基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水下仿生胸鰭推進(jìn)裝置，屬于水下潛器技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是一種能夠模仿海洋中胸鰭擺動(dòng)推進(jìn)的蝠鲼胸鰭三維運(yùn)動(dòng)變形的多鰭條多關(guān)節(jié)仿生胸鰭驅(qū)動(dòng)骨架。
【背景技術(shù)】
[0002]魚類經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的自然選擇，進(jìn)化出了近乎完美的游動(dòng)技能，尤其在速度、機(jī)動(dòng)性、效率、低噪聲等諸多方面表現(xiàn)非常突出。但是人類研發(fā)的水下螺旋槳推進(jìn)器，與魚類相比，在速度、機(jī)動(dòng)性、效率等諸多方面均表現(xiàn)欠佳。因而越來(lái)越多的研究者試圖通過(guò)仿生方式來(lái)提高水下推進(jìn)器的性能，因此水下仿生機(jī)器人也受到了越來(lái)越多的關(guān)注。
[0003]魚類的推進(jìn)方式主要分為兩種，身體/尾鰭推進(jìn)模式(body/caudal f inmode, BCF)和中央鰭/對(duì)鰭推進(jìn)模式(median and/or paired fin mode, MPF)。本發(fā)明中的仿生原型(蝠鲼)依靠胸鰭擺動(dòng)推進(jìn)，屬于MPF魚類的一種，與BCF模式相比，在機(jī)動(dòng)性、噪聲、游動(dòng)效率方面具備明顯優(yōu)勢(shì)。蝠鲼胸鰭在擺動(dòng)時(shí)，其展向截面形狀為多項(xiàng)式曲線，通常有三種方法以擬合曲線運(yùn)動(dòng)規(guī)律:智能材料、柔性機(jī)構(gòu)、剛性機(jī)構(gòu)。智能材料與柔性機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力較小，導(dǎo)致仿生機(jī)器魚游速低等問(wèn)題，而多數(shù)剛性機(jī)構(gòu)存在鰭條外形隆起，導(dǎo)致胸鰭外形不美觀、不光滑，驅(qū)動(dòng)效率低等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問(wèn)題，在擬合胸鰭變形的多項(xiàng)式曲線的前提下，優(yōu)化胸鰭的變形效果，提高胸鰭外形的光滑程度，本發(fā)明提出一種基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置，而且能夠裝備到水下潛器機(jī)體上的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用靈活的水下推進(jìn)裝置。
[0005]基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置，其特征在于:包括前鰭條、中鰭條與后鰭條，均由m組傳動(dòng)桿、m套行星輪系機(jī)構(gòu)、一根尾桿與一個(gè)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)構(gòu)成；m= 1、2、
3、......。所述傳動(dòng)桿內(nèi)部具有空腔，安裝有同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，兩個(gè)同步帶輪分別通過(guò)輪軸安裝于傳動(dòng)桿的輸入端與輸出端；行星輪系機(jī)構(gòu)具有相互嚙合的太陽(yáng)輪和行星輪。
[0006]上述m組傳動(dòng)桿中，位于末端傳動(dòng)桿的輸入端與驅(qū)動(dòng)舵機(jī)輸出軸固定，由驅(qū)動(dòng)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)桿上下擺動(dòng)；且通過(guò)一套行星輪系機(jī)構(gòu)將傳動(dòng)桿上下擺動(dòng)轉(zhuǎn)化為末端傳動(dòng)桿的輸入端輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使末端傳動(dòng)桿內(nèi)同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。
[0007]第η組傳動(dòng)桿與第η+1組傳動(dòng)桿中，η = 1、2、3、......、m_l，第n+1組傳動(dòng)桿的輸入端與第η組傳動(dòng)桿輸出端的轉(zhuǎn)軸固定；進(jìn)而使第η組傳動(dòng)桿內(nèi)同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞至第η+1組傳動(dòng)桿，驅(qū)動(dòng)第η+1組傳動(dòng)桿的上下擺動(dòng)；且通過(guò)一套行星輪系機(jī)構(gòu)將第η組傳動(dòng)桿上下擺動(dòng)轉(zhuǎn)化為第η+1組傳動(dòng)桿的輸入端輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使第η+1組傳動(dòng)桿內(nèi)同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞傳動(dòng)。
[0008]第m組傳動(dòng)桿的輸出端輪軸通過(guò)尾桿連接臂與尾桿末端固定，通過(guò)第m組傳動(dòng)桿內(nèi)同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞至尾桿，驅(qū)動(dòng)尾桿上下擺動(dòng)。
[0009]上述前鰭條、中鰭條與后鰭條中驅(qū)動(dòng)舵機(jī)安裝于舵機(jī)安裝座上，通過(guò)舵機(jī)安裝座與機(jī)器魚中間基體固定。
[0010]通過(guò)合理控制鰭條間的運(yùn)動(dòng)相位差，本發(fā)明基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置，可實(shí)現(xiàn)由展向擺動(dòng)以及弦向波動(dòng)耦合而成的復(fù)雜三維運(yùn)動(dòng)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012]1、本發(fā)明基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置，前鰭條、中鰭條、后鰭條均采用防水舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠擬合仿生對(duì)象蝠鲼的胸鰭展向變形規(guī)律；
[0013]2、本發(fā)明基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置，能夠靈活應(yīng)用于仿生水下航行器中，根據(jù)航行器的尺寸以及任務(wù)需求，可以靈活選擇鰭條的數(shù)目以及展向長(zhǎng)度。
[0014]3、本發(fā)明基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，在鰭條的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，鰭條運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)處無(wú)隆起，外形光滑，可以采用非透水整體澆筑蒙皮包覆。
[0015]4、本發(fā)明基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置，前鰭條與后鰭條采用相同關(guān)節(jié)數(shù)目及剛度的鰭條，使得航行器具備良好的倒游能力；
[0016]5、本發(fā)明基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置，中鰭條尾桿上裝有轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，提高了胸鰭尖端的弦向轉(zhuǎn)動(dòng)能力，相鄰鰭條通過(guò)彈簧牽連，以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置的前鰭條或后鰭條結(jié)構(gòu)爆炸圖；
[0019]圖3為本發(fā)明基于行星輪系和同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的水下推進(jìn)裝置的中鰭條結(jié)構(gòu)爆炸圖。
[0020]圖中:
[0021]1-前鰭條2-中鰭條 3-后鰭條4-傳動(dòng)桿
[0022]5-尾桿6-尾桿安裝臂7-行星輪系機(jī)構(gòu) 8-驅(qū)動(dòng)舵機(jī)
[0023]9-舵機(jī)安裝座 10-彈簧11-轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)12-中間基體
[0024]401-連桿402-蓋板 403-同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)403a_傳動(dòng)帶輪
[0025]403b-傳動(dòng)帶 701-太陽(yáng)輪 702-行星輪
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]本發(fā)明仿生胸鰭鰭條裝置，包括前鰭條1、中鰭條2與后鰭條3，前鰭條1、中鰭條2、后鰭條3分別沿弦向等間隔設(shè)置，如圖1、圖2、圖3所示。本實(shí)施例方式中，前鰭條I與后鰭條3均包括一組傳動(dòng)桿4、一根尾桿5、一組尾桿安裝臂6、一套行星輪系機(jī)構(gòu)7、一個(gè)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)8以及舵機(jī)安裝座9。而中鰭條包括兩組傳動(dòng)桿4、一根尾桿5、一組尾桿安裝臂6、兩套行星輪系機(jī)構(gòu)7、一個(gè)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)8以及舵機(jī)安裝座9。其中，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)安裝座9用來(lái)支撐驅(qū)動(dòng)舵機(jī)8，固定安裝于機(jī)器魚中間基體12上。傳動(dòng)桿4包括兩根連桿401、一組蓋板402與一套同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)403 ;兩根連桿401通過(guò)一組上下設(shè)置的蓋板402固定，內(nèi)部形成空腔，作為同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)403安裝腔。同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)403由兩個(gè)傳動(dòng)帶輪403a與一條傳動(dòng)帶403b構(gòu)成，兩個(gè)傳動(dòng)帶輪403a分別設(shè)置于傳動(dòng)桿401的輸入端與輸出端處，固定于轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸兩端分別與兩根連桿401的相對(duì)位置通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承相連；兩個(gè)傳動(dòng)帶輪403a間通過(guò)傳動(dòng)皮帶403b相連。行星輪系機(jī)構(gòu)7包括相互嗤合的太陽(yáng)輪701與行星輪702，用于將驅(qū)動(dòng)舵機(jī)8輸出的動(dòng)力傳遞至同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)403。行星輪系機(jī)構(gòu)7通過(guò)齒輪箱封裝，防止在行星輪系機(jī)構(gòu)7運(yùn)動(dòng)過(guò)程中卷入異物。
[0028]所述前鰭條I與后鰭條3結(jié)構(gòu)相同，具體為:將傳動(dòng)桿4視為行星架，則太陽(yáng)輪701固定安裝在舵機(jī)安裝座9上，行星輪702固定安裝在傳動(dòng)桿4輸入端的轉(zhuǎn)軸上。驅(qū)動(dòng)舵機(jī)8的輸出軸穿過(guò)太陽(yáng)輪701后，與傳動(dòng)桿4輸入端外壁固定；傳動(dòng)桿4輸出端的轉(zhuǎn)軸兩端通過(guò)一組尾桿安裝臂6與尾桿5的末端固定。由此，通過(guò)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)8可以直接將動(dòng)力傳遞至傳動(dòng)桿4，使傳動(dòng)桿4上下擺動(dòng)；同時(shí)傳動(dòng)桿4帶動(dòng)行星輪702繞太陽(yáng)輪701轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而