[发明专利]绳牵引仿生机器鱼驱动装置及绳牵引仿生机器鱼

说明书

本发明涉及水下机器人技术领域，提供了一种绳牵引仿生机器鱼驱动装置及绳牵引仿生机器鱼，包括：密封主舱；驱动电机，设置于密封主舱内，驱动电机的相对两侧分别设有摆动机构；摆动机构包括密封子舱、四连杆机构和摆杆，密封子舱设置于密封主舱的外部且与密封主舱连通，以形成传动区域，四连杆机构设置于传动区域，四连杆机构的输入端与驱动电机传动连接，四连杆机构的输出端连接有摆动轴，摆动轴设置于密封子舱内且延伸至外部与摆杆相连，以驱动摆杆往复摆动，摆杆用于与牵引绳相连。本发明可以将驱动电机的回转运动转变为往复摆动，并将往复摆动从密封空间传递到外部开放空间，实现摆动，具有结构紧凑、密封可靠等特点。

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种绳牵引仿生机器鱼驱动装置及绳牵引仿生机器鱼。

背景技术

大自然中鱼类、海豚等海洋生物进化出了适应水下活动的身体结构，它们普遍采用摆动尾部或使身体波动的形式游动，这种游动推进模式与螺旋桨驱动相比，不但效率高，同时具有灵活、隐蔽的特点。以它们为仿生对象的仿生机器鱼，在海洋观测、水下作业等领域有着重大的应用前景。

在水下机器人领域，目前技术相对成熟的驱动动力源为输出回转运动的电机，其他诸如形状记忆合金、人工肌肉等智能材料，但其技术成熟度还远未达到实用的水平。常用的绳牵引仿生机器鱼，主要包括依次连接的鱼头、鱼身和尾鳍，其中，鱼身由多个鱼体关节结构串联铰接形成，鱼身内设有电机或舵机、驱动轮和钢丝绳等结构，采用的驱动方式是电机或舵机直接驱动驱动轮，由驱动轮带动缠绕在上面的钢丝绳进行张弛运动，钢丝绳再拖动鱼身的各个鱼体关节结构和尾鳍连续摆动。这种驱动形式存在以下问题：由于在水下作业，因此需要密封，防止电机或舵机等部件进水，其密封方式往往采用橡胶套将整条鱼身密封包覆，鱼身在胶套内摆动时会受到一定的束缚，导致摆动效果差；并且采用舵机正反转来带动驱动轮往复转动以驱动钢丝绳张弛的方式，效率较低，容易疲劳损坏。因此，上述问题致使目前的绳牵引仿生机器鱼无法承载较深水下的高压环境，且在真实水下环境中较长时间持续作业的可靠性差。

发明内容

本发明提供一种绳牵引仿生机器鱼驱动装置及绳牵引仿生机器鱼，可以将驱动电机的回转运动转变为往复摆动，并将往复摆动从密封空间传递到外部开放空间，驱动牵引绳张弛，进而带动鱼身及尾鳍摆动。本发明不仅适用于小型科学实验模型的结构形式，而且适用于大型深水高压环境下的绳牵引仿生机器鱼的驱动，具有结构紧凑、密封可靠和经久耐用的特点。

本发明提供一种绳牵引仿生机器鱼驱动装置，包括：密封主舱；驱动电机，设置于所述密封主舱内，所述驱动电机的相对两侧分别设有摆动机构；所述摆动机构包括密封子舱、四连杆机构和摆杆，所述密封子舱设置于所述密封主舱的外部且与所述密封主舱连通，以形成传动区域，所述四连杆机构设置于所述传动区域，且所述四连杆机构的输入端与所述驱动电机传动连接，所述四连杆机构的输出端连接有摆动轴，所述摆动轴设置于所述密封子舱内且延伸至所述密封子舱的外部与所述摆杆相连，以驱动所述摆杆往复摆动，所述摆杆用于与牵引绳相连。

根据本发明提供的一种绳牵引仿生机器鱼驱动装置，所述四连杆机构包括：偏心轮、连杆和摇杆，所述驱动电机的转轴经锥齿轮副连接有输出轴，所述偏心轮与所述输出轴固定连接，所述连杆的第一端与所述偏心轮转动连接，所述摇杆的第一端与所述连杆的第二端铰接，所述摇杆的第二端与所述摆动轴固定连接。

根据本发明提供的一种绳牵引仿生机器鱼驱动装置，两侧的所述四连杆机构对应的偏心轮同轴设置于所述输出轴的两端。

根据本发明提供的一种绳牵引仿生机器鱼驱动装置，所述密封主舱的外部设有固定支架，所述固定支架位于两侧的所述密封子舱之间，用于与绳牵引仿生机器鱼的鱼身相连。

根据本发明提供的一种绳牵引仿生机器鱼驱动装置，所述摆杆位于两侧的所述密封子舱之间，所述固定支架上设有导向轮，所述导向轮与所述摆杆相对设置，用于对牵引绳导向。