專利名稱：一種機(jī)器魚復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種機(jī)器魚復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)彎裝置，特別是一種應(yīng)用于機(jī)器魚上的復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置，屬于 水下機(jī)器人研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]目前，海洋和陸上對(duì)水體測(cè)量監(jiān)控的需求非常廣，主要有以下幾大方面養(yǎng)殖 監(jiān)測(cè)方面，如水產(chǎn)養(yǎng)殖、海洋牧場(chǎng)；污染監(jiān)測(cè)方面，如水體河口污染，非法偷排；水質(zhì) 監(jiān)測(cè)方面，如海洋發(fā)電系統(tǒng)等對(duì)水質(zhì)有較高的要求的場(chǎng)所；其它監(jiān)測(cè)方面，如珊瑚礁監(jiān) 控、石油開采平臺(tái)監(jiān)控、管道監(jiān)控系統(tǒng)、城市水源地的反恐性監(jiān)控等。如此巨大的需求 量，急需一種高效、穩(wěn)定的水體環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)。[0003]水體監(jiān)測(cè)現(xiàn)在分為固定傳感器采樣、人工采樣和移動(dòng)傳感器采樣三種。機(jī)器人 作為水下科研的重要輔助儀器，它具有立體監(jiān)控和移動(dòng)監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，然而其對(duì)水體干擾 大的缺點(diǎn)，影響了水下機(jī)器人完美的完成工作。[0004]仿生機(jī)器魚不僅可以進(jìn)行立體監(jiān)控、移動(dòng)監(jiān)測(cè)，還有對(duì)水體干擾小的特點(diǎn)。然 而當(dāng)前機(jī)器魚的驅(qū)動(dòng)效率并不高，轉(zhuǎn)彎半徑太大，使其不能逼真的實(shí)現(xiàn)魚流暢自如的運(yùn) 動(dòng)，不能完全達(dá)到仿生機(jī)器魚對(duì)水體干擾小的要求。[0005]專利號(hào)為03129536.3的機(jī)器魚發(fā)明專利，其將魚體分為頭部驅(qū)動(dòng)、控制轉(zhuǎn)彎的 魚身和尾部三段，可以實(shí)現(xiàn)魚的波動(dòng)前進(jìn)，另外利用水流對(duì)機(jī)器魚腹鰭的反推力和機(jī)器 魚的單側(cè)擺尾共同實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚的轉(zhuǎn)彎，但其結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，能耗較大，需要技術(shù)改進(jìn)。本 發(fā)明將魚頭、魚鰭和魚尾三者有機(jī)結(jié)合且單獨(dú)采用一個(gè)電機(jī)控制轉(zhuǎn)彎，采用標(biāo)準(zhǔn)件作為 零件，簡(jiǎn)化機(jī)器魚的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同時(shí)，提高其仿真性，有效提升機(jī)器魚運(yùn)動(dòng)的靈活度。發(fā)明內(nèi)容[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)提供一種應(yīng)用于機(jī)器魚上的復(fù)合 轉(zhuǎn)彎裝置，幫助仿真機(jī)器魚實(shí)現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)彎。[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種機(jī)器魚復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置，分為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部件都定位在魚身的骨架上。[0008]本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤邊緣處設(shè)有銷釘孔，擺桿 上開有銷釘槽，銷釘穿過銷釘槽連接擺桿與轉(zhuǎn)盤。擺桿上銷釘槽的長(zhǎng)度等于銷釘在轉(zhuǎn)盤 上轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的兩倍。[0009]擺桿的末端與魚尾固定連接，擺桿靠近末端處設(shè)有尾轉(zhuǎn)軸，它是擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的支 點(diǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，銷釘帶動(dòng)擺桿以尾轉(zhuǎn)軸為支點(diǎn)擺動(dòng)，銷釘則相對(duì)于擺桿在擺桿槽中 移動(dòng)。銷釘只限制擺桿垂直于轉(zhuǎn)盤方向的一個(gè)移動(dòng)自由度，當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)一周，相對(duì)于銷 釘槽，銷釘在銷釘槽中做一次往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于擺動(dòng)支點(diǎn)，擺桿繞尾轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)一個(gè) 周期。直流電機(jī)、轉(zhuǎn)盤、擺桿和尾轉(zhuǎn)軸共同控制魚尾對(duì)稱擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)魚體前進(jìn)。[0010]固定在骨架上的步進(jìn)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)三聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸穿過骨架上設(shè)置的軸承，通過鍵、鍵槽與主齒輪連接。主齒輪與副齒輪相嚙合。與擺桿的后部 連接的尾轉(zhuǎn)軸固定在副齒輪偏心處，轉(zhuǎn)盤及尾轉(zhuǎn)軸支撐著擺桿位于主齒輪與副齒輪的上 部空間。[0011]頭轉(zhuǎn)軸銷釘兩頭各設(shè)有一個(gè)鋼絲孔，且與設(shè)置在骨架上的頭轉(zhuǎn)軸呈十字架狀； 鰭轉(zhuǎn)軸銷釘兩頭各設(shè)有一個(gè)鋼絲孔，且與設(shè)置在骨架上的鰭轉(zhuǎn)軸呈十字架狀；主齒輪銷 釘兩頭各設(shè)有一個(gè)鋼絲孔，且與設(shè)置在骨架上的軸承外側(cè)固連，初始方向垂直于機(jī)器魚 的對(duì)稱中心線。[0012]兩根鋼絲分別穿入三個(gè)銷釘兩側(cè)的小孔，將頭轉(zhuǎn)軸銷釘、鰭轉(zhuǎn)軸銷釘、主齒輪 銷釘串聯(lián)。當(dāng)主齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器魚的頭轉(zhuǎn)軸和鰭轉(zhuǎn)軸也會(huì)以設(shè)定的方式轉(zhuǎn)向，同時(shí)， 主齒輪會(huì)帶動(dòng)副齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使尾轉(zhuǎn)軸即擺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)偏離魚體的對(duì)稱中心線，此時(shí)往 復(fù)擺動(dòng)的魚尾不僅是驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚前進(jìn)，而是驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚邊前進(jìn)邊轉(zhuǎn)彎。當(dāng)鋼絲帶動(dòng)頭轉(zhuǎn) 軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，魚頭也會(huì)跟著轉(zhuǎn)向；同理，當(dāng)鋼絲帶動(dòng)鰭轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，魚鰭也會(huì)跟著轉(zhuǎn)向。 頭、鰭、尾三聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，魚尾、魚鰭和魚頭在鋼絲的牽扯下共同改變角度，增大 水流對(duì)魚頭部及魚鰭的反推力，提高機(jī)器魚的轉(zhuǎn)彎效率。[0013]本發(fā)明的有益效果是提供了一種機(jī)器魚的復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置，對(duì)魚頭、魚鰭和魚 尾三者進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，提高了機(jī)器魚的轉(zhuǎn)彎效率，節(jié)約轉(zhuǎn)彎耗能，縮小轉(zhuǎn)彎半徑。


[0014]圖1是發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；[0015]圖2是本發(fā)明的鰭轉(zhuǎn)軸銷釘示意圖；具體實(shí)施例[0016]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。[0017]一種機(jī)器魚復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置，裝在機(jī)器魚的腹腔內(nèi)，控制機(jī)器魚前進(jìn)及轉(zhuǎn)彎。[0018]驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1和聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2都定位在骨架3上。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1的直流電機(jī)11固 定在骨架3上，其輸出軸穿過骨架3上的孔，與轉(zhuǎn)盤12連接，傳輸動(dòng)力使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。[0019]擺桿13的前部開有一段銷釘槽131，其長(zhǎng)度等于銷釘14在轉(zhuǎn)盤12上的轉(zhuǎn)動(dòng)半 徑的兩倍。銷釘14穿過銷釘槽131連接擺桿13與轉(zhuǎn)盤12。擺桿13后部通過尾轉(zhuǎn)軸15 與副齒輪23偏心連接，尾轉(zhuǎn)軸15是擺桿的擺動(dòng)支點(diǎn)。擺桿13的末端插在魚尾16的卡 口上，二者固定連接。[0020]聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2由步進(jìn)電機(jī)21驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)21的動(dòng)力輸出軸通過鍵、鍵槽與 主齒輪22的連接，副齒輪23與主齒輪22嚙合。[0021]用兩根鋼絲M分別從兩側(cè)穿過頭轉(zhuǎn)軸銷釘251的鋼絲孔2511、鰭轉(zhuǎn)軸銷釘261 的鋼絲孔沈11、主齒輪銷釘221的鋼絲孔2211，將頭轉(zhuǎn)軸銷釘251、鰭轉(zhuǎn)軸銷釘沈1、主 齒輪銷釘221串聯(lián)，組成頭、鰭、尾三聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。[0022]當(dāng)需要機(jī)器魚轉(zhuǎn)彎時(shí)，用遙控板控制步進(jìn)電機(jī)21的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及時(shí)間，則步進(jìn)電 機(jī)21帶動(dòng)主齒輪22轉(zhuǎn)動(dòng)，相嚙合的副齒輪23轉(zhuǎn)動(dòng)，尾轉(zhuǎn)軸15偏離機(jī)器魚的對(duì)稱中心 線，使機(jī)器魚邊前進(jìn)邊轉(zhuǎn)彎。同時(shí)，主齒輪22扯動(dòng)鋼絲對(duì)，則魚頭25和魚鰭沈在鋼 絲M的牽扯下共同改變角度，增大水對(duì)魚體的反作用力，提高機(jī)器魚的轉(zhuǎn)彎效率，縮小4轉(zhuǎn)彎半徑。[0023]由于不需要副齒輪作360度旋轉(zhuǎn)，本實(shí)例從節(jié)約空間的角度，采用半齒輪來實(shí) 現(xiàn)，齒輪模數(shù)為0.5。[0024]實(shí)際魚類轉(zhuǎn)彎時(shí)需要同時(shí)借助魚鰭和肌肉來實(shí)現(xiàn)更加高效的轉(zhuǎn)彎效果，可以保 證魚類在小空間中的靈活運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的機(jī)器魚中，用兩根鋼絲M將步進(jìn)電機(jī)21產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩分配給魚鰭和魚頭，使它們同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了有效改變魚體的受力狀態(tài)，更好 的模擬魚類的實(shí)際轉(zhuǎn)彎功能，縮小機(jī)器魚的轉(zhuǎn)彎半徑，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍應(yīng)小于5°。[0025]頭、鰭、尾三聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用獨(dú)立電機(jī)控制方式，步進(jìn)電機(jī)21的步距角為0.9 度。[0026]機(jī)器魚轉(zhuǎn)彎裝置大部分由桿件、標(biāo)準(zhǔn)件等定型產(chǎn)品組成。[0027]本發(fā)明的實(shí)施方式，不僅僅限于以上一種形式。無論主、副齒輪的模數(shù)如何變 化、采用何種電機(jī)，只要是采用鋼絲連接機(jī)器魚的魚頭、魚鰭及尾部轉(zhuǎn)向動(dòng)力源的機(jī)器 魚轉(zhuǎn)彎裝置，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種機(jī)器魚復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置，分為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(1)、聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)O)，它們都定位在 骨架(3)上，其中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)⑴包括直流電機(jī)(11)、轉(zhuǎn)盤(12)、擺桿(13)、銷釘(14)、 尾轉(zhuǎn)軸(15)和魚尾(16)；所述擺桿(13)前部設(shè)有銷釘槽(131)，銷釘(14)穿過銷釘槽 (131)連接擺桿(13)與轉(zhuǎn)盤(12)；擺桿(13)后部與尾轉(zhuǎn)軸(15)連接；聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(2) 的驅(qū)動(dòng)部分包括步進(jìn)電機(jī)、主齒輪0 和副齒輪，其特征在于所述聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)(2)的轉(zhuǎn)向控制部分是用兩根鋼絲04)分別從兩側(cè)將與魚頭05)連接的頭轉(zhuǎn)軸銷釘 (251)、與魚鰭06)連接的鰭轉(zhuǎn)軸銷釘061)、與主齒輪02)連接的主齒輪銷釘021)串 聯(lián)，組成頭、鰭、尾三聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；所述尾轉(zhuǎn)軸(1 設(shè)置在副齒輪的偏心處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器魚復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置，其特征在于為節(jié)約魚體內(nèi)腔 空間，所述副齒輪03)是半齒輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器魚復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置，其特征在于所述銷釘槽(131)的 長(zhǎng)度等于銷釘(14)在轉(zhuǎn)盤(12)上的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的兩倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器魚復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置，其特征在于所述頭轉(zhuǎn)軸銷釘 (251)兩頭各設(shè)有一個(gè)鋼絲孔0511)，且與設(shè)置在骨架C3)上的頭轉(zhuǎn)軸(25 呈十字架 狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器魚復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置，其特征在于所述鰭轉(zhuǎn)軸銷釘 (261)兩頭各設(shè)有一個(gè)鋼絲孔0611)，且與設(shè)置在骨架C3)上的鰭轉(zhuǎn)軸( 呈十字架 狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器魚復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置，其特征在于所述主齒輪銷釘 (221)兩頭各設(shè)有一個(gè)鋼絲孔0211)，且與設(shè)置在骨架C3)上的軸承外側(cè)固連，初始方向 垂直于機(jī)器魚的對(duì)稱中心線。
專利摘要一種機(jī)器魚復(fù)合轉(zhuǎn)彎裝置，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括直流電機(jī)、轉(zhuǎn)盤、擺桿、銷釘、尾轉(zhuǎn)軸和魚尾。擺桿前部設(shè)有銷釘槽，銷釘槽的長(zhǎng)度等于銷釘在轉(zhuǎn)盤上的轉(zhuǎn)的半徑的兩倍，銷釘穿過銷釘槽連接擺桿與轉(zhuǎn)盤，擺桿后部與尾轉(zhuǎn)軸連接，尾轉(zhuǎn)軸是擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的支點(diǎn)。聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分包括步進(jìn)電機(jī)、主齒輪和副齒輪。其轉(zhuǎn)向控制部分是用兩根鋼絲從兩側(cè)將魚頭、魚鰭和主齒輪串聯(lián)，組成頭、鰭、尾三聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。魚頭、魚鰭和魚尾在鋼絲的牽扯下，由主、副齒輪驅(qū)動(dòng)，共同改變角度以實(shí)現(xiàn)同向轉(zhuǎn)彎。副齒輪是半齒輪，尾轉(zhuǎn)軸設(shè)置在副齒輪的偏心處，機(jī)器魚轉(zhuǎn)彎時(shí)，控制主、副齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使尾轉(zhuǎn)軸偏離魚體的對(duì)稱線，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能，頭、鰭、尾三聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)提高轉(zhuǎn)彎效率。
文檔編號(hào)B63H1/36GK201807186SQ201020560400
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者李應(yīng)森, 柏春祥, 胡慶松 申請(qǐng)人:上海海洋大學(xué)