一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构制造技术

一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构，它涉及柔性仿生鱼结构技术领域。本发明专利技术为解决现有仿生鱼驱动频率低，能量损耗率大，并采用刚性结构，游动速度较慢，并且不能很好的适应多变的水下环境，且鱼身内部无法腾出大量空间承载的问题。本发明专利技术包括鱼头单元、鱼体单元、尾鳍单元、背鳍和两个胸鳍单元，鱼体单元的两侧相对设置有超弹性摆动梁，鱼头单元通过两个超弹性摆动梁驱动鱼体单元左右摆动，鱼头单元的两侧分别设置有胸鳍单元，鱼体单元的末端与尾鳍单元连接，背鳍固接在鱼体单元的顶端。本发明专利技术用于机器仿生鱼结构。本发明专利技术用于机器仿生鱼结构。本发明专利技术用于机器仿生鱼结构。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构


[0001]本专利技术涉及柔性仿生鱼结构
，具体涉及一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构。

技术介绍

[0002]机器仿生鱼是一种水下类鱼移动系统，涉及机电、材料、流体力学、控制、生物、能源、通讯的多种学科，身上装备有各种探测传感器，可以在复杂危险水下进行环境作业、水下救援，水域探查等任务，具有重要的研究价值和应用前景。
[0003]随着科学技术和人类社会的高速发展，陆地资源日益枯竭，占据地球绝大面积的海洋具有丰富的资源和巨大的开发价值，为了人类更加长远的发展，海洋资源的开发和利用已经成为世界各国研究终点。现有已经成熟的传统水下探索器多采用螺旋桨推进的驱动形式，但整体推进效率低，机动灵活性能差且噪声大，隐蔽性差；同时目前现有仿生鱼研究大多驱动频率低，能量损耗率大，并采用刚性结构，游动速度较慢，并且不能很好的适应多变的水下环境，且鱼身内部无法腾出大量空间承载。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有仿生鱼驱动频率低，能量损耗率大，并采用刚性结构，游动速度较慢，并且不能很好的适应多变的水下环境，且鱼身内部无法腾出大量空间承载的问题，进而提出一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0006]一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构包括鱼头单元、鱼体单元、尾鳍单元、背鳍和两个胸鳍单元，鱼体单元的两侧相对设置有超弹性摆动梁，鱼头单元通过两个超弹性摆动梁驱动鱼体单元左右摆动，鱼头单元的两侧分别设置有胸鳍单元，鱼体单元的末端与尾鳍单元连接，背鳍固接在鱼体单元的顶端。
[0007]进一步地，所述鱼头单元包括鱼头、鱼头安装座、摆动支架、摆动弯杆和摆动电机，鱼头罩扣在鱼头安装座前端面的外侧，摆动电机固装在鱼头安装座内，摆动电机的输出端与摆动弯杆的后端固接，摆动支架的后端与鱼头安装座的前端面转动连接，摆动支架的前端沿竖直方向设有滑槽，摆动弯杆的前端插装在滑槽内，摆动支架的左右两侧分别各与一个超弹性摆动梁的前端固接。
[0008]进一步地，所述鱼头安装座的中部设有圆槽，摆动电机通过外部法兰盘固接在圆槽内。
[0009]进一步地，所述胸鳍单元包括胸鳍、胸鳍滚转连接杆、胸鳍摆动连接杆、胸鳍同步带、胸鳍摆动舵机、胸鳍滚转电机和两个胸鳍同步带轮，胸鳍滚转电机固接在鱼头安装座的前端面上，胸鳍滚转电机的输出端与胸鳍滚转连接杆的一端固接，胸鳍滚转连接杆的另一端与胸鳍的内侧端固接，胸鳍摆动舵机固接在胸鳍滚转连接杆上，胸鳍摆动连接杆插装固接在胸鳍的内侧端内，胸鳍摆动舵机的输出端和胸鳍摆动连接杆上均固接有胸鳍同步带
轮，两个胸鳍同步带轮之间通过胸鳍同步带连接。
[0010]进一步地，所述胸鳍的内侧端面上设有安装槽，胸鳍摆动连接杆固接在安装槽内，胸鳍滚转连接杆的另一端固接有U形连接板，U形连接板的底端封闭端与胸鳍滚转连接杆另一端的端面固接，U形连接板的敞口端分别与安装槽的槽壁固接。
[0011]进一步地，所述鱼体单元包括仿生鱼体蒙皮、鱼尾安装座、两个鱼体柔性支架、多个椭圆弹簧和多个鱼体被动弹簧，两个鱼体柔性支架分别固接在鱼头安装座与鱼尾安装座之间的上下两侧，多个鱼体被动弹簧对称固接在鱼头安装座与鱼尾安装座之间，多个椭圆弹簧沿鱼体长度方向均布设置在鱼头安装座与鱼尾安装座之间，超弹性摆动梁的前端穿过鱼头安装座，超弹性摆动梁的后端与鱼尾安装座的前端固接，椭圆弹簧分别与超弹性摆动梁和鱼体柔性支架的内侧固接，仿生鱼体蒙皮包覆在超弹性摆动梁、椭圆弹簧和鱼体柔性支架的外侧。
[0012]进一步地，多个所述椭圆弹簧的外径由前至后依次递减。
[0013]进一步地，所述鱼体柔性支架的前端与鱼头安装座的后端面固接，鱼体柔性支架的后端与鱼尾安装座的前端固接，鱼体被动弹簧的前端通过弹簧钩子与鱼头安装座的后端面固接，鱼体被动弹簧的后端通过弹簧钩子与鱼尾安装座的前端固接。
[0014]进一步地，所述鱼尾单元包括尾鳍、尾鳍变刚度舵机、尾鳍连接销、尾鳍齿轮组和两个尾鳍弹性梁，尾鳍变刚度舵机插装固接在鱼尾安装座的后端面内，尾鳍变刚度舵机的输出端与尾鳍齿轮组的主动齿轮固接，两个尾鳍弹性梁对称设置在鱼尾安装座与尾鳍之间，尾鳍齿轮组的从动齿轮与尾鳍弹性梁的前端固接，尾鳍弹性梁的后端与尾鳍的前端面固接，鱼尾安装座与尾鳍之间的上下两侧分别各设有一个尾鳍连接杆，尾鳍连接杆的前端与鱼尾安装座的后端面固接，尾鳍的前端竖直插装有尾鳍连接销，尾鳍连接杆的后端通过尾鳍连接销与尾鳍转动连接。
[0015]进一步地，所述尾鳍齿轮组包括两个从动齿轮，尾鳍齿轮组的主动齿轮设置在两个从动齿轮之间，且分别与两个从动齿轮相啮合，尾鳍弹性梁的前端固接在从动齿轮端面上的一侧。
[0016]本专利技术与现有技术相比包含的有益效果是：
[0017]本专利技术提出了一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构，采用中空螺旋式非线性弹簧的鱼体骨骼，构建超弹性梁大变形致动的游动推进新机理以提高驱动效率以及携带负载的能力；采用鱼皮表面微观减阻的“仿生蒙皮外部减阻”与低能耗的“节能共振内部减阻”双重机制，形成柔性推进和减阻的水下仿生驱动构型以降低能量损耗率，加快游动的速度；同时鱼体采用柔性骨架，鱼尾实时变刚度等结构，具有较好的灵巧性和柔顺性以适应复杂多变的水下环境，更好的完成各种环境作业。
附图说明
[0018]图1是本专利技术基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构的外形图；
[0019]图2的本专利技术基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构去掉鱼头1、背鳍3、仿生鱼体蒙皮5和胸鳍单元后的结构示意图；
[0020]图3是图2中的K
‑
K向视图；
[0021]图4是本专利技术基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构的胸鳍单元中去掉
胸鳍2后的结构示意图；
[0022]图5是本专利技术基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构的胸鳍单元的结构示意图；
[0023]图6是本专利技术基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构的尾鳍单元的结构示意图；
[0024]图7是图6的左视图；
[0025]图8是图6中去掉尾鳍4后的右视图。
具体实施方式
[0026]具体实施方式一：结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构包括鱼头单元、鱼体单元、尾鳍单元、背鳍3和两个胸鳍单元，鱼体单元的两侧相对设置有超弹性摆动梁11，鱼头单元通过两个超弹性摆动梁11驱动鱼体单元左右摆动，鱼头单元的两侧分别设置有胸鳍单元，鱼体单元的末端与尾鳍单元连接，背鳍3固接在鱼体单元的顶端。
[0027]具体实施方式二：结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述鱼头单元包括鱼头1、鱼头安装座6、摆动支架7、摆动弯杆8和摆动电机9，鱼头1罩扣在鱼头安装座6前端面的外侧，摆动电机9固装在鱼头安装座6内，摆动电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构，其特征在于：它包括鱼头单元、鱼体单元、尾鳍单元、背鳍(3)和两个胸鳍单元，鱼体单元的两侧相对设置有超弹性摆动梁(11)，鱼头单元通过两个超弹性摆动梁(11)驱动鱼体单元左右摆动，鱼头单元的两侧分别设置有胸鳍单元，鱼体单元的末端与尾鳍单元连接，背鳍(3)固接在鱼体单元的顶端。2.根据权利要求1所述一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构，其特征在于：所述鱼头单元包括鱼头(1)、鱼头安装座(6)、摆动支架(7)、摆动弯杆(8)和摆动电机(9)，鱼头(1)罩扣在鱼头安装座(6)前端面的外侧，摆动电机(9)固装在鱼头安装座(6)内，摆动电机(9)的输出端与摆动弯杆(8)的后端固接，摆动支架(7)的后端与鱼头安装座(6)的前端面转动连接，摆动支架(7)的前端沿竖直方向设有滑槽，摆动弯杆(8)的前端插装在滑槽内，摆动支架(7)的左右两侧分别各与一个超弹性摆动梁(11)的前端固接。3.根据权利要求2所述一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构，其特征在于：所述鱼头安装座(6)的中部设有圆槽，摆动电机(9)通过外部法兰盘固接在圆槽内。4.根据权利要求2所述一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构，其特征在于：所述胸鳍单元包括胸鳍(2)、胸鳍滚转连接杆(15)、胸鳍摆动连接杆(16)、胸鳍同步带(17)、胸鳍摆动舵机(19)、胸鳍滚转电机和两个胸鳍同步带轮(18)，胸鳍滚转电机固接在鱼头安装座(6)的前端面上，胸鳍滚转电机的输出端与胸鳍滚转连接杆(15)的一端固接，胸鳍滚转连接杆(15)的另一端与胸鳍(2)的内侧端固接，胸鳍摆动舵机(19)固接在胸鳍滚转连接杆(15)上，胸鳍摆动连接杆(16)插装固接在胸鳍(2)的内侧端内，胸鳍摆动舵机(19)的输出端和胸鳍摆动连接杆(16)上均固接有胸鳍同步带轮(18)，两个胸鳍同步带轮(18)之间通过胸鳍同步带(17)连接。5.根据权利要求4所述一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构，其特征在于：所述胸鳍(2)的内侧端面上设有安装槽，胸鳍摆动连接杆(16)固接在安装槽内，胸鳍滚转连接杆(15)的另一端固接有U形连接板，U形连接板的底端封闭端与胸鳍滚转连接杆(15)另一端的端面固接，U形连接板的敞口端分别与安装槽的槽壁固接。6.根据权利要求2所述一种基于超弹性梁高频驱动的变刚度柔性仿生鱼结构，其特征在于：所述鱼体单元包括仿生鱼体蒙皮(5)、鱼尾安装座(...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟志忠，靳曦琛，展鹏瑞，姜洪洲，高海波，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：