[发明专利]一种仿生型水下航行器扑翼推进装置

说明书

本发明公开了一种仿生型水下航行器扑翼推进装置，安装于水下航行器，包括驱动电机组件、传动齿轮组、滚珠丝杠、舵机、转动轴、自适应欠驱动柔性机翼骨架、单滑块双摇杆机构和固定座，所述驱动电机组件、滚珠丝杠和固定座分别与水下航行器主体连接，所述驱动电机组件由电机、减速器和编码器组成，所述滚珠丝杠由丝杠、丝杠螺母和丝杆固定座组成，所述减速器的输出轴与传动齿轮组的主动齿轮连接；传动齿轮组的从动轮与滚珠丝杠的丝杠连接，所述电机通过传动齿轮组带动丝杠转动。该装置整体结构设置前端机翼和后端机翼两个部分。整个装置具有两个自由度，可以实现水下航行器推进、转弯、上浮和下潜等动作。

技术领域

本发明涉及水下航行器的推进装置，更具体的说，是涉及一种仿生型水下航行器扑翼推进装置。

背景技术

近年来，随着人类对海洋探索的不断深入，水下航行器发挥着越来越重要的作用。这使得我们对于水下航行器的各方面性能有了更高的要求。目前，大部分水下航行器采用螺旋桨推进的方式，由于其低速情况下的推进效率低、噪声大、灵活性不足等问题，传统的推进方式越来越难以满足水下航行器任务多样化的要求。而海龟、蝠鲼等海洋生物的扑翼运动方式经过无数年的进化，具有推进效率高、稳定性强、机动性及操纵性好等优点，特别适合在海洋环境下的推进。因此，通过深入研究海洋生物的扑翼推进机理，设计一种合适的扑翼机构，这对于提高水下航行器的推进性能具有重要的意义。

目前，对于水下仿生扑翼推进机构，大致有两种类型。第一种是采用鳍条加蒙皮的形式，利用电机控制鳍条的旋转运动，由于其单边机翼的鳍条一般不少于三条，导致需要使用多组电机，这增加了机翼控制系统的开发难度，同时对于环境的适应能力也不强；第二种是采用曲柄摇杆等机构组合在一起的驱动方式，这类扑翼机构控制和机构分析较为简单，但是并不能很好的模仿海洋生物的实际扑翼运动，运动效率并没有得到很大的提升。因此，开发和研究一种结构简单、适应性强的扑翼推进装置成为目前水下航行器发展的重要研究方向之一。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种仿生型水下航行器扑翼推进装置，该扑翼推进装置以蝠鲼胸鳍运动为仿生对象，仿照蝠鲼胸鳍在运动过程中靠近身体部分的胸鳍和远离身体部分的胸鳍运动规律不同、产生的推进力不同的特点，推进装置整体结构设置前端机翼和后端机翼两个部分。整个装置具有两个自由度，可以实现水下航行器推进、转弯、上浮和下潜等动作。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种仿生型水下航行器扑翼推进装置，安装于水下航行器，包括驱动电机组件、传动齿轮组、滚珠丝杠、舵机、转动轴、自适应欠驱动柔性机翼骨架、单滑块双摇杆机构和固定座，所述驱动电机组件、滚珠丝杠和固定座分别与水下航行器主体连接，所述驱动电机组件由电机、减速器和编码器组成，所述滚珠丝杠由丝杠、丝杠螺母和丝杆固定座组成，所述减速器的输出轴与传动齿轮组的主动齿轮连接；传动齿轮组的从动轮与滚珠丝杠的丝杠连接，所述电机通过传动齿轮组带动丝杠转动；

所述单滑块双摇杆机构由滑块、移动轴、第一连杆、第二连杆、第三连杆、固定轴、第一摇杆、第二摇和第三摇杆相互连接组成；

所述第二摇杆上还连接有舵机、第一轴承座和第二轴承座，所述转动轴由第一旋转轴、第二旋转轴和第三旋转轴组成；第一旋转轴通过轴承安装在第一轴承座和第二轴承座上，第二旋转轴固定于第一旋转轴尾部，第三旋转轴通过轴承安装于第三轴承座，所述第三轴承座固定于第三摇杆；

所述自适应欠驱动柔性机翼骨架包括第一柔性机翼骨架、第二柔性机翼骨架、第三柔性机翼骨架、第四柔性机翼骨架、第五柔性机翼骨架和第六柔性机翼骨架，每个柔性机翼骨架均由机翼骨架、铰链固定座和弹簧钢片构成。