[发明专利]双凸轮式单自由度的机器鱼拍动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于仿生机器鱼的动力机构，更特别地说，是指一种双凸轮式单自由度的机器鱼拍动机构。

背景技术

通过脊椎动物学和流体力学方面的大量理论和实验研究，人们发现经过上亿年进化的鱼类游动方式包含着深刻的流体力学和生物学机理，一些鱼类在推进效率、机动灵活性和可操纵性方面比当今世界上任何水面、水下运载器性能都要高。因此，国内外许多著名的研究机构越来越关注水下各种鱼类的高效游动方式，纷纷投入专门的人力、物力和财力，探索仿生机器鱼这一新兴的多学科交叉的前沿技术研究。

美国麻省理工学院海洋工程实验室、伍兹霍尔海洋研究所和纽约大学联合组成研究小组正在开展有关鱼类仿生推进机理的研究。从1994年至1999年，以Triantafyllou M.S.为主的研究小组先后设计研究了1.2米长的机器金枪鱼和0.8米长的机器狗鱼；美国C.S.DRAPAR实验室研制了长度2.4米的仿黄鳍金枪鱼VCUUV，速度在1赫兹时达到1.2米/秒。日本N.Kato研究小组研究了鲈鱼胸鳍的运动机理；日本三菱公司也组织开展了鱼类仿生机器人技术开发，实现了长度60cm，重量6磅的机器鱼，速度可达0.25m/s；东京理工学院最近制造了双结点海豚型自航模型，该模型总长1.75m，与真实的海豚长度相近，推进速度在1.5赫兹时为1.15m/s。但是，由于身体运动的不稳定性，单纯模仿海豚和金枪鱼外形的机器鱼方案，都未能达到设计的速度要求，尾部运动出现了失真。北航机器人研究所从1999年开始进行机器鱼的研究，最早制造成功了国内第一条机器鳗鱼ROBOFISH，以及多机器鱼协调运动控制系统。但是，研究中发现：多关节的、细长分布的鱼体外形总是产生不必要的晃动，增加了阻力、消耗了能量。

针对目前两自由度拍动机构的控制精度要求高、效率较低等问题提出了一种新的单自由度的拍动机构，将原机构中的两个关节利用机械结构关联起来，降低控制的复杂程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种双凸轮式单自由度的拍动机构，该拍动机构利用尾鳍4的拍动来提供推进的动力，尾鳍4的拍动是由电机带动两个偏心轮运动，从而带动两个滑块沿导轨作直线运动，通过安装在滑块上的齿条与传动组件上的齿轮配合，实现了平行四杆组件的转动。

本发明的一种双凸轮式单自由度的机器鱼拍动机构，该拍动机构为机器鱼提供动力。本发明的双凸轮式单自由度的机器鱼拍动机构包括有基座1、平行四杆组件2、导块组件3、电机5、驱动组件6、传动组件7。电机5通过电机座5a安装在基座1的上盖板1a上；导块组件3的四支直线导轨安装在基座1的四个支撑座上；驱动组件6放置于导块组件3的弧形长方形孔内；传动组件7通过A传动轴7a、B传动轴7d安装在基座1的上盖板1a、连接板1b和下底板1c上；平行四杆组件2的大臂21连接在传动组件7的A传动轴7a上，平行四杆组件2的B连杆24连接在传动组件7的B传动轴7d上，平行四杆组件2的小臂22上连接有尾鳍4。

本发明中的电机5、驱动组件6与导块组件3构成了一个传动单元，该传动单元用于将电机5的转动转换为A滑块31、B滑块32的直线运动，从而带动与A齿条33啮合的A齿轮7b、B齿条34啮合的B齿轮7c转动。

本发明双凸轮式单自由度的机器鱼拍动机构的优点：(1)驱动组件6采用了双凸轮(A偏心轮、B偏心轮)结构，并且对双凸轮的位置关系通过在驱动轴上开有的两个键槽的相位差角度β(β＝45°～90°)进行调节，用机械结构保证了大臂21与小臂22的相位差；另外通过改变偏心轮的偏心距可以调节大臂21、小臂22的摆动幅度。(2)驱动组件6与导块组件3之间采用凸轮副连接，使得导块在直线运动过程中过渡平稳且噪声小。(3)传动组件7与平行四杆组件2之间采用分段连接方式，使得平行四杆组件2中的大臂21在尾鳍4的拍动条件下实现水平平动；而小臂22则在尾鳍4的拍动条件下实现绕A销钉223作转动。

附图说明

图1是本发明拍动机构的结构图。

图1A是未装配上盖板、电机的拍动机构的结构图。

图2是本发明基座的爆炸示图。

图3是本发明导块组件的结构图。

图3A是本发明A滑块的结构图。

图3B是本发明A直线导轨的装配图。

图3C是本发明C直线导轨的装配图。

图3D是本发明B滑块的结构图。

图3E是本发明B直线导轨的装配图。

图3F是本发明D直线导轨的装配图。

图4是驱动组件的结构图。

图4A是驱动组件的爆炸示图。