一种柔性电动仿生鱼鳍制造技术

本发明专利技术提供一种柔性电动仿生鱼鳍，包括鳍部和电机驱动部，通过基座安装到仿生机器人的主体框架上，鳍部包括框架结构、鳍部摆动机构和鳍部扭动机构，鳍部摆动机构由两条具有韧性的弹性带驱动，两条弹性带由安装在基座的电动驱动部同步驱动，分别沿着鳍方向以相反的速度和方向往复运动，两条所述弹性带之间铰接有框架结构，鳍部扭动机构包括鳍部内的万向节和通过万向节连接的长轴，万向节连接的长轴由安装在基座的电动驱动部驱动，使鳍部绕根部扭转。本发明专利技术采用多段万向节联轴器驱动鱼鳍扭动，同时变截面弹性带使仿生鱼鳍装置摆动刚度更加贴合真实鱼鳍刚度，扭动与摆动叠合作用使得运动更加仿生，提高了鳍部摆动功率，提升了仿生鱼的游动速度。鱼的游动速度。鱼的游动速度。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电动仿生鱼鳍


[0001]本专利技术属于仿生鱼结构设计
，特别涉及一种具有鳍部扭动功能的柔性电动仿生鱼鳍。

技术介绍

[0002]21世纪海洋开发活动更加频繁，水下仿生机器人在海洋环境、海洋资源探测等领域具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值。仿生鱼水下机器人是水下仿生机器人的重要研究方向之一。鱼鳍是鱼的游泳器官，在鱼的游动过程中起到了极其重要的作用。鱼鳍不仅仅是鱼游泳的驱动部分之一，还起到了控制鱼泳姿和速度的作用。因此仿生鱼鳍技术是仿生鱼水下机器人的关键技术之一。由于仿生鱼鳍在仿生鱼水下机器人游泳的时候同时起到多个作用，因此对仿生鱼鳍的仿生效果有着比较高的要求。针对水下智能仿生领域中的仿生鱼鳍的研究发现，目前水下仿生鱼鳍多采用单关节厚鳍面回转运动或舵机牵拉卷曲鱼鳍，前者结构导致推进效率较低且仿生度较差，后者普通舵机扭矩小。现有仿生鱼水下机器人的鳍部大部分采用的的电机驱动鳍部上下摆动，且鳍部为刚性鳍部。这种方法鱼鳍摆动比较僵硬，驱动能力差，仿生效果不足。

技术实现思路

[0003]本专利技术所解决的技术问题是提供一种采用自主设计的电机作为动力源使扭矩远大于普通舵机且鳍部由变截面弹性带驱动，增加了鳍部扭动功能的柔性电动仿生鱼鳍，解决了鱼鳍摆动比较僵硬，驱动能力差，仿生效果不足的问题。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：一种柔性电动仿生鱼鳍，包括鳍部和电机驱动部，通过基座安装到仿生机器人的主体框架上，所述鳍部包括框架结构、鳍部摆动机构和鳍部扭动机构，所述鳍部摆动机构由两条具有韧性的弹性带驱动，两条弹性带由安装在基座的电动驱动部同步驱动，分别沿着鳍方向以相反的速度和方向往复运动，两条所述弹性带之间铰接有框架结构，所述鳍部扭动机构包括鳍部内的万向节和通过万向节连接的长轴，万向节连接的长轴由安装在基座的电动驱动部驱动，使鳍部绕根部扭转，所述长轴为同轴的多段结构，与多个万向节连接，沿鳍方向，鳍根部第一段长轴的后端与电动驱动部连接，前端与第一万向节铰接，第一万向节的前端与第二段长轴铰接，第二段长轴的前端与第二万向节铰接...按此依次连接，直到最前端的万向节的后端与长轴铰接，前端与鳍尖连接，每个长轴通过轴承组件承托轴承座固定在框架结构上，所述万向节沿径向可转动沿轴向可伸缩。
[0005]优选的，所述弹性带为具有刚度的可弯折带体，所述弹性带长度方向上的横截面面积是变化的，在鳍部根部截面面积最大，沿鳍方向逐渐变小，在鳍尖部截面面积最小。
[0006]优选的，所述框架结构包括刚性鳍型框架和支撑框架和鳍尖，所述刚性鳍型框架为沿鳍方向平行等间隔布置的多个刚性鳍型框架，每个刚性鳍型框架的首尾两端为带有弧度的三角形框架仿形鱼鳍在该位置的横截面形状，首端三角形框架尾侧连接有支撑框架，该支撑框架与尾端三角形框架之间通过横梁连接，在鳍部根部的刚性鳍型框架最大，沿鳍
方向逐渐变小，在相邻两刚性鳍型框架之间布置有独立的支撑框架，全部的支撑框架平行且几何中心在同一直线上，所述支撑框架为上下两端固定有合页的矩形框架，鳍尖为两个刚性鳍型框架首侧通过一个平板固定连接一体。
[0007]优选的，所述电动驱动部包括扭动驱动部和摆动驱动部，所述摆动驱动部包括第一电机、齿轮、齿条，通过第一电机带动齿轮和齿条使弹性带往复运动，所述扭动驱动部包括第二电机，所述第二电机连接长轴的一端将扭转力通过长轴和万向节传递至鳍尖处。
[0008]优选的，所述刚性鳍型框架之间具有弹性连接，所述弹性连接为弹力绳沿鳍方向依次穿过刚性鳍型框架并与之弹性连接，与鳍部摆动机构配合完成鳍部整体的连贯摆动，既避免鳍部首端受鳍部摆动机构驱动时尾端呈现散开姿态，又使鳍部尾端柔和随型仿生效果更好。
[0009]优选的，所述弹性带位于支撑框架上下两端，弹性带与支撑框架的合页一侧连接。
[0010]优选的，所述鳍部摆动机构位于支撑框架的上下两面，所述鳍部扭动机构穿过支撑框架内孔。
[0011]优选的，每个所述刚性鳍型框架的外轮廓所围面积与弹性带在该刚性鳍型框架连接位置的截面面积线性相关。
[0012]优选的，所述弹性连接有两个，分别位于鳍部的中心线和鳍部的尾侧。
[0013]优选的，所述鳍部外面包裹有仿生蒙皮。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]1、本专利技术采用多段万向节联轴器驱动鱼鳍扭动，同时变截面弹性带使仿生鱼鳍装置摆动刚度更加贴合真实鱼鳍刚度，扭动与摆动叠合作用使得运动更加仿生。
[0016]2、本专利技术的摆动驱动部利用了齿轮齿条机构驱动两个弹性带同步地双向往复运动，齿轮齿条传动方式传递动力大，提高了鳍部摆动功率，提升了仿生鱼的游动速度；齿轮齿条传动方式传动比准确，寿命长，提高了仿生鱼鳍驱动装置的可靠性。
[0017]3、扭动驱动和摆动驱动分别由各自对应的电机单独控制，可以共同作用也可以单一作用，能够根据实际路线规划编辑控制程序，增强了仿生鱼的控制方向的能力。
附图说明
[0018]图1为一种柔性电动仿生鱼鳍结构示意图；
[0019]图2为摆动驱动部结构示意图；
[0020]图3为鳍部扭动机构结构示意图。
[0021]附图标记：1
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首端三角形框架，2
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弹性带，3
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弹力绳，4
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横梁，5
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尾端三角形框架，6
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鳍尖，7
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齿条，8
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齿轮，9
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第一电机，10
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基座，11
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支撑框架，12
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合页，13
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第二电机，14
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长轴，15
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万向节，16
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轴承组件，17
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固定座。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以图1的视图方向，靠近仿生鱼首部为首端，靠近仿生鱼尾部为尾端，沿鳍方向，靠近鳍尖一侧为前端，靠近鳍根部一侧为后端，上下与视图方向的上下一致。
[0023]如图1所示，一种柔性电动仿生鱼鳍，包括鳍部和电机驱动部，鳍部外面包裹有仿生蒙皮，通过基座10安装到仿生机器人的主体框架上，基座10为组合板结构，根据各个固定在其上的结构件合理布置结构使各个结构件相对于仿生机器人的主体框架位置固定。鳍部包括框架结构、鳍部摆动机构和鳍部扭动机构，鳍部摆动机构由两条具有韧性的弹性带2驱动，两条弹性带2由安装在基座10的摆动驱动部驱动，如图2所示，摆动驱动部包括第一电机9、齿轮8、齿条7，第一电机9的输出轴上安装齿轮8，通过第一电机9带动齿轮8转动进而使上下两侧分别与齿轮8啮合的两个齿条7往复运动，齿条7固定在弹性带2上，使弹性带2分别沿着鳍方向以相反的速度和方向往复运动从而驱动鳍部模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性电动仿生鱼鳍，其特征在于：包括鳍部和电机驱动部，通过基座安装到仿生机器人的主体框架上，所述鳍部包括框架结构、鳍部摆动机构和鳍部扭动机构，所述鳍部摆动机构由两条具有韧性的弹性带驱动，两条弹性带由安装在基座的电动驱动部同步驱动，分别沿着鳍方向以相反的速度和方向往复运动，两条所述弹性带之间铰接有框架结构，所述鳍部扭动机构包括鳍部内的万向节和通过万向节连接的长轴，万向节连接的长轴由安装在基座的电动驱动部驱动，使鳍部绕根部扭转，所述长轴为同轴的多段结构，与多个万向节连接，沿鳍方向，鳍根部第一段长轴的后端与电动驱动部连接，前端与第一万向节铰接，第一万向节的前端与第二段长轴铰接，第二段长轴的前端与第二万向节铰接...按此依次连接，直到最前端的万向节的后端与长轴铰接，前端与鳍尖连接，每个长轴通过轴承组件承托轴承座固定在框架结构上，所述万向节沿径向可转动沿轴向可伸缩。2.根据权利要求1所述的一种柔性电动仿生鱼鳍，其特征在于：所述弹性带为具有刚度的可弯折带体，所述弹性带长度方向上的横截面面积是变化的，在鳍部根部截面面积最大，沿鳍方向逐渐变小，在鳍尖部截面面积最小。3.根据权利要求1所述的一种柔性电动仿生鱼鳍，其特征在于：所述框架结构包括刚性鳍型框架和支撑框架和鳍尖，所述刚性鳍型框架为沿鳍方向平行等间隔布置的多个刚性鳍型框架，每个刚性鳍型框架的首尾两端为带有弧度的三角形框架仿形鱼鳍在该位置的横截面形状，首端三角形框架尾侧连接有支撑框架，该支撑框架与尾端三角形框架之间通过横梁连接，在鳍部根部的刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕昊，王猛，高存强，苏宗帅，王宝新，方学林，回志姗，高超，许艳云，朱秀峰，裴允嘉，
申请(专利权)人：沈阳航天新光集团有限公司，
类型：发明
国别省市：