[发明专利]仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统

说明书

本发明提供了一种仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统，包括主轴、转动轴、多个传动齿轮组、固定环框、多个扭转环框、摆动电机和扭转电机；主轴为空心直杆，摆动电机驱动主轴绕摆动电机的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的上下拍动，主轴套设于转动轴外侧，固定环框和多个扭转环框沿主轴轴向间隔套设于主轴外侧，多个扭转环框通过多个传动齿轮组与转动轴转动连接，转动轴的一端与扭转电机连接，扭转电机驱动转动轴通过多个传动齿轮组带动多个扭转环框绕转动轴的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的扭转运动。应用本发明的技术方案，能够解决现有技术中仿胸鳍推进驱动机构结构复杂，环境适应性差，环框运动角度不能实现线性运动且机构可靠性低的技术问题。

技术领域

本发明涉及水下仿生航行器驱动系统与结构设计技术领域，尤其涉及一种仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统。

背景技术

仿胸鳍推进航行器是模仿蝠鲼类海洋生物外形及胸鳍运动模式的一种新型航行器，具有推进效率高、噪音水平低、机动能力强、滑翔升阻比大等优势，其核心部件为胸鳍推进系统。针对仿胸鳍推进航行器和仿胸鳍推进驱动机构，国内外专家进行了广泛而深入的研究，使其成为水下仿生推进技术的一个重要方向。

分析发现，海洋生物蝠鲼的胸鳍运动特征为两自由度的耦合运动，即垂直方向的上下摆动和前后方向的弦向波动，且波动的幅值从胸鳍翼尖至翼根逐渐减小。

针对仿胸鳍推进驱动机构，国内外高校、企业、研究所等单位主要采取以下四种实现形式：(1)单主梁+随动蒙皮：通过一根主梁带动柔性薄皮胸鳍作单自由度的上下拍动，波动依赖于柔性薄壁与水流的相互作用被动实现；(2)多鳍条配合+柔性蒙皮：通过设计单鳍条单自由度上下拍动和前后多鳍条拍动的时间差实现拍动与波动耦合；(3)柔性绳索+扭转机构：通过绳索两端的往复伸拉实现胸鳍上下拍动，通过固定在张拉机构上的电机驱动张拉机构扭转，实现仿生胸鳍的上下拍动与扭转耦合运动。(4)单主轴+变径曲轴+环框：通过主轴实现胸鳍上下拍动，通过变径环框实现胸鳍波动驱动。第一种结构方案简单，但是样机游动性能受水流环境和胸鳍材料影响极大，无法倒游，机动性及环境适应性差；第二种结构方案复杂，结构及伺服驱动系统协同控制复杂；第三种方案整体张拉机构运动疲劳及响应迟滞现象无法回避；第四种方案转动轴驱动环框运动过程中存在角度变化不能按照设定的规律线性运动，机构存在滑动摩擦、噪音难以降低，且系统易损耗，可靠性不高。

发明内容

本发明提供了一种仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统，能够解决现有技术中仿胸鳍推进驱动机构结构复杂，环境适应性差，环框运动角度不能实现线性运动且机构可靠性低的技术问题。

本发明提供了一种仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统，该仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统包括：主轴、转动轴、多个传动齿轮组、固定环框、多个扭转环框、摆动电机和扭转电机；主轴为空心直杆，主轴根部的一端与摆动电机连接，摆动电机驱动主轴绕摆动电机的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的上下拍动，主轴套设于转动轴外侧，主轴具有沿主轴轴向间隔设置的多个弧形开槽和多个传动齿轮组安装支架，多个传动齿轮组安装支架位于主轴外侧，多个传动齿轮组安装支架用于安装多个传动齿轮组，多个弧形开槽与多个传动齿轮组安装支架和多个传动齿轮组一一对应设置，固定环框和多个扭转环框沿主轴轴向间隔套设于主轴外侧，固定环框固定连接于主轴靠近摆动电机的一侧，多个扭转环框通过多个传动齿轮组与转动轴转动连接，多个扭转环框与多个传动齿轮组一一对应设置，扭转电机位于固定环框内，转动轴的一端与扭转电机连接，扭转电机驱动转动轴绕转动轴的轴线作往复转动，转动轴通过多个传动齿轮组带动多个扭转环框绕转动轴的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的扭转运动。

进一步地，传动齿轮组为包括多个齿轮的减速装置，扭转环框具有扭转环框转动齿轮，转动轴具有多个转动轴齿轮，转动轴通过转动轴齿轮依次带动传动齿轮组中的齿轮和扭转环框转动齿轮以实现扭转环框的转动。

进一步地，任一传动齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，第二齿轮与转动轴齿轮啮合，第一齿轮和第二齿轮同轴连接，第三齿轮分别与第一齿轮和扭转环框转动齿轮啮合。