一种基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构制造技术

一种基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，属于仿生装置领域，其特征在于：包括摆动模块、鳍面支撑杆和柔性鳍面；摆动模块内设置有曲柄轴；摆动模块将曲柄轴的旋转运动转化为周期性摆动；每两个摆动模块之间通过在曲柄轴的转轴上设置万向节相连接；每一所述摆动模块的运动输出端均设置一鳍面支撑杆；鳍面支撑杆的夹持部可绕鳍面支撑杆的轴线旋转；柔性鳍面与所述鳍面支撑杆的夹持部相连接。采用模块化设计，摆动模块数量可以自由增减，从而改变波动鳍的长度和周期数，适用于不同的推进力需求；摆动模块间采用万向节连接，组成多向柔性的躯干骨架，可实现水下机器人的柔性躯干设计，从而模仿不同的生物形态，具有较高的可重构性和可扩展性。展性。展性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构


[0001]本专利技术属于仿生装置领域，尤其涉及一种基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构。

技术介绍

[0002]水下仿生机器人模仿自然界海洋生物的结构特征，具有推进效率高、低噪音和高隐蔽性等优点，适用于海洋生物科研和军事侦察等应用领域。根据推进方式的不同，水下仿生机器人可主要分为身体/尾鳍摆动推进式和带状胸鳍波动推进式两大类。其中，带状胸鳍波动推进式水下仿生机器人模仿了鳐鱼的结构形态，通过摆动机构带动躯干两侧的带状胸鳍产生波浪形运动，从而形成推进力驱使机器人运动。此类水下仿生机器人的波动鳍机构设计是影响其传动效率、仿生相似度和水下机动性的决定性因素。
[0003]当前波动鳍机构设计大多包含滑杆或凸轮机构，存在滑动高副，导致摩擦损耗大且传动效率低的问题；且现有技术中常将多个摆动鳍条直线串联，形成刚性的机器人主躯干，因此难以模仿生物鱼类的弧形轮廓和柔性躯体，导致仿生相似度和水下机动性不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决上述问题，提供一种基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构。
[0005]本专利技术所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，包括摆动模块、鳍面支撑杆和柔性鳍面；所述摆动模块设置有若干个；摆动模块数量可以自由增减，由波动鳍的波形周期数和单周期波形内的夹持点数量来确定，适用于不同的推进力需求；所述摆动模块内设置有曲柄轴；所述摆动模块将曲柄轴的旋转运动转化为周期性摆动，带动鳍面支撑杆作周期性往复摆动；每两个所述摆动模块之间通过在前述曲柄轴的转轴上设置万向节相连接；多个摆动模块通过多个万向节连接，组成了多向柔性的躯干骨架，将电机提供的外力所产生的回转运动同步传递至各个摆动模块；所述鳍面支撑杆包括连接部和夹持部；所述鳍面支撑杆通过连接部固连于前述摆动模块的运动输出端；每一所述摆动模块的运动输出端均设置一鳍面支撑杆；所述鳍面支撑杆的夹持部可绕鳍面支撑杆的轴线旋转；前述柔性鳍面与所述鳍面支撑杆的夹持部相连接。
[0006]电机提供的外力所产生的回转运动输入至某一摆动模块的曲柄轴，曲柄轴的持续回转运动转化为输出端的周期性摆动，带动鳍面支撑杆作周期性往复摆动。同时，该曲柄轴的回转运动通过万向节同步传递至其他摆动模块的曲柄轴，本专利技术所述的波动鳍机构作协调运动，进而带动柔性鳍面作波浪形运动。
[0007]进一步，本专利技术所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，所述摆动模块包括外框架和曲柄摇杆机构；所述外框架中空设置；所述曲柄摇杆机构设置于外框架内；设置外框架用于对曲
柄摇杆机构进行保护，同时便于摆动模块的组合使用；将外框架设置为中空，可有效降低本波动鳍机构的重量；所述曲柄摇杆机构包括回转轴承、曲柄轴、连杆、摇杆和摇杆转轴；前述曲柄轴包括有两个，对称设置于外框架的前端；所述外框架上与曲柄轴对应位置处设置有沉孔；所述摇杆转轴设置于外框架的尾端；所述摇杆套设于前述摇杆转轴上；所述曲柄轴的转轴上均套设一回转轴承；所述回转轴承嵌入前述外框架沉孔内；所述曲柄轴的转轴均延伸至外框架外；延伸至外框架外的转轴通过万向节与相邻的另一摆动模块相连接；所述连杆一端与前述曲柄轴相铰接，另一端与前述摇杆的前端相铰接；所述摇杆的尾端设置有夹头连接孔。
[0008]电机提供的外力所产生的回转运动输入至某一摆动模块的曲柄轴，曲柄轴的持续回转运动通过连杆带动摇杆作周期性往复摆动。同时，该曲柄轴的回转运动通过万向节同步传递至其他摆动模块的曲柄轴，本专利技术所述的波动鳍机构作协调运动，进而带动柔性鳍面作波浪形运动。
[0009]进一步，本专利技术所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，所述曲柄轴的转轴位于外框架外的部分设置为矩形截面的方轴；通过将该部分转轴设置为方轴，便于对其相位的调整，进而便于在与万向节固连时进行准确定位，从而使得相邻摆动模块之间具有符合预设要求的摆动相位差。
[0010]进一步，本专利技术所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，所述连接部的一端沿轴设置一通孔，另一端沿轴设置一开槽，开槽的两侧壁形成夹头；所述通孔与开槽相连通；所述通孔内嵌套设置一转动轴承；所述转动轴承的内孔内设置连接螺钉；所述连接螺钉从所述开槽的底部穿入经前述轴承的内孔后延伸至连接部外，与前述夹头连接孔相连接；该结构设置可使得夹持部可绕连接螺钉的轴线自由转动，从而使得鳍面支撑杆能够跟随柔性鳍面的波动适应夹持部位的角度变化，实现更为柔顺的摆动波形。
[0011]所述夹持部包括夹片；所述夹片有两个，分别通过其一端与前述开槽的内壁相连接。
[0012]进一步，本专利技术所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，所述连接部包括呈镜像对称结构设置的第一夹头部和第二夹头部两部分；所述连接部的两部分合并后在其前端形成一通孔，在其尾端形成一开槽；所述连接部的前端设置一套环，通过设置套环确保两部分的夹头组合牢固可靠；将连接部设置为对称的两部分结构，便于在进行本专利技术所述波动鳍机构的组装时，对于回转轴承及夹片的安装，提高组装效率；所述连接部采用尼龙材料制作，具有一定的弹塑性。
[0013]进一步，本专利技术所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，所述夹片与开槽之间通过在夹头上设置螺杆固定连接，同时通过调节螺杆与螺母间的作用力，使得夹头弹性变形，实现所述夹片之间的距离的调节。
[0014]进一步，本专利技术所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，所述外框架包括第一框架和第二框架两部分；所述第一框架和第二框架呈镜像对称结构。将外框架设置为对称的两部分结构，在进行本专利技术所述波动鳍机构的组装时，便于对曲柄摇杆机构的安装，从而提高组装效率。
[0015]进一步，本专利技术所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，所述第一框架的顶部和底部均设置一凸台；所述第二框架的顶部和底部均设置一凸台；所述第一框架上的凸台与所述第二框架上的凸台对称设置。通过凸台高度精确控制所述外框架的内部空间尺寸，实现曲柄摇杆机构的定位和保护。
[0016]进一步，本专利技术所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，所述曲柄轴位于前述外框架的前端底部；所述摇杆转轴位于外框架的尾端上部；所述连杆呈倾斜状设置。如此设置使得曲柄轴相对下沉位于仿生体躯干腹部，从而使得所述摆动模块的结构更为紧凑，所述波动鳍机构的空间布局更为合理。
[0017]进一步，本专利技术所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，所述连杆与曲柄轴和摇杆之间通过销钉相铰接。
[0018]本专利技术所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，具有以下技术效果：1）采用模块化设计，摆动模块数量可以自由增减，从而改变波动鳍的长度和周期数，适用于不同的推进力需求；2）相邻摆动模块间的相位差可根据需求自由调整，满足不同的波动柔顺性需求；3）多个摆动模块通过万向节连接实现同步串联的方式组成波动鳍机构，只需要一个电机就可以驱动一面柔性鳍运动；4）摆动模块全部由转动低副构成，集成度较高，具有结构简单可靠、空间占用小的优点；5）摆动模块间采用万向节连接，组成多向柔性的躯干骨架，可实现水下机器人的柔性躯干设计，从而模仿不同的生物形态，具有较高的可重构性和可扩展性。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，其特征在于：包括摆动模块、鳍面支撑杆和柔性鳍面；所述摆动模块设置有若干个；所述摆动模块内设置有曲柄轴；所述摆动模块将曲柄轴的旋转运动转化为周期性摆动；每两个所述摆动模块之间通过在前述曲柄轴的转轴上设置万向节相连接；所述鳍面支撑杆包括连接部和夹持部；所述鳍面支撑杆通过连接部固连于前述摆动模块的运动输出端；每一所述摆动模块的运动输出端均设置一鳍面支撑杆；所述鳍面支撑杆的夹持部可绕鳍面支撑杆的轴线旋转；前述柔性鳍面与所述鳍面支撑杆的夹持部相连接。2.根据权利要求1所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，其特征在于：所述摆动模块包括外框架和曲柄摇杆机构；所述外框架中空设置；所述曲柄摇杆机构设置于外框架内；所述曲柄摇杆机构包括回转轴承、曲柄轴、连杆、摇杆和摇杆转轴；前述曲柄轴包括有两个，对称设置于外框架的前端；所述外框架上与曲柄轴对应位置处设置有沉孔；所述摇杆转轴设置于外框架的尾端；所述摇杆套设于前述摇杆转轴上；所述曲柄轴的转轴上均套设一回转轴承；所述回转轴承嵌入前述外框架的沉孔内；所述曲柄轴的转轴均延伸至外框架外；所述连杆一端与前述曲柄轴相铰接，另一端与前述摇杆的前端相铰接；所述摇杆的尾端设置有夹头连接孔。3.根据权利要求2所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，其特征在于：所述曲柄轴的转轴位于外框架外的部分设置为矩形截面的方轴。4.根据权利要求3所述基于曲柄摇杆的模块化波动鳍机构，其特征在于：所述连接部的一端沿轴设置一通孔，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢惠祥，李传扬，王鑫峰，郭剑锋，桑媛园，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：