[发明专利]一种模块化的仿生机器海豚推进机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化的仿生机器海豚的推进机构，特别是关于一种基于曲柄滑块的机器海豚尾部拍动机构。

背景技术

机器海豚作为一种模仿生物海豚运动的机器系统，是机器人学与仿生学高度发展的产物。与传统的基于螺旋桨推进的水下航行器相比较，机器海豚具有高效性、高机动性、低噪声等优点。

机器海豚的尾部在竖直面内的拍动运动一般由多关节串联的上下拍动机构来实现，尾部的上下拍动运动是机器海豚向前游动的主要推进力来源，机器海豚的游速只与尾部拍动的频率相关，拍动频率越高，游动速度越快。为了提高机器海豚的游动速度，必须要提高电机的效率。传统的方法都是利用电机正反转来实现尾部的上下拍动运动，这样电机利用率较低，不利于机器海豚的高速运动。作为生物推进机理和工程技术的结合点，机器海豚是包含水动力学控制和机器人技术的多学科问题。在国际国内上，由于机器海豚开发研制的诸多困难，针对机器海豚的理论和技术研究尚处于初级阶段。虽然有过相关的技术探索，但国内外尚未能实现一种小型可以快速推进的机器海豚，需要进一步研制仿生海豚，以填补这一空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于曲柄滑块机构的模块化推进机构的设计方法。该推进机构结构简单，所需零件少，重量较轻，依靠一个直流电机单方向的旋转就能够实现机器海豚的背腹式波动运动，依靠改变电机的转速来改变机器海豚尾部的拍动频率。

本发明的模块化的仿生机器海豚的推进机构包括：骨架，固定在骨架一侧的直流电机，固定在直流电机输出轴上的传动大齿轮、与传动大齿轮啮合的传动小齿轮、与传动小齿轮固定的主轴、由主轴旋转驱动的一套曲柄滑块机构、由曲柄滑块机构中的滑块上下运动驱动的齿轮齿条机构和固定在齿轮齿条机构中的齿轮轴上的连接圆筒，其中通过连接圆筒来连接后续关节或者尾鳍，其中通过所述齿轮齿条机构中的齿轮轴上下拍动来模仿生物海豚的拍动运动，齿轮轴的输出角度与曲柄滑块机构中的曲柄长度相关，通过改变曲柄的长度，能够改变齿轮轴的输出角度，所述齿轮轴的拍动频率与电机转速正相关，直流电机经减速箱后，经传动齿轮系传动将运动传入主轴，主轴的转动驱动曲柄转动，曲柄的转动带动连杆运动驱动滑块相对于光轴上下滑动，滑块上固定有齿条，滑块的上下运动带动齿条上下运动，由齿条带动齿轮轴旋转形成上下拍动的运动。

本发明的模块化的仿生机器海豚的推进机构结构简单，所需零件较少，通过改变电机的转速就能调节齿轮轴的拍动频率，采用模块化的设计思想，为了获得更高的拍动频率和力矩，只需要更换直流电机即可，为了改变齿轮轴的拍动幅度，只需要改变曲柄的长度即可。

在仿生机器海豚的制作过程中，通过串联多个模块化推进机构来构成仿生机器海豚的多关节尾部，通过多个直流电机的协调配合来实现机器海豚尾部的上下拍动运动。此外，多个串联的模块化推进机构也可以用于机器鱼产生仿鱼的侧向拍动，且模仿鱼类游动时不用克服自身重力，能够减小功率损耗。

附图说明

图1是本发明模块化的仿生机器海豚推进机构的轴视图。

图2是本发明模块化的仿生机器海豚推进机构的俯视图。

图3是本发明模块化的仿生机器海豚推进机构的剖视图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提出一种模块化的仿生机器海豚推进机构，由这种模块化的推进机构串联组成机器海豚的尾部，每个关节的运动采用一个直流电机来实现，将电机的旋转运动转化为尾部的上下反复拍动运动，通过多关节的配合，形成机器海豚的背腹式波动运动。

图1是本发明模块化的仿生机器海豚推进机构的轴视图。图2是本发明模块化的仿生机器海豚推进机构的俯视图。

如图1、图2、图3所示，所述模块化的仿生机器海豚推进机构包括：电机齿轮挡圈1、传动大齿轮2、传动小齿轮3、电机前支架4、骨架5、轴承固定圆筒6、铜轴7、曲柄挡圈8、曲柄9、光轴挡板10、光轴11、仿轴承12、齿条13、齿轮轴14、旋转轴15、连接圆筒16，尾部轴承挡圈17、尾部轴承18、电机后支架19、滑块20、连杆21、曲柄垫片22、主轴23、主轴前部轴承24、直流电机25、主轴尾部轴承26、连接螺栓27、滑块垫片28和轴承端盖29。

所述推进机构由连接圆筒16来连接后续关节或者尾鳍，在与关节串联时，需将后续关节的骨架通过一个连接架与连接圆筒16固定，在与尾鳍相连时，需将尾鳍通过尾鳍支架与连接圆筒16相固定。