[发明专利]基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下仿生胸鳍推进装置，属于水下仿生推进器技术领域，更特别地说，是一种能够模仿海洋中胸鳍摆动推进的蝠鲼胸鳍三维运动变形的多鳍条多关节仿生胸鳍驱动骨架。

背景技术

自然界中的鱼类推进方式主要有两种，身体/尾鳍推进模式和中间鳍/对鳍推进模式。水下仿生推进技术领域开发的机器鱼也主要分为两大类，类蝠鲼的胸鳍摆动推进模式属于中间鳍/对鳍推进模式，相对于身体/尾鳍推进模式，中间鳍/对鳍推进模式具有高机动性、高稳定性、高效率等特点，因此越来越多的科研工作者试图通过仿生方式来挺高水下推进器的性能，成为水下推进器领域研究的新热点。

目前所开发的胸鳍平台主要有柔性和刚性两种，柔性胸鳍与自然界蝠鲼的胸鳍更为接近，推进效果更佳。蝠鲼胸鳍摆动时展向截面为多项式曲线，而拟合曲线的方法一般为柔性机构、刚性机构、特殊材料。其中特殊材料和柔性机构产生的推进力较小，导致仿生水下推进器速度低等问题，刚性机构存在鳍条局部变形大等问题，导致仿生水下推进器外观不相似、推进效率降低等问题。

发明内容

为了解决上述问题，在拟合胸鳍变形多项式曲线的前提下，优化胸鳍的变形效果，提高胸鳍外观仿生相似度，本发明提出一种基于同步带传动机构和曲柄导杆机构的水下推进装置，结构简单，应用灵活，可装备到水下潜器机体上。

本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置，包括前鳍条、中鳍条与后鳍条，分别沿弦向等间隔设置。

所述中鳍条包括中鳍条驱动舵机、齿轮减速机构、传动机构与中鳍条曲柄导杆机构、中鳍条尾杆与转接轴；其中，中鳍条驱动舵机的输出轴与转接轴同轴连接。中鳍条曲柄导杆机构包括由一级导杆与一级曲柄构成的一级曲柄导杆机构、由二级导杆、二级曲柄构成的二级曲柄导杆机构，以及中鳍条基座。其中，一级曲柄导杆机构中，一级导杆末端与中鳍条基座前端连接，形成转动副。通过销轴穿过沿一级导杆轴向设计的中鳍条滑孔A，销轴的传动端穿过一级曲柄前端；连接端与二级曲柄末端相连，使一级曲柄、二级曲柄与一级导杆间形成移动副。一级曲柄末端套在转接轴上；二级导杆末端与一级导杆前端相连，形成转动副；通过销轴穿过沿二级导杆轴向设计的中鳍条滑孔B与二级曲柄前端间相连，使二级曲柄与二级导杆间形成移动副；二级导杆前端与中鳍条尾杆末端固连。

所述传动机构的输入端安装在转接轴上，输出端安装在一级曲柄前端处销轴传动端部；将中鳍条驱动舵机输出的动力经传递至二级导杆。

所述齿轮减速机构用于将中鳍条驱动舵机的转速降低后输出至一级曲柄305b，且使一级曲柄与二级曲柄在摆动过程中形成转速差。

通过合理控制各鳍条间的运动相位差，使本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置，可实现由展向摆动以及弦向波动耦合而成的复杂三维运动。

本发明的优点在于：

1、本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置，驱动装置采用防水舵机驱动，能够拟合胸鳍展向变形规律；

2、本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置，能够灵活应用于仿生水下航行器中，根据航行器的尺寸以及任务需求，可以灵活选择鳍条的数目以及展向长度。

3、本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置，结构紧凑，在鳍条的整个运动过程中，鳍条运动关节处无隆起，外形光滑，可以采用非透水整体浇筑蒙皮包覆。

4、本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置，前鳍条与后鳍条采用不同关节数目及刚度的鳍条，使得航行器具备良好的倒游能力；

5、本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置，相邻鳍条通过橡皮管牵连，更好地拟合胸鳍运动。

附图说明

图1为本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置整体结构示意图；

图2为本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置的前鳍条结构爆炸图；

图3为本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置的中鳍条结构爆炸图；

图4为本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置的中鳍条上摆状态示意图；

图5为本发明基于同步带传动和曲柄导杆机构的水下推进装置的中鳍条下摆状态示意图。

图中：

1-前鳍条2-后鳍条 3-中鳍条

4-胸鳍连接板5-连接杆 101-前鳍条驱动舵机

6-橡皮管102-前鳍条舵盘 103-前鳍条尾杆

104-前鳍条曲柄导杆机构105-前鳍条舵机安装座 104a-前鳍条曲柄