. The output end of the power device is communicated with the input end of the power device and the input end of the injection device respectively. The output end of the power device is connected with the input end of the piston device, and the piston device is slidingly connected with the injection device. The piston device of the invention imitates the outer membrane muscle of squid, the sealing chamber imitates the funnel-shaped abdominal cavity of squid, the pressure sensor and the control device imitate the neural control unit of squid, and the cycle of water absorption and spraying is periodic, so that the robot obtains continuous power.

【技术实现步骤摘要】
一种水下仿生推进器
本专利技术涉及一种水下仿生推进器，属于水下推进器

技术介绍
随着人们对海洋的探索不断的深入，普通的潜水勘探技术已经无法满足人类对海洋探索的需求，越来越多的水下工作被水下机器人取代，但是由于水下推进器发展比较滞后，水下机器人在水中不能灵活地实现各种动作。对于那些体积较大的水下机器人还可以使用螺旋桨推进器来实现前进，但是对于那些体积微小水下机器人，传统的水下推进器就不再适用，同时水底环境复杂多变，因此非常需要灵活、高效的水下推进器使得水下机器人能适应多变的水底环境，尤其是在石油开采、海底矿藏调查、管道检修、海上养殖、江河水库检修以及军事等领域，体积小巧的水下推进器具有广阔的应用前景。目前国内外主要采用螺旋推进器作为各种水下机器人的动力装置，该方法主要依靠螺旋桨快速旋转，通过浆叶不断把大量的水向后推去，形成向前的推力。该方法存在以下一些缺点：第一，机构体积大、重量大，常见的水下推进器大多为一体式结构设计，其壳体为椭圆形，尾部安装螺旋桨，并且整体进行密封，同时需要外加连接部件才能与水下机器人连接，这样导致推进器整体结构复杂，体积以及重量较大，不利于该推进器运用于小型水下机器人领域；第二，对环境扰动大、噪音大，传统的螺旋桨推进器尾部安装螺旋桨，运用浆叶向后排水来达到前进的目的，这样在运转时具有非常大的噪声，对水底环境扰动较大；第三，响应速度低、灵活性差，传统的螺旋桨推进器利用浆叶旋转并向后排水来实现动力，由于水的巨大阻力，螺旋桨无法立即高速旋转使机器人获得爆发力，动力响应较慢。因此急需要一款能安装在小型水下机器人上，并且实现其灵活移动的仿生推进器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，解决上述技术问题，提出一种基于乌贼喷射推进原理、能够运用在小型机器人领域的水下仿生推进器。本专利技术采用如下技术方案：一种水下仿生推进器，其特征在于，包括推进器支架、动力装置、活塞装置、喷射装置、控制装置，所述动力装置、所述活塞装置、所述喷射装置、所述控制装置均安装在所述推进器支架上，所述控制装置的输入端与所述活塞装置的输出端通讯连接，所述控制装置的输出端分别与所述动力装置的输入端、所述喷射装置的输入端通讯连接，所述动力装置的输出端与所述活塞装置的输入端配合联接，所述活塞装置滑动联接于所述喷射装置中。作为一种较佳的实施例，动力装置包括交流伺服电机、传动齿轮组、偏心轮、连杆、连杆连接器，交流伺服电机的输出端通过联轴器与传动齿轮组的输入轴相联接，传动齿轮组的输出轴通过联轴器与偏心轮相联接，连杆的一端与偏心轮紧固连接，连杆的另一端通过连杆连接器与活塞装置紧固连接。作为一种较佳的实施例，活塞装置包括活塞体、压强传感器、活塞密封装置，活塞密封装置固定设置于活塞体的外表面上，压强传感器安装在活塞体的内端，活塞体的外端与动力装置紧固连接。作为一种较佳的实施例，活塞装置还包括弹簧卡圈、轴套、夹紧装置，活塞密封装置通过两个弹簧卡圈固定在活塞体上，轴套、夹紧装置分别套设在活塞体上，压强传感器通过夹紧装置固定在活塞体的内端，两个弹簧卡圈分别通过轴套、夹紧装置紧固在活塞体上。作为一种较佳的实施例，活塞体为中空轴零件，压强传感器的连接线从活塞体中间穿过，避免外部布线的缺陷。作为一种较佳的实施例，喷射装置包括密封舱、多路阀，多路阀固定设置于密封舱的一端，密封舱上位于多路阀的一侧分别设置有喷射口、进水口，喷射口沿密封舱的轴向分布，进水口沿密封舱的径向分布，喷射口、进水口分别通过多路阀与密封舱相连通，密封舱的内壁与活塞装置的外表面滑动连接。作为一种较佳的实施例，喷射口的口径小于进水口的口径，以保证快速吸水。作为一种较佳的实施例，多路阀根据密封舱中的压强变化，通过调节液体流向来控制喷射口与进水口，并与活塞装置在密封舱中的运动来调节水流的进出。作为一种较佳的实施例，控制装置包括控制器，控制器的输出端与多路阀的输入端通讯连接，控制器通过采集密封舱中的压强数据控制多路阀开通进水口或喷射口。作为一种较佳的实施例，活塞装置推入密封舱中在密封舱内形成正压，控制器控制多路阀打开喷射口，实现水流从喷射口喷射而出获得动力；活塞装置拔出时，密封舱内形成负压，控制器控制多路阀打开进水口，实现密封舱通过进水口快速吸水。本专利技术所达到的有益效果：第一，本专利技术主要基于乌贼喷射原理设计而成，本专利技术的仿生推进器利用喷射液体获得反作用力，其活塞装置模仿乌贼的外膜肌肉，利用该活塞装置的推进与拉出达到喷射与吸水的目的；本专利技术的密封舱模仿乌贼的漏斗状腹腔，该密封舱整体设计成圆柱结构，消除活塞的运动阻碍；压强传感器以及控制装置模仿乌贼的神经控制单元，利用算法控制吸水与喷射的速度与时间；第二，本专利技术结构简单高效，体积小巧、响应速度快，本专利技术主要用作小型水下机器人的水下推进器，因为工作原理采用乌贼喷射原理，结构主要分为动力装置、活塞装置、喷射装置以及控制装置，整体机构简单高效，因此本专利技术可以加工的非常小巧，由于采用喷射式方式获得动力，而水流可以在极短的时间内达到非常高的速度，响应速度较快；第三，本专利技术利用曲柄滑块原理进行动力转化，该结构是将交流伺服电机的圆周运动转化成直线运动，从而实现活塞体能够在密封舱内来回运动，达到吸水与喷射的功能，该机构主要由偏心轮、连杆、连杆连接器以及活塞体组成，结构简单便于通过伺服电机对活塞体运动速度的控制，同时大大减轻推进器的重量；第四，本专利技术利用多路阀控制进水口以及喷射口，其中喷射口的口径比进水口的口径要小很多，这样可以根据电机转速控制实现快速吸水，然后根据所需要的推进力进行喷射，由于进水口的口径较大，使密封舱吸水的时间极短，能够使仿生推进器达到接近连续喷射的理想状态；第五，本专利技术把活塞体设计成空心轴，实现活塞体上的压强传感器进行活塞体的内部走线，这样安装方便，消除了外部走线对活塞运动以及密封舱的密封性能的影响。附图说明图1是本专利技术的优选实施例的传动连接示意图。图2是本专利技术的喷射装置的结构示意图。图3是图2的A-A向剖视图的结构示意图。图4是本专利技术的整体结构示意图。图5是图4的C-C向剖视图的结构示意图。图中标记的含义：1-交流伺服电机，2-传动齿轮组，3-偏心轮，4-连杆，5-活塞体，6-轴套，7-弹簧卡圈，8-压强传感器，9-夹紧装置，10-喷射口，11-进水口，12-多路阀，13-密封舱，14-活塞密封装置，15-连杆连接器，16-推进器支架，17-控制器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。根据生物学相关知识可知，乌贼靠发达的外膜肌肉有节奏的膨胀与收缩，使其漏斗状的腹腔吸水，并且高速喷射出去，形成反作用力，实现身体的快速移动。本申请是在长期的研究过程中总结出乌贼快速移动的原理，并在此原理上设计出一款水下仿生推进器。其原理为：本专利技术的活塞装置模仿乌贼的外膜肌肉，密封舱13模仿乌贼的漏斗状腹腔，压强传感器8以及控制装置模仿乌贼的神经控制单元。本专利技术的一个工作周期的流程是：首先动力装置通过连杆4快速拉回活塞体5，此时密封舱13内形成负压，压强传感器8检测到负压并传递给控制器17，控制器17接收信号然后控制多路阀12打开进水口11，使水快速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下仿生推进器，其特征在于，包括推进器支架（16）、动力装置、活塞装置、喷射装置、控制装置，所述动力装置、所述活塞装置、所述喷射装置、所述控制装置均安装在所述推进器支架（16）上，所述控制装置的输入端与所述活塞装置的输出端通讯连接，所述控制装置的输出端分别与所述动力装置的输入端、所述喷射装置的输入端通讯连接，所述动力装置的输出端与所述活塞装置的输入端配合联接，所述活塞装置滑动联接于所述喷射装置中。

【技术特征摘要】
1.一种水下仿生推进器，其特征在于，包括推进器支架（16）、动力装置、活塞装置、喷射装置、控制装置，所述动力装置、所述活塞装置、所述喷射装置、所述控制装置均安装在所述推进器支架（16）上，所述控制装置的输入端与所述活塞装置的输出端通讯连接，所述控制装置的输出端分别与所述动力装置的输入端、所述喷射装置的输入端通讯连接，所述动力装置的输出端与所述活塞装置的输入端配合联接，所述活塞装置滑动联接于所述喷射装置中。2.根据权利要求1所述的一种水下仿生推进器，其特征在于，所述动力装置包括交流伺服电机（1）、传动齿轮组（2）、偏心轮（3）、连杆（4）、连杆连接器（15），所述交流伺服电机（1）的输出端通过联轴器与所述传动齿轮组（2）的输入轴相联接，所述传动齿轮组（2）的输出轴通过联轴器与所述偏心轮（3）相联接，所述连杆（4）的一端与所述偏心轮（3）紧固连接，所述连杆（4）的另一端通过所述连杆连接器（15）与所述活塞装置紧固连接。3.根据权利要求1所述的一种水下仿生推进器，其特征在于，所述活塞装置包括活塞体（5）、压强传感器（8）、活塞密封装置（14），所述活塞密封装置（14）固定设置于所述活塞体（5）的外表面上，所述压强传感器（8）安装在所述活塞体（5）的内端，所述活塞体（5）的外端与所述动力装置紧固连接。4.根据权利要求3所述的一种水下仿生推进器，其特征在于，所述活塞装置还包括弹簧卡圈（7）、轴套（6）、夹紧装置（9），所述活塞密封装置（14）通过两个所述弹簧卡圈（7）固定在所述活塞体（5）上，所述轴套（6）、所述夹紧装置（9）分别套设在所述活塞体（5）上，所述压强传感器（8）通过所述夹紧装置（9）固定在所述活塞体（5）的内端，两个所述弹簧卡圈（7）分别通过所述轴套（6）、所述夹紧装置（9）紧固在所述活塞体（5）上。5.根据权利要求3所述的一种水下仿生推进器，其特征在于，所述活塞体（5）为中空...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲军，赵春，安继飞，赵苏雅，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32