一種流速自適應(yīng)仿魚水下推進(jìn)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于仿生機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種流速自適應(yīng)仿魚水下推進(jìn)器。
【背景技術(shù)】
[0002]水下推進(jìn)器在海洋資源探測(cè)、海洋裝備檢修等方面應(yīng)用廣泛，隨著海洋活動(dòng)的增加，對(duì)水下推進(jìn)器性能的要求也越來越高。仿生設(shè)計(jì)是一種重要的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，能夠大幅提高水下推進(jìn)器的性能。目前主要針對(duì)魚類游動(dòng)方式進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，對(duì)水下推進(jìn)器進(jìn)行優(yōu)化。專利號(hào)為ZL201420269673.2的實(shí)用新型專利提出了一種機(jī)器魚，包括魚頭、魚體、魚尾及若干舵機(jī)，專利號(hào)為ZL201520551322.5的實(shí)用新型專利提出了一種水下高仿真機(jī)器魚機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)，包括魚體、控制箱、動(dòng)力機(jī)構(gòu)和擺尾機(jī)構(gòu)，這兩項(xiàng)專利均是模仿魚類外形設(shè)計(jì)的魚形水下推進(jìn)器，具有良好的水動(dòng)力性能，但對(duì)推進(jìn)性能的優(yōu)化較少。
[0003]推進(jìn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是仿魚水下推進(jìn)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，申請(qǐng)?zhí)枮?01410392357.9的發(fā)明專利公布了單關(guān)節(jié)機(jī)器魚及水下推進(jìn)平臺(tái)，包括外殼、仿生推進(jìn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力能源模塊、控制通訊模塊和姿態(tài)調(diào)節(jié)模塊，專利號(hào)為ZL 201420256206.6的實(shí)用新型專利提出了一種機(jī)器魚尾鰭驅(qū)動(dòng)裝置及仿真機(jī)器魚，包括連接支架、尾擺支架、電磁線圈和電磁鐵，這兩項(xiàng)專利均采用仿生的方式對(duì)推進(jìn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了良好的推進(jìn)性能，但水流速度連續(xù)變化時(shí)，推進(jìn)器性能下降較大，仿魚水下推進(jìn)器的環(huán)境適應(yīng)性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種流速自適應(yīng)仿魚水下推進(jìn)器，解決在水流速度變化的環(huán)境中，水下推進(jìn)器推進(jìn)力不穩(wěn)定的問題，提高水下推進(jìn)器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種流速自適應(yīng)仿魚水下推進(jìn)器，包括殼體、電池組、控制模塊、尾部和驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)、電機(jī)安裝板、基座、支撐塊基座、支撐塊、尾部連接桿、連接塊、圓柱導(dǎo)軌座、圓柱導(dǎo)軌滑塊、圓柱導(dǎo)軌、圓柱導(dǎo)軌滑塊固定座、定導(dǎo)軌、定導(dǎo)軌滑塊、導(dǎo)軌連接塊、動(dòng)導(dǎo)軌、動(dòng)導(dǎo)軌滑塊、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和傳動(dòng)桿；其特征是還包括流速傳感器、舵機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠、撥動(dòng)桿、撥叉、傳動(dòng)輪和傳動(dòng)輪軸；電池組、流速傳感器、控制模塊和驅(qū)動(dòng)裝置固定在殼體上，通過導(dǎo)線進(jìn)行連接，尾部與尾部連接桿固定連接，電機(jī)安裝板和基座固定在殼體上，電機(jī)與電機(jī)安裝板固定連接，舵機(jī)與基座固定連接，絲杠通過聯(lián)軸器與舵機(jī)固定連接，支撐塊基座與絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)連接，支撐塊與支撐塊基座固定連接，尾部連接桿與支撐塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連接塊與尾部連接桿固定連接，圓柱導(dǎo)軌座與連接塊固定連接，圓柱導(dǎo)軌與圓柱導(dǎo)軌座固定連接，圓柱導(dǎo)軌滑塊與圓柱導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，圓柱導(dǎo)軌滑塊固定座與圓柱導(dǎo)軌滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接，導(dǎo)軌連接塊與圓柱導(dǎo)軌滑塊固定座固定連接，定導(dǎo)軌與基座固定連接，動(dòng)導(dǎo)軌與導(dǎo)軌連接塊固定連接，從動(dòng)輪與傳動(dòng)桿固定連接，撥叉與傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接，撥叉與撥動(dòng)桿固定連接，傳動(dòng)輪與傳動(dòng)輪軸滑動(dòng)連接，傳動(dòng)輪軸一端與電機(jī)安裝板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，主動(dòng)輪與電機(jī)固定連接，撥動(dòng)桿與支撐塊基座固定連接，定導(dǎo)軌滑塊與導(dǎo)軌連接塊固定連接，定導(dǎo)軌與定導(dǎo)軌滑塊滑動(dòng)連接，動(dòng)導(dǎo)軌滑塊與動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，傳動(dòng)桿與動(dòng)導(dǎo)軌滑塊和基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接;電池組通過導(dǎo)線為流速傳感器、控制模塊和驅(qū)動(dòng)裝置供電，控制模塊獲取流速傳感器的信號(hào)，并對(duì)舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制。
[0007]上述一種流速自適應(yīng)仿魚水下推進(jìn)器，其特征是主動(dòng)輪和從動(dòng)輪均為圓錐型滾輪，傳動(dòng)輪為圓柱型滾輪。
[0008]上述一種流速自適應(yīng)仿魚水下推進(jìn)器，其特征是定導(dǎo)軌和動(dòng)導(dǎo)軌均為滾珠直線方導(dǎo)軌。
[0009]工作時(shí)，通過流速傳感器檢測(cè)仿魚水下推進(jìn)器周圍的水流速度，并通過導(dǎo)線將流速數(shù)據(jù)傳送給控制模塊，控制模塊根據(jù)流速數(shù)據(jù)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)水流速度較大時(shí)，舵機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐塊基座向遠(yuǎn)離主動(dòng)輪的方向移動(dòng)，從而減小了尾部連接桿的擺動(dòng)幅度，支撐塊基座帶動(dòng)撥動(dòng)桿和撥叉移動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)傳動(dòng)輪移動(dòng)，使主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的傳動(dòng)比降低，從而增大了尾部連接桿的擺動(dòng)頻率；當(dāng)水流速度較小時(shí)，舵機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐塊基座向靠近主動(dòng)輪的方向移動(dòng)，從而增大了尾部連接桿的擺動(dòng)幅度，支撐塊基座帶動(dòng)撥動(dòng)桿和撥叉移動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)傳動(dòng)輪移動(dòng)，使主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的傳動(dòng)比增大，從而減小了尾部連接桿的擺動(dòng)頻率。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0011]通過控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)仿魚水下推進(jìn)器推進(jìn)性能的變化，從而避免了對(duì)主電機(jī)動(dòng)力性能的調(diào)整，延長(zhǎng)了成本較高的主電機(jī)的使用壽命;當(dāng)水流速度較大時(shí)，能夠自動(dòng)減小尾部的擺動(dòng)幅度，增大擺動(dòng)頻率，從而減小了仿魚水下推進(jìn)器在高流速下受到的阻力，而推進(jìn)力基本保持不變，實(shí)現(xiàn)了對(duì)流速變化的自適應(yīng)，提高了仿魚水下推進(jìn)器的環(huán)境適應(yīng)性會(huì)K。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置外觀示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0016]圖5為本發(fā)明實(shí)施例二的驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖6為本發(fā)明實(shí)施例三的驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中，1-殼體，2-電池組，3-導(dǎo)線，4-流速傳感器，5-控制模塊，6_尾部，7_驅(qū)動(dòng)裝置，8-電機(jī)，9-螺釘，I O-電機(jī)安裝板，11-基座，12-航機(jī)，13-聯(lián)軸器，14-絲杠，15-撥動(dòng)桿，16-撥動(dòng)桿固定塊，17-支撐塊基座，18-支撐塊，19-尾部連接桿，20-轉(zhuǎn)動(dòng)軸，21-連接塊，22-圓柱導(dǎo)軌座，23-圓柱導(dǎo)軌滑塊，24-銷軸，25-圓柱導(dǎo)軌，26-圓柱導(dǎo)軌滑塊固定座，27-定導(dǎo)軌，28-導(dǎo)軌連接塊，29-動(dòng)導(dǎo)軌，30-從動(dòng)輪，31-從動(dòng)輪支撐軸，32-撥叉，33-傳動(dòng)輪，34-傳動(dòng)輪軸，35-主動(dòng)輪，36-主動(dòng)輪支撐軸，37-定導(dǎo)軌滑塊，38-動(dòng)導(dǎo)軌滑塊，39-卡簧，40-傳動(dòng)桿固定塊，41-傳動(dòng)桿，42-圓柱輪調(diào)整絲杠，43-搖桿，44-擺動(dòng)點(diǎn)調(diào)整絲杠，45-連桿，46-滑塊，47-從動(dòng)圓錐輪，48-圓柱輪，49-主動(dòng)圓錐輪，50-偏心軸，51-輪盤，52-絲杠座，53-直線電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明三個(gè)最佳實(shí)施例。
[0020]實(shí)施例一
[0021]如圖1所示，電池組2、流速傳感器4、控制模塊5和驅(qū)動(dòng)裝置7固定在殼體I上，通過導(dǎo)線3進(jìn)行連接。
[0022]如圖2所示，尾部7通過螺釘9與尾部連接桿19連接，電機(jī)安裝板10和基座11固定在殼體I上，電機(jī)8通過螺釘9與電機(jī)安裝板1連接，舵機(jī)12通過螺釘9與基座11連接，絲杠14通過聯(lián)軸器13與舵機(jī)12連接，支撐塊基座17與絲杠14轉(zhuǎn)動(dòng)連接，支撐塊18通過螺釘9與支撐塊基座17連接，尾部連接桿19通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸20與支撐塊18連接，連接塊21通過螺釘9與尾部連接桿19連接，圓柱導(dǎo)軌座22通過螺釘9與連接塊21連接，圓柱導(dǎo)軌25與圓柱導(dǎo)軌座22固定連接，圓柱導(dǎo)軌滑塊23與圓柱導(dǎo)軌25滑動(dòng)連接，圓柱導(dǎo)軌滑塊固定座26通過銷軸24與圓柱導(dǎo)軌滑塊23連接，導(dǎo)軌連接塊28通過螺釘9與圓柱導(dǎo)軌滑塊固定座26連接，定導(dǎo)軌27通過螺釘9與基座11固定連接，動(dòng)導(dǎo)軌29與導(dǎo)軌連接塊28固定連接，定導(dǎo)軌27和動(dòng)導(dǎo)軌29均為滾珠直線方導(dǎo)軌。
[0023]如圖3所示，從動(dòng)輪支撐軸31與電機(jī)安裝板10轉(zhuǎn)動(dòng)連接，從動(dòng)輪30與從動(dòng)輪支撐軸31和傳動(dòng)桿41固定連接，撥叉32與傳動(dòng)輪33轉(zhuǎn)動(dòng)連接，撥叉32與撥動(dòng)桿15固定連接，傳動(dòng)輪33與傳動(dòng)輪軸34滑動(dòng)連接，傳動(dòng)輪軸34—端與電機(jī)安裝板10轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與基座11轉(zhuǎn)動(dòng)連接，主動(dòng)輪35與主動(dòng)輪支撐軸36和電機(jī)8固定連接，主動(dòng)輪35和從動(dòng)輪30均為圓錐型滾輪，傳動(dòng)輪33為圓柱型滾輪，撥動(dòng)桿固定塊16通過螺釘9與支撐塊基座17連接，定導(dǎo)軌滑塊37通過螺釘9與導(dǎo)軌連接塊28連接，定導(dǎo)軌27與定導(dǎo)軌滑塊37滑動(dòng)連接，動(dòng)導(dǎo)軌滑塊38與動(dòng)導(dǎo)軌29滑動(dòng)連接，定導(dǎo)軌27和動(dòng)導(dǎo)軌29均為滾柱直線方導(dǎo)軌，傳動(dòng)桿固定塊40通過螺釘9與動(dòng)導(dǎo)軌滑塊38固定連接，傳動(dòng)桿41與傳動(dòng)桿固定塊40轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并通過卡簧39限位，傳動(dòng)桿41與基座11轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0024]如圖4所示，主動(dòng)圓錐輪49通過圓柱輪48帶動(dòng)從動(dòng)圓錐輪47轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使滑塊46在平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，滑塊46、連桿45和搖桿43組成搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，圓柱輪調(diào)整絲杠42能夠改變圓柱輪48的位置，擺動(dòng)點(diǎn)調(diào)整絲杠44能夠改變搖桿43轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置。
[0025]通過流速傳感器4檢測(cè)仿魚水下推進(jìn)器周圍的水流速度，并通過導(dǎo)線3將流速數(shù)據(jù)傳送給控制模塊5，控制模塊5根據(jù)流速數(shù)據(jù)控制舵機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0026]當(dāng)水流速度較大時(shí)，舵機(jī)12帶動(dòng)絲杠14轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐塊基座17向遠(yuǎn)離主動(dòng)輪35的方向移動(dòng)，從而減小了尾部連接桿19的擺動(dòng)幅度，支撐塊基座17帶動(dòng)撥動(dòng)桿15和撥叉32移動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)傳動(dòng)輪33移動(dòng)，使主動(dòng)輪35與從動(dòng)輪30的傳動(dòng)比降低，從而增大了尾部連接桿19的擺動(dòng)頻率。
[0027]當(dāng)水流速度較小時(shí)，舵機(jī)12帶動(dòng)絲杠14轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐塊基座17向靠近主動(dòng)輪35的方向移動(dòng)，從而增大了尾部連接桿19的擺動(dòng)幅度，支撐塊基座17帶動(dòng)撥動(dòng)桿15和撥叉32移動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)傳動(dòng)輪33移動(dòng)，使主動(dòng)輪35與從動(dòng)輪30的傳動(dòng)比增大，從而減小了尾部連接桿19的擺動(dòng)頻率。
[0028]實(shí)施例二
[0029]如圖5所示，輪盤51與傳動(dòng)桿41固定連接，偏心軸50與輪盤51固定連接，傳動(dòng)桿固定塊40與偏心軸50轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并通過卡簧39限位。其他同實(shí)施例一。
[0030]實(shí)施例三
[0031 ] 如圖6所示，絲杠座52通過螺釘9與基座11固定連接，絲杠14與絲杠座52固定連接，直線電機(jī)53與絲杠14轉(zhuǎn)動(dòng)連接，支撐塊基座17通過螺釘9與直線電機(jī)53固定連接。其他同實(shí)施例一。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種流速自適應(yīng)仿魚水下推進(jìn)器，包括殼體(I)、電池組(2)、控制模塊(5)、尾部(6)和驅(qū)動(dòng)裝置(7)，驅(qū)動(dòng)裝置(7)包括電機(jī)(8)、電機(jī)安裝板(10)、基座(11)、支撐塊基座(17)、支撐塊(18)、尾部連接桿(19)、連接塊(21)、圓柱導(dǎo)軌座(22)、圓柱導(dǎo)軌滑塊(23)、圓柱導(dǎo)軌(25)、圓柱導(dǎo)軌滑塊固定座(26)、定導(dǎo)軌(27)、定導(dǎo)軌滑塊(37)、導(dǎo)軌連接塊(28)、動(dòng)導(dǎo)軌(29),動(dòng)導(dǎo)軌滑塊(38)、主動(dòng)輪(35)、從動(dòng)輪(30)和傳動(dòng)桿(41);其特征是還包括流速傳感器(4)、舵機(jī)(12)、聯(lián)軸器(13)、絲杠(14)、撥動(dòng)桿(15)、撥叉(32)、傳動(dòng)輪(33)和傳動(dòng)輪軸(34);電池組(2)、流速傳感器(4)、控制模塊(5)和驅(qū)動(dòng)裝置(7)固定在殼體(I)上，通過導(dǎo)線進(jìn)行連接，尾部(6)與尾部連接桿(19)固定連接，電機(jī)安裝板(10)和基座(11)固定在殼體(I)上，電機(jī)(8)與電機(jī)安裝板(10)固定連接，舵機(jī)(12)與基座(11)固定連接，絲杠(14)通過聯(lián)軸器(13)與舵機(jī)(I 2)固定連接，支撐塊基座(I 7)與絲杠(I 4)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，支撐塊(I 8)與支撐塊基座(17)固定連接，尾部連接桿(19)與支撐塊(18)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連接塊(21)與尾部連接桿(19)固定連接，圓柱導(dǎo)軌座(22)與連接塊(21)固定連接，圓柱導(dǎo)軌(25)與圓柱導(dǎo)軌座(22)固定連接，圓柱導(dǎo)軌滑塊(23)與圓柱導(dǎo)軌(25)滑動(dòng)連接，圓柱導(dǎo)軌滑塊固定座(26)與圓柱導(dǎo)軌滑塊(23)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，導(dǎo)軌連接塊(28)與圓柱導(dǎo)軌滑塊固定座(26)固定連接，定導(dǎo)軌(27)與基座(11)固定連接，動(dòng)導(dǎo)軌(29)與導(dǎo)軌連接塊(28)固定連接，從動(dòng)輪(30)與傳動(dòng)桿(41)固定連接，撥叉(32)與傳動(dòng)輪(33)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，撥叉(32)與撥動(dòng)桿(15)固定連接，傳動(dòng)輪(33)與傳動(dòng)輪軸(34)滑動(dòng)連接，傳動(dòng)輪軸(34) —端與電機(jī)安裝板(1)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與基座(11)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，主動(dòng)輪(35)與電機(jī)(8)固定連接，撥動(dòng)桿(15)與支撐塊基座(17)固定連接，定導(dǎo)軌滑塊(37)與導(dǎo)軌連接塊(28)固定連接，定導(dǎo)軌(27)與定導(dǎo)軌滑塊(37)滑動(dòng)連接，動(dòng)導(dǎo)軌滑塊(38)與動(dòng)導(dǎo)軌(29)滑動(dòng)連接，傳動(dòng)桿(41)與動(dòng)導(dǎo)軌滑塊(38)和基座(I I)轉(zhuǎn)動(dòng)連接;電池組(2)通過導(dǎo)線為流速傳感器(4)、控制模塊(5)和驅(qū)動(dòng)裝置(7)供電，控制模塊(5)獲取流速傳感器(4)的信號(hào)，并對(duì)舵機(jī)(12)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流速自適應(yīng)仿魚水下推進(jìn)器，其特征是主動(dòng)輪(35)和從動(dòng)輪(30)均為圓錐型滾輪，傳動(dòng)輪(33)為圓柱型滾輪。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流速自適應(yīng)仿魚水下推進(jìn)器，其特征是定導(dǎo)軌(27)和動(dòng)導(dǎo)軌(29)均為滾珠直線方導(dǎo)軌。
【專利摘要】本發(fā)明屬于仿生機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種流速自適應(yīng)仿魚水下推進(jìn)器。包括殼體、電池組、控制模塊、尾部和驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)、電機(jī)安裝板、基座、支撐塊、尾部連接桿、導(dǎo)軌、軌滑塊、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和傳動(dòng)桿；其特征是還包括流速傳感器、舵機(jī)、絲杠、撥動(dòng)桿、撥叉和傳動(dòng)輪。工作時(shí)，通過流速傳感器檢測(cè)仿魚水下推進(jìn)器周圍的水流速度，并通過導(dǎo)線將流速數(shù)據(jù)傳送給控制模塊，控制模塊根據(jù)流速數(shù)據(jù)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使尾部連接桿的擺動(dòng)幅度和擺動(dòng)頻率同時(shí)發(fā)生變化。本發(fā)明能夠減小仿魚水下推進(jìn)器在高流速下受到的阻力，保持推進(jìn)力基本不變，實(shí)現(xiàn)了對(duì)流速變化的自適應(yīng)，提高了仿魚水下推進(jìn)器的環(huán)境適應(yīng)性能。
【IPC分類】B63H1/36, B63H23/02
【公開號(hào)】CN105711785
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610231557
【發(fā)明人】劉延俊, 薛鋼, 劉科顯, 張募群, 丁洪鵬, 張健, 張偉, 丁梁鋒
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)