專利名稱：一種應(yīng)用于仿生學(xué)研究的波動(dòng)鰭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于仿生學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置，特別是一種應(yīng)用于仿生學(xué)研究的波動(dòng)鰭裝置。
背景技術(shù)：
目前，作為水下潛器和水下機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)之一的推進(jìn)系統(tǒng)，多采用螺旋槳和葉輪式等原理的常規(guī)推進(jìn)器，并多以電磁馬達(dá)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，這些常規(guī)推進(jìn)器存在能源利用率低、結(jié)構(gòu)尺寸和重量大、對環(huán)境擾動(dòng)大、噪音大、動(dòng)密封和可靠性差等許多缺點(diǎn)。另外，以常規(guī)推進(jìn)方式驅(qū)動(dòng)的水下運(yùn)動(dòng)裝置存在起動(dòng)、加速性能弱，運(yùn)動(dòng)靈活性以及隱蔽性能差等缺點(diǎn)，且受承載空間和承載能力的限制，造成水下潛器和水下機(jī)器人作業(yè)時(shí)間短、范圍小，限制了它們的應(yīng)用。而海洋中的水生動(dòng)物，經(jīng)過漫長的自然選擇過程，發(fā)展了各具特色的水中運(yùn)動(dòng)能力，十幾億年的進(jìn)化造就了完美的運(yùn)動(dòng)方式，其超凡的水中運(yùn)動(dòng)能力為各式現(xiàn)代化的水面艦船和水下航行器所望塵莫及。其中波狀擺動(dòng)推進(jìn)是各類水生動(dòng)物中最廣泛采用的一種游動(dòng)方式，而這種方式中有很大一部分是主要借助尾鰭以外的其它鰭的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生推進(jìn)力的運(yùn)動(dòng)方式，稱為MPF，MPF游動(dòng)模式集較高的推進(jìn)效率、優(yōu)良的機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性于一體，不僅適用于遠(yuǎn)洋航行，還具有低速靈活機(jī)動(dòng)、抗擾動(dòng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于近海等復(fù)雜環(huán)境?；谠摲N模式設(shè)計(jì)的水下仿生推進(jìn)器，由于僅僅依靠魚鰭波動(dòng)推進(jìn)，而本體不參與運(yùn)動(dòng)，因此，可設(shè)計(jì)成較大的內(nèi)部空間容納各種科學(xué)探測儀器進(jìn)行水下探測、軍事偵察、資源開發(fā)等活動(dòng)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景和理論及實(shí)際價(jià)值。受生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)和非定常流體動(dòng)力學(xué)理論的制約，早期的研究主要集中在依靠身體和尾鰭作為動(dòng)作單元的BCF模式和MPF模式中的胸鰭擺動(dòng)方式上。而對MPF模式中依靠波動(dòng)鰭推進(jìn)的研究尚屬起步階段。然而隨著科技的進(jìn)步，波動(dòng)鰭推進(jìn)模式所表現(xiàn)出的優(yōu)越性能越來越引起科研人員的興趣。因此，近幾年仿魚形推進(jìn)器研究人員及工程師開始關(guān)注和著手研究諸如刀魚、魔鬼魚、鰩魚等依靠柔性鰭波動(dòng)推進(jìn)游動(dòng)模式的魚類。然而對于這些活體魚類進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的可重復(fù)性相當(dāng)?shù)牟睿铘~無法按照科學(xué)家預(yù)期的安排進(jìn)行游動(dòng)。因此，從科學(xué)研究角度也急需設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)類似于魚鰭波狀運(yùn)動(dòng)的仿生鰭來揭示此類游動(dòng)模式的魚類的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

實(shí)用新型內(nèi)容針對上述問題，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于仿生學(xué)研究的波動(dòng)鰭裝置，其仿照魚類柔性鰭波動(dòng)推進(jìn)的游動(dòng)模式而設(shè)計(jì)，具有重復(fù)性好、游動(dòng)規(guī)劃安排方便的特點(diǎn)，為魚類仿生學(xué)的科學(xué)研究提供了一種很好的實(shí)驗(yàn)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種應(yīng)用于仿生學(xué)研究的波動(dòng)鰭裝置，其特征在于整個(gè)裝置包括一內(nèi)含密閉腔室的本體和若干個(gè)依序排列在本體側(cè)邊的鰭條；所述各鰭條的尾部位于本體腔室內(nèi)，各鰭條其余部分伸出本體并由一柔軟薄翼依序連接在一起；所述各鰭條在與本體的連接處與本體鉸接，每個(gè)鰭條的尾部為一扇形齒結(jié)構(gòu)，每個(gè)扇形齒結(jié)構(gòu)與一傳動(dòng)齒輪嚙合，所述傳動(dòng)齒輪安裝在一可進(jìn)行周期性正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的電機(jī)輸出軸上；所述各鰭條所在位置與傳動(dòng)齒輪的嚙合角度對應(yīng)于一不少于四分之一周期的正弦波上的各傾角。進(jìn)一步地，上述各鰭條與本體的連接處設(shè)置有由柔性材料構(gòu)成的密封層。進(jìn)一步地，上述相鄰各鰭條之間的間隔距離相等。本實(shí)用新型各鰭條所在位置與傳動(dòng)齒輪的嚙合 角度始終依序錯(cuò)開相應(yīng)的角度，在使用時(shí)，利用各電機(jī)周期性的正反向運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)各鰭條的反復(fù)上下擺動(dòng)，進(jìn)而使薄翼形成一種周期性的正弦波動(dòng)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型整個(gè)裝置仿照魚類柔性鰭波動(dòng)推進(jìn)的游動(dòng)模式而設(shè)計(jì)，其將研究所得的生物資料予以簡化，吸收對技術(shù)要求有益的內(nèi)容，取消與生產(chǎn)技術(shù)要求無關(guān)的因素，具有重復(fù)性好、游動(dòng)規(guī)劃安排方便的特點(diǎn)，為魚類仿生學(xué)的科學(xué)研究提供了一種很好的實(shí)驗(yàn)裝置。

圖I、本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、本實(shí)用新型鰭條與本體連接的平面結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施方式
如圖I和2所示，一種應(yīng)用于仿生學(xué)研究的波動(dòng)鰭裝置，整個(gè)裝置包括一內(nèi)含密閉腔室11的本體I和若干個(gè)依序排列在本體I側(cè)邊的鰭條2。所述各鰭條2的尾部位于本體腔室11內(nèi)，各鰭條2其余部分伸出本體I并由一柔軟薄翼3依序連接在一起。所述各鰭條2在與本體I的連接處與本體鉸接12。每個(gè)鰭條2的尾部為一扇形齒21結(jié)構(gòu),每個(gè)扇形齒結(jié)構(gòu)21與一傳動(dòng)齒輪4哨合,所述傳動(dòng)齒輪4安裝在一可進(jìn)行周期性正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的電機(jī)5的輸出軸51上。所述各鰭條2所在位置與傳動(dòng)齒輪4的嚙合角度對應(yīng)于一不少于四分之一周期的正弦波上的各傾角，在本實(shí)施例中，采用的是二分之一周期，在實(shí)際中，可根據(jù)需要設(shè)定相應(yīng)大小的正弦波周期。在此，為保證本體內(nèi)腔室11的密封性，各鰭條2與本體I的連接處設(shè)置有由柔性材料構(gòu)成的密封層6。再者，為了方便加工，同時(shí)也為了保證各鰭條2運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，相鄰各鰭條2之間的間隔距離相等。本實(shí)用新型各鰭條2所在位置與傳動(dòng)齒輪4的嚙合角度始終依序錯(cuò)開相應(yīng)的角度，在使用時(shí)，利用各電機(jī)5周期性的正反向運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)各鰭條2的反復(fù)上下擺動(dòng)，進(jìn)而使薄翼3形成一種周期性的正弦波動(dòng)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型整個(gè)裝置仿照魚類柔性鰭波動(dòng)推進(jìn)的游動(dòng)模式而設(shè)計(jì)，其將研究所得的生物資料予以簡化，吸收對技術(shù)要求有益的內(nèi)容，取消與生產(chǎn)技術(shù)要求無關(guān)的因素，具有重復(fù)性好、游動(dòng)規(guī)劃安排方便的特點(diǎn)，為魚類仿生學(xué)的科學(xué)研究提供了一種很好的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了 “源于生物，高于生物”的目標(biāo)。[0021]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，并非對發(fā)明作任何形式上的限制，凡 是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)原理對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化或修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于仿生學(xué)研究的波動(dòng)鰭裝置，其特征在于整個(gè)裝置包括一內(nèi)含密閉腔室的本體和若干個(gè)依序排列在本體側(cè)邊的鰭條；所述各鰭條的尾部位于本體腔室內(nèi)，各鰭條其余部分伸出本體并由一柔軟薄翼依序連接在一起；所述各鰭條在與本體的連接處與本體鉸接，每個(gè)鰭條的尾部為一扇形齒結(jié)構(gòu)，每個(gè)扇形齒結(jié)構(gòu)與一傳動(dòng)齒輪嚙合，所述傳動(dòng)齒輪安裝在一可進(jìn)行周期性正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的電機(jī)輸出軸上；所述各鰭條所在位置與傳動(dòng)齒輪的嚙合角度對應(yīng)于一不少于四分之一周期的正弦波上的各傾角。
2.如權(quán)利要求I所述的一種應(yīng)用于仿生學(xué)研究的波動(dòng)鰭裝置，其特征在于所述各鰭條與本體的連接處設(shè)置有由柔性材料構(gòu)成的密封層。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種應(yīng)用于仿生學(xué)研究的波動(dòng)鰭裝置，其特征在于所述相鄰各鰭條之間的間隔距離相等。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用于仿生學(xué)研究的波動(dòng)鰭裝置，整個(gè)裝置包括一內(nèi)含密閉腔室的本體和若干個(gè)依序排列在本體側(cè)邊的鰭條；所述各鰭條的尾部位于本體腔室內(nèi)，各鰭條其余部分伸出本體并由一柔軟薄翼依序連接在一起；所述各鰭條在與本體的連接處與本體鉸接，每個(gè)鰭條的尾部為一扇形齒結(jié)構(gòu)，每個(gè)扇形齒結(jié)構(gòu)與一傳動(dòng)齒輪嚙合，所述傳動(dòng)齒輪安裝在一可進(jìn)行周期性正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的電機(jī)輸出軸上；所述各鰭條所在位置與傳動(dòng)齒輪的嚙合角度對應(yīng)于一不少于四分之一周期的正弦波上的各傾角。本實(shí)用新型仿照魚類柔性鰭波動(dòng)推進(jìn)的游動(dòng)模式而設(shè)計(jì)，具有重復(fù)性好、游動(dòng)規(guī)劃安排方便的特點(diǎn)，為魚類仿生學(xué)的科學(xué)研究提供了一種很好的實(shí)驗(yàn)裝置。
文檔編號(hào)B63H1/36GK202464110SQ20122004248
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者何建慧, 章永華 申請人:臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院