柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼制造技术

本发明专利技术提供一种柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼，包括一壳体模块(1)以及连接于所述壳体模块(1)的一动力与控制模块(2)、一传动模块(3)和一执行模块(4)；所述壳体模块(1)包括一头部段壳体、一尾部段壳体和若干中间段壳体；所述头部段壳体、所述中间段壳体和所述尾部段壳体依次柔性连接；所述动力与控制模块(2)通过所述传动模块(3)传动所述执行模块(4)。本发明专利技术的一种柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼，具有隐秘性能强、机动性能好、推进效率高、环境扰动小等特点，具有战场侦查、目标搜救等军事用途或生态监测、海洋救捞等民事用途。事用途。事用途。

【技术实现步骤摘要】
柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼


[0001]本专利技术涉及仿生机器鱼领域，尤其涉及一种柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼。

技术介绍

[0002]目前，海洋资源勘测、军事等领域对高性能水下推进器需求高涨，然而传统的水下推进器多采用螺旋桨推进，该推进形式在效率、能耗、机动能力和噪音等方面存在不足。
[0003]水生生物经过几亿年的进化，展现出多种高效率、高机动性能的推进形式，研究人员受此启发设计出了大量仿生机器鱼，仿生推进形式带来的优异性能使得该领域受到了越来越多的关注。
[0004]本专利技术以一种海扁虫为仿生对象，其采用中央鳍/对鳍(medianand/or paired fin,MPF)鱼鳍波动推进模式，相比于以鳐鱼为代表的MPF鱼鳍摆动推进和常见的以沙丁鱼为代表的身体/尾鳍(body and/or caudalfin,BCF)推进，具有低速下效率高、机动性高和低流体扰动等优点。
[0005]据文献调研，早在1926年美国学者Breder介绍了一种轴驱式波动鳍推进器，受限于当时技术局限电机普遍尺寸偏大且功率低下，该种轴驱动式方案性能孱弱。近年来，随着大功率紧凑化的电机逐渐普及，湖南大学提出了改进的轴驱式传动设计，进一步优化实现一传动轴同时驱动多面鳍，德国Festo公司开发出一款柔性波动鳍机器鱼，通过万向节链接每一段曲轴实现了俯仰方向的柔性运动，但是这类轴驱式设计中曲轴节与节之间角度差值无法在运动中调节，故无法实现相邻鳍条之间相位改变，导致鳍面型状不可改变，机动性能和仿真程度有局限。另一类驱动采用若干小型电机(舵机)直接驱动方案，每一根鳍条对应一个电机(舵机)，代表性的有美国西北大学Curet设计的魔鬼鱼仿生机器鱼，这种多电机方案可通过编程实现多种鳍面形状的改变，但是其机构自由度远大于运动自由度，具有自由度上的冗余，以机构设计的角度该方案较不明智，同时多鳍面由多个电机配合驱动对协调控制提出了较高要求，且电机数量太多使其在可靠性和成本方面都处于劣势。
[0006]专利申请号为：201910456542.2公开了一种单驱动波动鳍推进装置及仿生水下航行器，其传动装置是曲轴实现的，而本机器鱼是通过齿轮轮系实现传动，二者传动方式不同。专利申请号为：201710221233.8公开了一种带波动鳍的仿生水下滑翔机，其目的是为解决传统水下滑翔机缺乏动力源及有效通讯手段，主体水下滑翔机是刚性的，而本机器鱼实现的目标是柔性的仿生机器鱼。专利申请号为：202010657075.2公开了一种水陆两栖仿生机器人，其摆动组件是共轭凸轮机构，而本机器鱼的摆动组件是行星轮系和连杆，可实现摆动频率的改变。
[0007]因此，综合考虑传统水下推进器的效率低、机动性差、噪音大等因素，本专利技术提出一种柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼，旨在模拟海扁虫的运动方式，通过行星轮系实现对鳍波动，且波形频率、振幅可变的运动形式。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼，具有隐秘性能强、机动性能好、推进效率高、环境扰动小等特点，具有战场侦查、目标搜救等军事用途或生态监测、海洋救捞等民事用途。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供一种柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼，包括一壳体模块以及连接于所述壳体模块的一动力与控制模块、一传动模块和一执行模块；所述壳体模块包括一头部段壳体、一尾部段壳体和若干中间段壳体；所述头部段壳体、所述中间段壳体和所述尾部段壳体依次柔性连接；所述动力与控制模块通过所述传动模块传动所述执行模块。
[0010]优选地，所述头部段壳体包括一头部外壳、一支撑台和三电机座；所述支撑台固定于所述头部外壳内，所述支撑台上固定有所述电机座；所述头部外壳邻近所述中间段壳体的一端设置有一隔板；
[0011]所述中间段壳体包括一中间外壳，所述中间外壳的两端分别设置有一所述隔板；
[0012]所述尾部段壳体包括一尾部外壳，所述尾部外壳邻近所述中间段壳体的一端设置有一所述隔板；
[0013]所述中间外壳和所述尾部外壳内固定有若干轴承座组件；所述头部外壳和所述尾部外壳分别设置有一舵机安装槽；
[0014]所述隔板形成三个通孔，所述通孔内设置有动密封件；
[0015]所述头部外壳、所述中间外壳和所述尾部外壳分别包括通过螺栓固定的上部壳体和下部壳体；
[0016]所述上部壳体和对应的所述下部壳体之间、所述隔板与所述头部外壳之间、所述隔板与所述中间外壳之间和所述隔板与所述尾部外壳之间设置有静密封件。
[0017]优选地，所述静密封件包括密封条；所述动密封件包括格莱圈。
[0018]优选地，所述头部外壳、所述中间外壳和所述尾部外壳呈流线型且外侧形成孔道。
[0019]优选地，所述动力与控制模块包括三动力输出轴、三法兰、两推进电机、一调相电机、三电调、一控制板和一电池；所述电池与所述控制板电连接；所述控制板通过所述电调与所述推进电机和所述调相电机电连接；所述推进电机和所述调相电机分别通过一所述法兰连接一所述动力输出轴；所述动力输出轴柔性传动连接所述传动模块；所述推进电机和所述调相电机固定于所述电机座上且所述推进电机设置于所述调相电机的两侧；所述电调、所述控制板和所述电池固定于所述头部段壳体。
[0020]优选地，所述传动模块包括若干传动单元，每一所述中间段壳体内设置有一所述传动单元；
[0021]每一所述传动单元包括：一调相轴、若干轴向限位件、若干周向限位件、两推进输入轴、三调相中心齿轮、四行星架齿轮、两行星架轴、四推进中心齿轮、两减速齿轮组和三万向节；所述调相轴和所述推进输入轴通过所述轴承座组件可旋转地连接于所述中间外壳内；一所述调相中心齿轮固定于所述调相轴并邻近所述调相轴的第一端，另外两所述调相中心齿轮通过所述轴向限位件轴向限位地分别枢接于两所述推进输入轴，且枢接于两所述推进输入轴的所述调相中心齿轮分别与固定于所述调相轴的所述调相中心齿轮啮合；所述行星架轴分别轴向限位地枢接于连接于两所述推进输入轴的两所述调相中心齿轮的偏心
处；每一所述行星架轴远离所述调相轴的第一端的一侧间隔固定有两所述行星架齿轮；每一所述推进输入轴远离所述调相轴的第一端的一端连接有一所述推进中心齿轮，该推进中心齿轮分别与对应的邻近所述调相中心齿轮的一所述行星架齿轮啮合；远离所述调相中心齿轮的另两所述行星架齿轮分别与另两所述推进中心齿轮啮合，该推进中心齿轮分别通过一所述减速齿轮组传动连接一所述万向节并通过该万向节连接所述执行模块和下一所述传动单元的所述推进输入轴或通过该万向节与所述尾部段壳体枢接；所述调相轴的第二端连接另一万向节并通过该万向节连接下一所述传动单元的所述调相轴的第一端或通过该万向节与所述尾部段壳体枢接；所述调相电机连接的所述动力输出轴通过一所述万向节传动连接相邻的一所述传动单元的所述调相轴；两所述推进电机连接的所述动力输出轴分别通过一所述万向节传动连接所述推进输入轴。
[0022]优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼，其特征在于，包括一壳体模块(1)以及连接于所述壳体模块(1)的一动力与控制模块(2)、一传动模块(3)和一执行模块(4)；所述壳体模块(1)包括一头部段壳体、一尾部段壳体和若干中间段壳体；所述头部段壳体、所述中间段壳体和所述尾部段壳体依次柔性连接；所述动力与控制模块(2)通过所述传动模块(3)传动所述执行模块(4)。2.根据权利要求1所述的柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼，其特征在于，所述头部段壳体包括一头部外壳(11)、一支撑台(15)和三电机座(16)；所述支撑台(15)固定于所述头部外壳(11)内，所述支撑台(15)上固定有所述电机座(16)；所述头部外壳(11)邻近所述中间段壳体的一端设置有一隔板(12)；所述中间段壳体包括一中间外壳，所述中间外壳的两端分别设置有一所述隔板(12)；所述尾部段壳体包括一尾部外壳，所述尾部外壳邻近所述中间段壳体的一端设置有一所述隔板(12)；所述中间外壳和所述尾部外壳内固定有若干轴承座组件(17)；所述头部外壳(11)和所述尾部外壳分别设置有一舵机安装槽(18)；所述隔板(12)形成三个通孔，所述通孔内设置有动密封件；所述头部外壳(11)、所述中间外壳和所述尾部外壳分别包括通过螺栓固定的上部壳体和下部壳体；所述上部壳体和对应的所述下部壳体之间、所述隔板(12)与所述头部外壳(11)之间、所述隔板(12)与所述中间外壳之间和所述隔板(12)与所述尾部外壳之间设置有静密封件。3.根据权利要求2所述的柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼，其特征在于，所述静密封件包括密封条(13)；所述动密封件包括格莱圈(14)。4.根据权利要求3所述的柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼，其特征在于，所述头部外壳(11)、所述中间外壳和所述尾部外壳呈流线型且外侧形成孔道。5.根据权利要求4所述的柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼，其特征在于，所述动力与控制模块(2)包括三动力输出轴(21)、三法兰(22)、两推进电机(23)、一调相电机(24)、三电调(25)、一控制板(26)和一电池(27)；所述电池(27)与所述控制板(26)电连接；所述控制板(26)通过所述电调(25)与所述推进电机(23)和所述调相电机(24)电连接；所述推进电机(23)和所述调相电机(24)分别通过一所述法兰(22)连接一所述动力输出轴(21)；所述动力输出轴(21)柔性传动连接所述传动模块(3)；所述推进电机(23)和所述调相电机(24)固定于所述电机座(16)上且所述推进电机(23)设置于所述调相电机(24)的两侧；所述电调(25)、所述控制板(26)和所述电池(27)固定于所述头部段壳体。6.根据权利要求5所述的柔性轴驱式对鳍波动波形可变仿生机器鱼，其特征在于，所述传动模块(3)包括若干传动单元，每一所述中间段壳体内设置有一所述传动单元；每一所述传动单元包括：一调相轴(31)、若干轴向限位件、若干周向限位件、两推进输入轴(34)、三调相中心齿轮(35)、四行星架齿轮(36)、两行星架轴(37)、四推进中心齿轮(38)、两减速齿轮组(39)和三万向节(310)；所述调相轴(31)和所述推进输入轴(34)通过所述轴承座组件(17)可旋转地连接于所述中间外壳内；一所述调相中心齿轮(35)固定于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松恺，韩泽超，吴家琪，郭灵岚，王岩，张执南，盛鑫军，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：