[发明专利]一种具有换轴门式机构的凸轮绳驱动机器鱼尾摆动装置

说明书

技术领域

本发明涉及机器鱼的尾部摆动装置，更特别地说，是指一种具有换轴门式机构的 凸轮绳驱动机器鱼尾摆动装置。

背景技术

机器鱼是一种模仿鱼类游动方式的水下无人航行器，具有体积小、重量轻、隐蔽性 好、机动能力强、游动速度快的特点，在水下探索和现代国防中具有巨大的应用前景，成为 机器人领域的研究热点。

生物鱼的推进模式主要分为两类：“身体/尾鳍”模式(Bodyand/orCaudalFin， BCF)和“中间鳍/对鳍”模式(Medianand/orPairedFin，MPF)。自然界中大部分鱼类都采 用了BCF模式，故现阶段国内外学者投入大量精力研究机器鱼身体及尾部的摆动实现方法， 以期达到更好地仿生来实现更高效的游动方式。鱼类生物摆动是由肌肉驱动的，而在鱼体 中肌肉对称分布于鱼体两侧来提供左右摇摆动力。

传统使用独立舵机或其他类型电机(这里以舵机为例)为绳驱动提供动力装置的 设计，都将舵机与绳一一对应配置，这将会使电机数量随关节成比例地增加了功耗和控制 难度。另一方面对于单一运动规律的机器鱼，即机器鱼特定关节转动末端为特定的变速运 动，这就要求电机转速要与之对应，而实现电机不规则变速转动控制是较困难的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有换轴门式机构的凸轮绳驱动机器鱼尾摆动装置，在 应用该可换轴关节的基础上，对于周期性重复同规率摆动问题，本发明通过由执行末端(即 第一门)的摆动规律(角度、速度、加速度)来逆向反推盘型凸轮的几何形状，通过控制单个 直流电机恒速转动带动盘型凸轮转动、进而通过绳驱动实现了机器鱼尾鳍的重复规律摆 动。本发明装置能够很好地解决绳驱动定轴关节中存在的不同驱动绳间的配合问题。本发 明装置将复杂机器鱼鳍控制问题转化为盘型凸轮结构外形设计问题，有效降低了机器鱼控 制系统的复杂度。

本发明是一种具有换轴门式机构的凸轮绳驱动机器鱼尾摆动装置，该绳驱动机器 鱼尾摆动装置包括有机器鱼尾(2)、可换轴门式机构(1)、盘型凸轮驱动机构(3)、底座(4)、A 拉绳(5A)、B拉绳(5B)、A立柱(6A)和B立柱(6B)；其中，A门框(1B)与B门框(1C)的结构相同；A 立柱(6A)与B立柱(6B)的结构相同；

可换轴门式机构(1)包括有第一门(1A)、A门框(1B)、B门框(1C)、A弹簧挂架(1J)、B 弹簧挂架(1K)、A弹簧(1H)、B弹簧(1I)、连接角件(1L、1M、1N、1P)和A组滑动轴承(1-1)、B组 滑动轴承(1-2)；

第一门(1A)的中心部位设有减重用的BA通孔(1A1)；

第一门(1A)的左端部(1A-1)设有A半开口轴套(1A2)、A凸块(1A3)、A滑动轴承支撑 端(1A4)、B滑动轴承支撑端(1A5)；

所述A凸块(1A3)上设有BB通孔(1A31)和BC通孔(1A32)；BB通孔(1A31)用于系A拉 绳(5A)的一端，A拉绳(5A)的另一端系在A立柱(6A)上；BC通孔(1A32)用于钩挂A弹簧(1H)的 一端，A弹簧(1H)的另一端钩挂在A弹簧挂架(1J)的悬台(1J1)上；

所述A滑动轴承支撑端(1A4)上设有BD通孔(1A41)；

所述B滑动轴承支撑端(1A5)上设有BE通孔(1A51)；BD通孔(1A41)与BE通孔(1A51) 内放置有C定位螺栓(1F)，A滑动轴承支撑端(1A4)与B滑动轴承支撑端(1A5)之间放置并固 定有C套筒转轴(1F1)；

第一门(1A)的右端部(1A-2)设有B半开口轴瓦(1A6)、B凸块(1A7)、C滑动轴承支撑 端(1A8)、D滑动轴承支撑端(1A9)；

所述B凸块(1A7)上设有BF通孔(1A71)和BG通孔(1A72)；BF通孔(1A71)用于系B拉 绳(5B)的一端，B拉绳(5B)的另一端系在B立柱(6B)上；BG通孔(1A72)用于钩挂B弹簧(1I)的 一端，B弹簧(1I)的另一端钩挂在B弹簧挂架(1K)的悬台(1K1)上；

所述C滑动轴承支撑端(1A8)上设有BH通孔(1A81)；

所述D滑动轴承支撑端(1A9)上设有BI通孔(1A91)；BH通孔(1A81)与BI通孔(1A91) 内放置有D定位螺栓(1G)，C滑动轴承支撑端(1A8)与D滑动轴承支撑端(1A9)之间放置并固 定有D套筒转轴(1G1)；