[發(fā)明專利]繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)裝置及繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111007409.2
• 申請(qǐng)日: 2021-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113734397B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海鵬;周超;吳正興;范俊峰;鄧賽;李朋;譚民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): B63H1/36
• 分類號(hào): B63H1/36;B63H21/17;B63H23/02;B63H23/04;B63H23/06
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 邢大鑫

本發(fā)明涉及水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)裝置及繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)，包括：密封主艙；驅(qū)動(dòng)電機(jī)，設(shè)置于密封主艙內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相對(duì)兩側(cè)分別設(shè)有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)；擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括密封子艙、四連桿機(jī)構(gòu)和擺桿，密封子艙設(shè)置于密封主艙的外部且與密封主艙連通，以形成傳動(dòng)區(qū)域，四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)置于傳動(dòng)區(qū)域，四連桿機(jī)構(gòu)的輸入端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)連接，四連桿機(jī)構(gòu)的輸出端連接有擺動(dòng)軸，擺動(dòng)軸設(shè)置于密封子艙內(nèi)且延伸至外部與擺桿相連，以驅(qū)動(dòng)擺桿往復(fù)擺動(dòng)，擺桿用于與牽引繩相連。本發(fā)明可以將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)擺動(dòng)，并將往復(fù)擺動(dòng)從密封空間傳遞到外部開(kāi)放空間，實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、密封可靠等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)裝置及繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)。

背景技術(shù)

大自然中魚(yú)類、海豚等海洋生物進(jìn)化出了適應(yīng)水下活動(dòng)的身體結(jié)構(gòu)，它們普遍采用擺動(dòng)尾部或使身體波動(dòng)的形式游動(dòng)，這種游動(dòng)推進(jìn)模式與螺旋槳驅(qū)動(dòng)相比，不但效率高，同時(shí)具有靈活、隱蔽的特點(diǎn)。以它們?yōu)榉律鷮?duì)象的仿生機(jī)器魚(yú)，在海洋觀測(cè)、水下作業(yè)等領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用前景。

在水下機(jī)器人領(lǐng)域，目前技術(shù)相對(duì)成熟的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源為輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，其他諸如形狀記憶合金、人工肌肉等智能材料，但其技術(shù)成熟度還遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用的水平。常用的繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)，主要包括依次連接的魚(yú)頭、魚(yú)身和尾鰭，其中，魚(yú)身由多個(gè)魚(yú)體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)串聯(lián)鉸接形成，魚(yú)身內(nèi)設(shè)有電機(jī)或舵機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪和鋼絲繩等結(jié)構(gòu)，采用的驅(qū)動(dòng)方式是電機(jī)或舵機(jī)直接驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，由驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)纏繞在上面的鋼絲繩進(jìn)行張弛運(yùn)動(dòng)，鋼絲繩再拖動(dòng)魚(yú)身的各個(gè)魚(yú)體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和尾鰭連續(xù)擺動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)形式存在以下問(wèn)題：由于在水下作業(yè)，因此需要密封，防止電機(jī)或舵機(jī)等部件進(jìn)水，其密封方式往往采用橡膠套將整條魚(yú)身密封包覆，魚(yú)身在膠套內(nèi)擺動(dòng)時(shí)會(huì)受到一定的束縛，導(dǎo)致擺動(dòng)效果差；并且采用舵機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)鋼絲繩張弛的方式，效率較低，容易疲勞損壞。因此，上述問(wèn)題致使目前的繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)無(wú)法承載較深水下的高壓環(huán)境，且在真實(shí)水下環(huán)境中較長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)作業(yè)的可靠性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)裝置及繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)，可以將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)擺動(dòng)，并將往復(fù)擺動(dòng)從密封空間傳遞到外部開(kāi)放空間，驅(qū)動(dòng)牽引繩張弛，進(jìn)而帶動(dòng)魚(yú)身及尾鰭擺動(dòng)。本發(fā)明不僅適用于小型科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)形式，而且適用于大型深水高壓環(huán)境下的繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)的驅(qū)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、密封可靠和經(jīng)久耐用的特點(diǎn)。

本發(fā)明提供一種繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)裝置，包括：密封主艙；驅(qū)動(dòng)電機(jī)，設(shè)置于所述密封主艙內(nèi)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相對(duì)兩側(cè)分別設(shè)有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括密封子艙、四連桿機(jī)構(gòu)和擺桿，所述密封子艙設(shè)置于所述密封主艙的外部且與所述密封主艙連通，以形成傳動(dòng)區(qū)域，所述四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述傳動(dòng)區(qū)域，且所述四連桿機(jī)構(gòu)的輸入端與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)連接，所述四連桿機(jī)構(gòu)的輸出端連接有擺動(dòng)軸，所述擺動(dòng)軸設(shè)置于所述密封子艙內(nèi)且延伸至所述密封子艙的外部與所述擺桿相連，以驅(qū)動(dòng)所述擺桿往復(fù)擺動(dòng)，所述擺桿用于與牽引繩相連。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)裝置，所述四連桿機(jī)構(gòu)包括：偏心輪、連桿和搖桿，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸經(jīng)錐齒輪副連接有輸出軸，所述偏心輪與所述輸出軸固定連接，所述連桿的第一端與所述偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述搖桿的第一端與所述連桿的第二端鉸接，所述搖桿的第二端與所述擺動(dòng)軸固定連接。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)裝置，兩側(cè)的所述四連桿機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的偏心輪同軸設(shè)置于所述輸出軸的兩端。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)裝置，所述密封主艙的外部設(shè)有固定支架，所述固定支架位于兩側(cè)的所述密封子艙之間，用于與繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)的魚(yú)身相連。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種繩牽引仿生機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)裝置，所述擺桿位于兩側(cè)的所述密封子艙之間，所述固定支架上設(shè)有導(dǎo)向輪，所述導(dǎo)向輪與所述擺桿相對(duì)設(shè)置，用于對(duì)牽引繩導(dǎo)向。