[發明專利]基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構

有效

• 申請號: 201610396837.1
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN105857557B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 謝廣明;鄭興文;王偉;王晨;范瑞峰
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36;B63H21/17
• 代理公司: 北京中企鴻陽知識產權代理事務所(普通合伙)11487
• 代理人: 劉葛,郭鴻雁

技術領域

本發明屬于水下自主式仿生機器魚技術領域，特別是涉及一種基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構。

背景技術

近年來，包括機器魚在內的水下服務機器人在海洋資源開采、水下勘查、管道檢查、電纜鋪設等方面發揮了重大作用，越來越引起科研工作者的關注。

仿生機器魚通過采用身體和魚鰭的協調運動，可實現快速啟動、上升下潛、懸停定位以及機動轉彎，從而具備在復雜水下環境中作業服務的能力。除了具備更優的機動性與靈活性外，與以往的基于螺旋槳的水下航行器相比，仿生推進器的推進效率可提高30％，從而可以節省能源，延長工作時間，提高續航能力。

CN101758916B公開了一種自主式機器魚，其中部設置有一對對稱分布的左、右胸鰭推進機構，所述左、右胸鰭的胸鰭推進機構為對稱結構，均包括舵機支架，所述舵機支架通過螺絲固定在所述下殼體上，所述舵機支架上固定設置有所述胸鰭推進機構的舵機；所述舵機的輸出力矩通過一聯軸器傳遞給一大齒輪，所述大齒輪與一小齒輪嚙合，所述小齒輪固定設置在一通過軸承與軸承座連接的輸出軸上，所述軸承座通過螺絲固定連接一頂蓋，所述頂蓋固定在所述下殼體上；所述輸出軸的另一端依次穿過所述頂蓋和一與所述頂蓋緊配合的法蘭蓋后，分別與所述左、右胸鰭連接。其存在的問題是胸鰭推進機構通過大、小齒輪進行傳動，結構復雜，且僅能實現胸鰭的擺動，無法實現機器魚在水中的多種復雜運動，如上升、下潛和翻轉等動作。

相對于其他體型以及采用其他推進方式的魚類來說，箱鲀具備更加優良的游動特性，包括機動性、穩定性、流場特性等，對其研究具備更大的意義。

對于仿生箱鲀，通過與其推進機理的結合，制造水動力性能穩定，外形更加接近真魚，且綜合性能最優的仿生箱鲀將是未來研究努力的方向。在此之外，進行仿生箱鲀的推進技術、傳感技術以及控制技術的融合，提高機器魚的智能性，進行仿生箱鲀的運動控制和多機器魚的協調研究，也是未來仿生箱鲀的發展與研究趨勢。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種使仿箱魨科機器魚具備高機動性、高推進效率且能實現復雜三維運動的基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構，包括兩片仿生胸鰭、對稱設置的兩套擺動機構、分別與兩套擺動機構連接的兩套拍動機構，擺動機構包括安置盒、擺動舵機、擺動舵盤、安置盒端蓋、輸出軸，擺動舵機安裝在安置盒內，擺動舵機的輸出端與擺動舵盤連接，擺動舵盤與輸出軸連接，輸出軸上安裝第一軸承，第一軸承安裝在安置盒端蓋內，安置盒端蓋與安置盒固定連接，輸出軸伸出安置盒端蓋的一端上固定仿生胸鰭，拍動機構包括安置架、拍動舵機、拍動舵盤、動力輸出中間模塊、支撐軸，拍動舵機安裝在安置架上，拍動舵機的輸出端與拍動舵盤連接，動力輸出中間模塊包括動力軸、套筒，動力軸與拍動舵盤固定連接，動力軸上安裝第二軸承，第二軸承安裝在套筒內，動力軸的另一端與安置盒的側壁連接，安置盒的另一側壁上安裝支撐軸，支撐軸上安裝支撐軸承，拍動舵盤與擺動舵盤分別在相互垂直的兩個平面上。

本發明基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構，進一步的，所述輸出軸與安置盒端蓋之間設置第一密封圈，第一密封圈位于第一擋圈的外側。

本發明基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構，進一步的，所述輸出軸上安裝端蓋，端蓋與安置盒端蓋固定連接。

本發明基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構，進一步的，所述動力軸與套筒之間設置第二密封圈。

本發明基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構，進一步的，通過第一擋圈對第一軸承進行軸向定位。

本發明基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構，進一步的，通過第二擋圈對第二軸承進行軸向定位。

本發明基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構，進一步的，所述仿生胸鰭包括骨架，骨架包括一體制成的多根圓桿，相鄰圓桿之間設置薄膜。

本發明基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構，進一步的，所述仿生胸鰭形狀呈扇形。

本發明基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構，進一步的，每根所述圓桿從中心到外端的截面積逐漸減小。

本發明基于箱鲀科魚類的雙自由度仿生胸鰭推進機構，進一步的，所述骨架采用工程塑料制成，薄膜采用塑料薄膜。