一種探測用仿生刀魚的製作方法
2023-06-15 23:07:21
專利名稱：一種探測用仿生刀魚的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器魚，特別是關於曲軸結構腹鰭驅動的一種探測用仿生刀魚 (又稱機器刀魚)。
背景技術：
地球表面2/3的表面積被水所覆蓋，廣袤的大海深處蘊含著豐富礦產資源。但是 人類對於水下資源的探索還處於初級階段，對大洋深處的了解相對薄弱。海洋深處環境復 雜多變，條件惡劣，給人類探索海洋帶來了重重困難。水下機器人作為一種高科技的探索手 段，必將給人類開發海洋，探索水下世界帶來巨大的幫助。水下機器人在深海觀察、海底探 險、水下管道監測和軍事方面的應用日益增加。與傳統的螺旋槳水下推進器相比，魚類運動 方式有著噪聲小、機動靈活、高推進效率等優點，成為近年來科學家開發水下仿生機器人的 仿生對象。20世紀90年代出現了模仿魚類運動的機器魚。從1994年第一條仿生金槍魚至今， 仿生機器魚的運動方式多採用以下兩種方式1.身體和尾鰭的擺動產生推力的方式；2.胸 鰭和尾鰭的擺動產生推力的方式。對於第一種運動方式，雖然運動速度快、效率高，但是， 由於身體需要擺動，內部設置多種傳感器的空間較小，不適合多對象探測裝置的安裝。對於 第二種運動方式，兩個胸鰭需要單獨驅動，驅動裝置體積佔用密封艙的體積較大，也限制了 傳感設備的加載。這兩種運動方式的機器魚，在近海處水藻較多的地帶活動時，環境擾動較 大，且容易被水藻纏繞驅動裝置。刀魚在水中遊動時，僅依靠腹鰭的波動就能實現刀魚水下的靈活運動，並且身體 在運動過程中保持僵直狀態。若水下機器人能實現刀魚的運動特性，便可克服以上兩種水 下機器人的運動方式的弊端。那麼如何實現呢？
發明內容
針對上述情況，本發明的目的是提供一種探測用仿生刀魚，可有效解決內部空間 較大，適合二次開發，環境擾動小的問題。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案包括由上殼體和下殼體構成的腔體， 腔體後部設置有尾鰭驅動裝置，尾鰭驅動裝置與腔體尾部(後部)的尾鰭相連，用於驅動 尾鰭，尾鰭與腔體尾部採用密封軟管連接，利於尾鰭擺動，並防止水進入腔體內，下殼體底 部外有腹鰭，下殼體內部有裝有驅動腹鰭的腹鰭驅動裝置，下殼體前下部裝有數字攝像頭， 上殼體上部有防水開關、充電插頭和通訊天線；所說的尾鰭驅動裝置包括舵機、舵機後軸、U 型架、舵盤、舵機固定架，舵機裝在舵機固定架內，舵機後部安裝舵機後軸，舵機後軸伸出舵 機固定架，舵機後軸伸出端和舵機主軸上裝有舵盤，U型架與舵盤相聯，U型架經尾鰭固定 架與尾鰭相聯，舵機固定架裝在腹鰭驅動裝置的曲軸支架尾部(後部)上；所說的腹鰭驅動 裝置包括曲軸、曲軸支架、電機、聯軸器、曲軸瓦蓋、搖杆、光槓和蓋板，曲軸置於曲軸支架內 的曲軸支座上，曲軸上有固定在曲軸支架上的曲軸瓦蓋，曲軸經聯軸器與曲軸支架外側的(如圖3中左側)，用於驅動曲軸的電機相聯，電機同腔體內電源裝置相聯，曲軸支架上部有 蓋板，蓋板上部裝有與通訊天線相聯的通訊控制裝置，搖杆均勻裝在光槓上，光槓裝在曲軸 支架的底部孔內，搖杆上部的U型頭裝在曲軸上均布的曲拐上，搖杆伸出曲軸支架底部的 活動孔(開口)，與腹鰭相聯。本發明結構新穎獨特，內部空間大，易操作控制，穩定性高，對環境的擾動小，可有 效用於水下資源探測、海上救助等領域，經濟和社會效益巨大。
圖1是本發明的整體結構示意圖。圖2是本發明的半剖結構示意圖。圖3是本發明的腹鰭驅動裝置結構分解示意圖。圖4是本發明的尾鰭驅動裝置結構分解示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細的描述。如圖1 圖4所示，本發明包括有上殼體和下殼體構成的腔體，腔體後部設置有尾 鰭驅動裝置，尾鰭驅動裝置與腔體尾部(後部)的尾鰭9相連，用於驅動尾鰭，尾鰭與腔體 尾部採用密封軟管5連接，利於尾鰭擺動，並防止水進入腔體內，下殼體6底部外有腹鰭7， 下殼體內部有裝有驅動腹鰭的腹鰭驅動裝置，下殼體前下部裝有數字攝像頭10，上殼體4 上部有防水開關3、充電插頭2和通訊天線1 ；所說的尾鰭驅動裝置(見圖4所示)，包括有 舵機19 (市售產品，如輝盛公司的生產的TowerPro MG995舵機)、舵機後軸25、U型架21、 舵盤M、舵機固定架18，舵機裝在舵機固定架內，舵機後部有舵機後軸，舵機後軸伸出舵機 固定架，舵機後軸伸出端和舵機主軸30上裝有舵盤24，U型架21與舵盤相聯，U型架經尾 鰭固定架22與尾鰭相聯，舵機固定架裝在腹鰭驅動裝置的曲軸支架尾部(後部)上；所說 的腹鰭驅動裝置(見圖3所示)，包括有曲軸14、曲軸支架16、電機13、聯軸器15、曲軸瓦 蓋17、搖杆8、光槓20和蓋板23，曲軸置於曲軸支架內的曲軸支座27上，曲軸上有固定在曲 軸支架上的曲軸瓦蓋，曲軸經聯軸器與曲軸支架外側的(如圖3中左側)，用於驅動曲軸的 電機相聯，電機同腔體內的電源裝置11相聯，曲軸支架上部有蓋板23，蓋板上部裝有與通 訊天線相聯的通訊控制裝置12，搖杆均勻裝在光槓上，光槓裝在曲軸支架的底部孔四內， 搖杆上部的U型頭沈裝在曲軸上均布的曲拐觀上，搖杆伸出曲軸支架底部的活動孔(開 口)，與腹鰭相聯。為了保證使用效果，所說的腔體內的電源裝置11為可充電的電池組或蓄電池等， 電源裝置同充電插頭2相聯，電機13同防水開關3相聯，通訊控制裝置12與通訊天線1相 聯，通訊天線、防水開關和充電插頭均密封防水裝在上殼體的上部。為了維修和使用方便，所說的U型架21經螺釘連接固定在兩個舵盤M上，舵盤M 經螺釘固定在舵機後軸25上，舵機固定架經螺栓和螺母固定在尾鰭驅動裝置的曲軸支架 尾部。所說的尾鰭9由螺釘固定在尾鰭固定架22上(尾鰭固定架22由四個支撐體構成，如 圖4所示)，尾鰭固定架由螺栓和螺母固定在U型架上；所說的搖杆有八個，曲軸14上裝有 均勻分布的與八個搖杆相對應的曲拐28 ；所說的電機13為大扭矩直流低速電機，通過聯軸4器將動力輸出給曲軸，蓋板23由螺栓裝在曲軸支架16上；所說的搖杆8末端穿過下殼體6 的下部的開口處，由防水膠粘貼固聯於腹鰭；所說的上殼體和下殼體由透明有機玻璃製成， 曲軸支架、曲軸瓦蓋、蓋板、U型架、舵盤、舵機後軸、舵機固定架和尾鰭固定架採用輕質鋁合 金材料製成；搖杆、光槓、曲軸採用45鋼製成；聯軸器採用青銅材料製成；腹鰭採用防水橡 膠膜製成；尾鰭採用硬質塑料製成，魚尾的密封軟管採用軟橡膠套管制成。舵機後軸固定在舵機固定架上，與舵機主軸30同一軸線。本發明在水中運動時，電機13轉動，帶動曲軸14圍繞其迴轉中心做圓周運動，回 轉中心固定在曲軸支架16底部的一組搖杆8在曲軸14運動的帶動下作周期往復擺動，固 定在搖杆8末端的腹鰭7在搖杆8的驅動下完成一定周期的波動。腹鰭7驅動機器刀魚前 進或後退。電機13正向轉動時，本發明作前進運動；電機13反向轉動時，本發明作後退運 動。本發明在水中運動時，舵機19的轉動，帶動尾鰭9左右轉動。在低速運動狀態下， 尾鰭9的功能主要用來控制機器刀魚的運動方向；在高速運動狀態下，舵機19驅動尾鰭9 左右擺動，與腹鰭7的波動相疊加，可以使機器刀魚獲得較高的運行速度。上述僅是本發明的優選實施方式，在本技術領域內，凡是基於本發明技術方案的 變化和改進的等效和替換手段所作出的在本質上相同的技術方案，均屬於本發明的保護範 圍。本發明具有以下突出的優點1.本發明在水下運動時，魚體保持僵持狀態，運動過程中不發生外形的改變，內部 空間較大且不受到擠壓，可為後續的二次開發提供必要的開發空間。2.本發明仿生刀魚的運動，採用了腹鰭驅動的運動方式，使其水下運動的穩定性 得到了提高。3.本發明的速度控制簡單，僅通過控制驅動電機的轉速就可以實現機器刀魚運 動速度的連續變換，另外，在需要高速運動時，控制方向的尾鰭也可以來作為前進的驅動裝 置，與腹鰭驅動相疊加，提供高速運動狀態下的複合驅動。4.本發明的腹鰭曲軸驅動結構簡單，經過簡單改裝，可以適用於各種小型水下推 進器，具有使用範圍廣、穩定性高、對環境的擾動小、可移植性好等優點，可用於水下資源探 索、海上救助等，在未來的海上軍事行動中也能發揮作用，經濟和社會效益巨大。權利要求
1.一種探測用仿生刀魚，包括由上殼體和下殼體構成的腔體，其特徵在於，腔體後部設 置有尾鰭驅動裝置，尾鰭驅動裝置與腔體尾部的尾鰭(9)相連，用於驅動尾鰭，尾鰭與腔體 尾部採用密封軟管( 連接，利於尾鰭擺動，並防止水進入腔體內，下殼體(6)底部外有腹 鰭(7)，下殼體內部有裝有驅動腹鰭的腹鰭驅動裝置，下殼體前下部裝有數字攝像頭(10)， 上殼體(4)上部有防水開關(3)、充電插頭( 和通訊天線(1)；所說的尾鰭驅動裝置，包 括有舵機(19)、舵機後軸QO、U型架(21)、舵盤(M)、舵機固定架(18)，舵機裝在舵機固 定架內，舵機後部有舵機後軸，舵機後軸伸出舵機固定架，舵機後軸伸出端和舵機主軸(30) 上裝有舵盤04)，U型架與舵盤相聯，U型架經尾鰭固定架0 與尾鰭相聯，舵機固 定架裝在腹鰭驅動裝置的曲軸支架尾部上；所說的腹鰭驅動裝置，包括有曲軸(14)、曲軸 支架(16)、電機(13)、聯軸器(15)、曲軸瓦蓋(17)、搖杆(8)、光槓(20)和蓋板(2 ，曲軸 置於曲軸支架內的曲軸支座(XT)上，曲軸上有固定在曲軸支架上的曲軸瓦蓋，曲軸經聯軸 器與曲軸支架外側的，用於驅動曲軸的電機相聯，電機同腔體內的電源裝置(11)相聯，曲 軸支架上部有蓋板(23)，蓋板上部裝有與通訊天線相聯的通訊控制裝置(12)，搖杆均勻裝 在光槓上，光槓裝在曲軸支架的底部孔09)內，搖杆上部的U型頭06)裝在曲軸上均布的 曲拐08)上，搖杆伸出曲軸支架底部的活動孔，與腹鰭相聯。
2.根據權利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特徵在於，所說的電源裝置同充電插頭 (2)相聯，電機(1 同防水開關C3)相聯，通訊控制裝置(1 與通訊天線(1)相聯，通訊天 線、防水開關和充電插頭均密封防水裝在上殼體的上部。
3.根據權利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特徵在於，所說的U型架經螺釘連 接固定在兩個舵盤04)上，舵盤04)經螺釘固定在舵機後軸0 上，舵機固定架經螺栓 和螺母固定在尾鰭驅動裝置的曲軸支架尾部。
4.根據權利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特徵在於，所說的尾鰭(9)由螺釘固定在 尾鰭固定架02)上，尾鰭固定架螺栓和螺母固定在U型架上。
5.根據權利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特徵在於，所說的搖杆有八個，曲軸(14) 上裝有均勻分布的與八個搖杆相對應的曲拐08)。
6.根據權利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特徵在於，所說的電機(1 為大扭矩直 流低速電機，通過聯軸器將動力輸出給曲軸，蓋板由螺栓裝在曲軸支架(16)上。
7.根據權利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特徵在於，所說的搖杆(8)末端穿過下殼 體(6)的下部的開口處，由防水膠粘貼固聯於腹鰭。
8.根據權利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特徵在於，所說的上殼體和下殼體由透 明有機玻璃製成，曲軸支架、曲軸瓦蓋、蓋板、U型架、舵盤、舵機後軸、舵機固定架和尾鰭固 定架採用輕質鋁合金材料製成；搖杆、光槓、曲軸採用45鋼製成；聯軸器採用青銅材料制 成；腹鰭採用防水橡膠膜製成；尾鰭採用硬質塑料製成，魚尾的密封軟管採用軟橡膠套管 製成。
9.根據權利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特徵在於，舵機後軸固定在舵機固定架 上，與舵機主軸(30)同一軸線。
全文摘要
本發明涉及一種探測用仿生刀魚，可有效解決內部空間較大，適合二次開發，環境擾動小的問題。本發明採取以下技術方案包括由上殼體和下殼體構成的腔體，腔體後部設置有尾鰭驅動裝置，尾鰭驅動裝置與腔體尾部的尾鰭相連，用於驅動尾鰭，尾鰭與腔體尾部採用密封軟管連接，利於尾鰭擺動，並防止水進入腔體內，下殼體底部外有腹鰭，下殼體內部有裝有驅動腹鰭的腹鰭驅動裝置，下殼體前下部裝有數字攝像頭，上殼體上部有防水開關、充電插頭和通訊天線。本發明結構新穎獨特，內部空間大，易操作控制，穩定性高，對環境的擾動小，可有效用於水下資源探測、海上救助等領域，經濟和社會效益巨大。
文檔編號B63C11/48GK102039994SQ20101052665
公開日2011年5月4日 申請日期2010年11月1日 優先權日2010年11月1日
發明者孟凱, 李輝, 李鑫, 畢建平, 王新莉, 耿向前, 邵鳳翔, 郭鵬, 馬建輝 申請人:河南工程學院