[發明專利]可實現橢圓軌跡的海豚胸鰭蝶泳式拍動機構

有效

• 申請號: 201910015413.X
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109760810B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 夏丹;趙意;王國豪;朱陽洋
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36
• 代理公司: 32204 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 張婧

本發明公開了一種可實現橢圓軌跡的海豚胸鰭蝶泳式拍動機構，包括一對仿生胸鰭、以及用于驅動該對仿生胸鰭實現橢圓軌跡的擊水、劃水和換向運動的驅動執行機構，該驅動執行機構通過輸出軸與一對仿生胸鰭相連接；其中所述驅動執行機構包括帶動仿生胸鰭實現橢圓軌跡的擊水和劃水運動的胸鰭拍動機構和帶動仿生胸鰭實現換向運動的胸鰭轉動機構。本發明實現了機構的二自由度運動，拍動與轉動既可分離又可復合，既可使胸鰭完成一個周期內的橢圓軌跡擊水和劃水運動，也可為其擊水和劃水動作提供合適的迎角，在短時間內達到理想的角度，使得機構具有更好的靈活度，提升了仿生胸鰭的機動性能。

技術領域

本發明涉及仿生機構，尤其涉及一種可實現橢圓軌跡的海豚胸鰭蝶泳式拍動機構。

背景技術

仿生學研究表明，仿生機器海豚通過胸鰭和尾鰭的協調運動，可實現前進后退、上升下潛以及機動轉彎等，同時可實現海豚的躍水運動及懸停定位。具有高效率、高穩定性、優良的機動性、噪音低、對環境擾動小等優勢。

仿生機器海豚的研究不僅可以為研究海豚運動的水動力學、游動機理、運動控制方法提供實驗本體，并且與傳統螺旋槳推進器相比，機器海豚有著噪聲低、效率高，耗能低等優點，在水下機器人領域，海豚在游動性能、躍水運動、減阻機制、聲納探測等方面具有比魚類更為卓越的性能。

海豚有新月形的尾鰭，游進時利用軀干和尾鰭做上下的波動復合運動來推動身體前進，輔以胸鰭的拍動運動，進一步提升了海豚的推進及躍升性能。海豚泳是從蝶泳演變而來，它的雙臂擊水力量是競技游泳中最大的一種，擊水效果明顯，同時具備了靈活性與機動性。

因此設計一款可實現橢圓軌跡的海豚胸鰭蝶泳式拍動機構，可以提升機器海豚的直線推進及輔助躍升性能，同時保證了機器海豚的機動性和穩定性。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種加快機器直游速度和大幅提高機器海豚直線推進性能與躍升性能的可實現橢圓軌跡的海豚胸鰭蝶泳式拍動機構。

技術方案：為實現以上目的，本發明公開了一種可實現橢圓軌跡的海豚胸鰭蝶泳式拍動機構，其特征在于，包括一對仿生胸鰭、以及用于驅動該對仿生胸鰭實現橢圓軌跡的擊水、劃水和換向運動的驅動執行機構，該驅動執行機構通過輸出軸與一對仿生胸鰭相連接；其中所述驅動執行機構包括帶動仿生胸鰭實現橢圓軌跡的擊水和劃水運動的胸鰭拍動機構和帶動仿生胸鰭實現換向運動的胸鰭轉動機構。

其中，所述胸鰭拍動機構包括十字滑槽、依次連接的伺服電機、錐齒輪組和驅動軸，該驅動軸的兩端分別通過曲柄連接有擺動連桿，該擺動連桿上以曲柄和擺動連桿的連接處為中心對稱設有滑塊，所述伺服電機驅動錐齒輪組嚙合帶動驅動軸轉動時，驅動軸帶動曲柄以及曲柄和擺動連桿的連接處共同作圓周運動，進而帶動兩滑塊沿十字滑槽往復運動，使得與仿生胸鰭相連接的擺動連桿端部輸出橢圓軌跡運動。

優選的，還包括同心套設的橢圓盤和小圓盤，該小圓盤套設在橢圓盤內且兩者之間間隔形成圓形線槽，所述十字滑槽開設在橢圓盤和小圓盤上。

進一步，所述錐齒輪組包括兩個相互嚙合且中心軸垂直設置的錐齒輪。

再者，所述胸鰭轉動機構包括用于驅動輸出軸旋轉的舵機和用于固定舵機的舵機支架。

進一步，所述胸鰭拍動機構和胸鰭轉動機構之間依次連接有萬向節和滑桿組件，該滑桿組件包括相互配合的滑桿和套筒。

優選的，還包括用于包覆驅動執行機構的仿生外殼和套設在輸出軸上、與仿生外殼相連接的魚眼軸承。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下顯著優點：

1、本發明實現了機構的二自由度運動，拍動與轉動既可分離又可復合，既可使胸鰭完成一個周期內的橢圓軌跡擊水和劃水運動，也可為其擊水和劃水動作提供合適的迎角，在短時間內達到理想角度，使得機構具有更好的靈活度，提升了仿生胸鰭的機動性能；