[发明专利]仿生长鳍波动推进实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及仿生机器鱼技术领域，属于机电一体化装置，具体地说为研究裸背鳗科、鳐科的游动机理和优化控制方法而设计的一种仿生长鳍波动推进实验装置。

背景技术

对于鱼类仿生学的研究在九十年代以前主要是开展理论方面的研究工作。在九十年代以后，随着电子技术、新型材料、机器人技术的快速发展，仿生机器鱼的研究在国内外已逐步开展起来。在这方面取得较好成果的有美国MIT大学的研究组为涡流控制和减阻机制研究而开发研制的仿生机器金枪鱼。美国东北大学利用形状记忆合金和连杆机构开发研制的机器鳗鱼。日本名古屋大学Fukuda教授开始了微型仿鱼水下推进器的研究，他先后研制出形状记忆合金(SMA)驱动微型身体波动式水下推进器和压电陶瓷(PZT)驱动的双鳍鱼型微机器人。前面这些研究工作主要针对高巡航速度和高游动效率的鱼类开展研究工作，而针对高机动性的鱼类则研究和实验系统研制工作相对较少。以裸背鳗科、鳐科为代表的具有高机动性的鱼类的研究工作具有特别的意义。在国内，国防科技大学针对“尼罗河魔鬼”鱼开展的仿生长鳍游动运动研究最为突出，开发了仿生长鳍游动装置。日本大阪大学在鳐科鱼类研究的基础上研制了双侧长鳍波动推进的机器人系统。美国西北大学也开发了长鳍波动推进实验装置来检测不同控制策略下长鳍产生的推进力。新加坡的NTU大学开展了长鳍波动推进的研究工作，研制了相应的长鳍波动推进机构和实验装置。美国专利US6089178A中也介绍了一种仿生长鳍的结构，但与本发明提出整套仿生长鳍波动推进实验装置在结构、功能上都有很大的不同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生长鳍波动推进实验装置，该实验装置中仿生长鳍机构的控制节点多，实时性强，灵活多变，可以模仿柔性长鳍的自由转动、游动；沿随动系统的导轨可以实现定向游动，绕自身轴心的旋转运动。

本发明的又一目的是，为模仿鱼类运动/研究鱼类运动的水动力学、游动机理、运动控制方法提供实验装置，为制造效率高、机动性好、噪音低、对环境扰动小的水下运输设备提供基本的实验平台。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种仿生长鳍波动推进实验装置，包括仿生长鳍机构、随动系统和机械连接件，能实现仿生长鳍机构的前后游动和绕轴转动；其仿生长鳍机构包括支撑架、多数个舵机、鳍条和鳍面；支撑架有两个结构相同的平行的支撑杆，每一舵机两端分别与平行的两支撑杆内侧正交固接；

在每个支撑杆的上平面中部固设有连接板，由固接件将机械连接件固定在支撑杆的连接板上，将机械连接件与仿生长鳍机构固连；鳍条与舵机的数目相同，每一舵机的输出轴与一鳍条的上端相连接，各鳍条之间由柔性薄膜覆盖连接在一起构成鳍面；

随动系统包括吊架、导轨、滚动轴承、底板；

两条平行的导轨置于水池上方或支撑物体上端；

吊架上端的框形横梁两侧端经滚动轴承与导轨表面动连接；

吊架上端的框形横梁中部向下伸出一立体框架，立体框架底面固设有一底板，底板中心与机械连接件相连，机械连接件相对随动系统可相对旋转；使机械连接件与随动系统连接。

所述的仿生长鳍波动推进实验装置，其所述每一舵机两端分别与平行的两支撑杆内侧正交固接，是每个支撑杆的侧面设有两排贯通的螺孔，固定螺钉由外侧向内穿过该螺孔将舵机两侧与支撑杆内侧固定，舵机两侧与平行的两支撑杆正交。

所述的仿生长鳍波动推进实验装置，其所述每一舵机两端分别与平行的两支撑杆内侧正交固接，是舵机外壳呈T形，舵机输出轴所在一端向两侧各延续伸出一凸台，凸台上与舵机输出轴相对的侧面配有连接块，连接块上的至少一个螺孔和凸台上的至少一个螺孔相适配，并以螺钉固连；两连接块与支撑架的两支撑杆相对的一侧面各设有至少两螺孔，两螺孔分别与支撑杆上两排贯通的螺孔中的至少两个通孔相适配，并各以固定螺钉固连，使舵机两侧与支撑杆内侧固定，且舵机两端与平行的两支撑杆正交。

所述的仿生长鳍波动推进实验装置，其所述每一舵机的输出轴与一鳍条的上端相连接，是每一鳍条上端有一圆形盘，圆形盘一侧垂直凸设一轴套，轴套筒内壁设有内齿，该内齿与舵机输出轴外周圆上的外齿相适配；

输出轴外端轴向有一螺孔，轴套底部中心，在圆形盘上有一螺孔，两螺孔相适配；将鳍条上端的轴套套在舵机的输出轴上后，用固定螺钉旋过两螺孔将鳍条上端和舵机的输出轴固定在一起。

所述的仿生长鳍波动推进实验装置，其所述机械连接件，包括连接螺杆、罩盖、连接板、多数个螺孔和螺钉、轴承；