[实用新型]一种二自由度水下扑翼运动实验装置

说明书

本实用新型涉及一种二自由度水下扑翼运动实验装置。包括水箱、扑翼机构、摆动机构、安装板、牵引机构和单、多自由度力传感器。扑翼机构包括扑翼电机以及由扑翼电机驱动的翼板，扑翼电机的输出轴竖直设置；摆动机构包括摆动电机、曲柄摇杆机构和平行四杆机构，平行四杆机构与扑翼机构连接，摆动电机通过曲柄摇杆机构带动平行四杆机构运动；安装板沿X方向导向滑动安装在箱体上部，摆动机构安装在安装板上，牵引机构安装在水箱上，包括牵引电机、带轮和输送带，安装板相对于输送带固定，牵引电机带动输送带绕带轮旋转；单自由度力传感器设置在扑翼机构与摆动机构之间；多自由度力传感器设置在扑翼电机与翼板之间。可检测不同流速的水翼运动。

技术领域

本实用新型涉及一种二自由度水下扑翼运动实验装置。

背景技术

经探测，地球表面积的三分之二以上被江河湖泊和海洋等水面覆盖，水面以下蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源。毋庸置疑，随着陆地资源的开发殆尽，水下资源的开发和利用对经济增长的推动作用将愈趋明显。目前用于水下观测、考察和开发的主要工具有载人潜水器和无人潜水器两种。

当前水下机器人多采用传统的螺旋桨作为推进器，其体积大、重量重、能耗高、综合效率低(通常小于45％)、瞬时响应有严重的滞后现象、运动灵活性能差、并且伴有较大的噪音和尾涡。螺旋桨推进器的这些缺点不利于开发具有大范围转移能力和高机动性的水下机器人。为克服螺旋桨推进器的这些缺陷，适应未来水下机器人技术发展的要求，人们在开发新能源的同时，也在积极寻找性能更加优良的新型推进与操纵方式。

水生动物经过上亿年的演变和进化，早己在优胜劣汰中将其在水中的运动能力发挥到了极至。其中鱼类和鲸类等哺乳动物(此处我们统称为鱼类)的游动方式具有高速、高效、灵活、低噪等特点，其游动和控制姿态的能力是任何目前装备传统的操纵与推进系统的潜器所无法比拟的，将其应用于水下机器人，将为水下机器人的研究和发展提供新的起点和更为广阔的空间。近年来仿生水下机器人技术已经成为水下机器人的重要研究方向之一，它基于仿生学原理，通过对鱼类游动机理的研究，利用机械结构、电子设备和功能材料来开发模仿鱼类的操纵和推进方式，并将其应用于水下机器人。这种新型水下机器人在战争时期，可用于水雷战和反水雷战、军事侦察和潜艇的配套武器:在和平时期，可用于复杂海洋环境下的海底测量、海洋观察、水下救生等，因此具有十分重要的意义。

水中生物的游动方式可粗略的分为摆动法、划动法、水翼法、喷射法等四大类。其中水生动物水翼法游动的高效率、灵活性却一直是科研人员翘首以盼的。“水翼”，是指某些水生动物的流线型运动器官。海龟、企鹅等大型水生动物，它们的前肢就是水翼。它们游动时，翼状的前肢在水中上下拍动，并不断改变水翼前缘的上翘与下沉，使水产生反作用力推动它们前进，犹如小鸟在空中拍动翅膀飞行一样，这就是动物的水翼法游动。

为了研究水翼运动，现有技术中存在一些仿生的机械设备，但目前大多停留在静止的水池中实现一自由度的扑动，并不能很好的模拟水生动物的灵活游动，单自由度的扑翼运动，如授权公告号为CN205122038U的中国实用新型专利所公开的一种水下扑翼运动实验装置，该装置只是一种单自由度的扑翼运动，只能研究翼板在一个自由度上的摆动而产生的推力情况，若想实现真正仿生的目的，该装置远远达不到要求，因为研究水翼运动不仅需要至少两个自由度的运动模拟、运动模拟后的测量，而且还需要模拟水生生物在非静止水下(不同流速)的运行状态并进行对应的测量，才能实现不同的研究目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可真实模拟海龟前肢在不同流速的水中游动状态，以检测对应的推力和升力大小，从而达到研究水翼运动的水动力特性目的的二自由度水下扑翼运动实验装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种二自由度水下扑翼运动实验装置包括：

水箱；