[實用新型]一種二自由度水下撲翼運動實驗裝置

有效

• 申請號: 202122240747.2
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN215770251U
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 丁浩;王鵬武;武照云;申會鵬;馮偉;史朝陽
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 北京棘龍知識產權代理有限公司 11740
• 代理人: 謝靜

本實用新型涉及一種二自由度水下撲翼運動實驗裝置。包括水箱、撲翼機構、擺動機構、安裝板、牽引機構和單、多自由度力傳感器。撲翼機構包括撲翼電機以及由撲翼電機驅動的翼板，撲翼電機的輸出軸豎直設置；擺動機構包括擺動電機、曲柄搖桿機構和平行四桿機構，平行四桿機構與撲翼機構連接，擺動電機通過曲柄搖桿機構帶動平行四桿機構運動；安裝板沿X方向導向滑動安裝在箱體上部，擺動機構安裝在安裝板上，牽引機構安裝在水箱上，包括牽引電機、帶輪和輸送帶，安裝板相對于輸送帶固定，牽引電機帶動輸送帶繞帶輪旋轉；單自由度力傳感器設置在撲翼機構與擺動機構之間；多自由度力傳感器設置在撲翼電機與翼板之間。可檢測不同流速的水翼運動。

技術領域

本實用新型涉及一種二自由度水下撲翼運動實驗裝置。

背景技術

經探測，地球表面積的三分之二以上被江河湖泊和海洋等水面覆蓋，水面以下蘊藏著豐富的生物資源和礦產資源。毋庸置疑，隨著陸地資源的開發殆盡，水下資源的開發和利用對經濟增長的推動作用將愈趨明顯。目前用于水下觀測、考察和開發的主要工具有載人潛水器和無人潛水器兩種。

當前水下機器人多采用傳統的螺旋槳作為推進器，其體積大、重量重、能耗高、綜合效率低(通常小于45％)、瞬時響應有嚴重的滯后現象、運動靈活性能差、并且伴有較大的噪音和尾渦。螺旋槳推進器的這些缺點不利于開發具有大范圍轉移能力和高機動性的水下機器人。為克服螺旋槳推進器的這些缺陷，適應未來水下機器人技術發展的要求，人們在開發新能源的同時，也在積極尋找性能更加優良的新型推進與操縱方式。

水生動物經過上億年的演變和進化，早己在優勝劣汰中將其在水中的運動能力發揮到了極至。其中魚類和鯨類等哺乳動物(此處我們統稱為魚類)的游動方式具有高速、高效、靈活、低噪等特點，其游動和控制姿態的能力是任何目前裝備傳統的操縱與推進系統的潛器所無法比擬的，將其應用于水下機器人，將為水下機器人的研究和發展提供新的起點和更為廣闊的空間。近年來仿生水下機器人技術已經成為水下機器人的重要研究方向之一，它基于仿生學原理，通過對魚類游動機理的研究，利用機械結構、電子設備和功能材料來開發模仿魚類的操縱和推進方式，并將其應用于水下機器人。這種新型水下機器人在戰爭時期，可用于水雷戰和反水雷戰、軍事偵察和潛艇的配套武器:在和平時期，可用于復雜海洋環境下的海底測量、海洋觀察、水下救生等，因此具有十分重要的意義。

水中生物的游動方式可粗略的分為擺動法、劃動法、水翼法、噴射法等四大類。其中水生動物水翼法游動的高效率、靈活性卻一直是科研人員翹首以盼的。“水翼”，是指某些水生動物的流線型運動器官。海龜、企鵝等大型水生動物，它們的前肢就是水翼。它們游動時，翼狀的前肢在水中上下拍動，并不斷改變水翼前緣的上翹與下沉，使水產生反作用力推動它們前進，猶如小鳥在空中拍動翅膀飛行一樣，這就是動物的水翼法游動。

為了研究水翼運動，現有技術中存在一些仿生的機械設備，但目前大多停留在靜止的水池中實現一自由度的撲動，并不能很好的模擬水生動物的靈活游動，單自由度的撲翼運動，如授權公告號為CN205122038U的中國實用新型專利所公開的一種水下撲翼運動實驗裝置，該裝置只是一種單自由度的撲翼運動，只能研究翼板在一個自由度上的擺動而產生的推力情況，若想實現真正仿生的目的，該裝置遠遠達不到要求，因為研究水翼運動不僅需要至少兩個自由度的運動模擬、運動模擬后的測量，而且還需要模擬水生生物在非靜止水下(不同流速)的運行狀態并進行對應的測量，才能實現不同的研究目的。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種可真實模擬海龜前肢在不同流速的水中游動狀態，以檢測對應的推力和升力大小，從而達到研究水翼運動的水動力特性目的的二自由度水下撲翼運動實驗裝置。

本實用新型的技術方案如下：

一種二自由度水下撲翼運動實驗裝置包括：

水箱；