一种仿鲸鱼尾的摆动装置的制作方法

本发明属于机器人技术领域，具体是涉及一种仿鲸鱼的摆动装置。

背景技术：

传统意义中的水下机器人大多采用螺旋桨作为主要推进方式，该推进方式在技术方面存在各种各样的问题，这些问题因为资料的不足还需要做出很大的改进，其结构尺寸和重量因为技术不足的原因往往都比较大，该类采用螺旋桨推进方式的水下机器人存在能源消耗大、可靠性低、推进效率比较低、机动性差等各种缺陷，会产生噪音污染以及涡流，对机器人的工作产生较大的阻碍。

海洋生物在经过亿万年的进化之后，因为受到海洋的考验，在海洋中的游动能力变得更加适应海洋生活。而今，模仿鱼类的推进模式，借此研制出具有高效率以及高机动性的水下机器人，逐渐成为各个领域的研究人员和学者追求的主要目标之一。

作为海洋生物代表的鲸鱼，拥有更高的速度，更好的机动性等各种优点，其尾巴通过上下摆动能提供更大的推进力，还能够控制上浮和下潜。模仿生物鲸鱼研究出的仿鲸鱼机器人，相比于其他的水下机器人，其在水中的推进速度会得到很大的提升，且机动性会相对更好，使得机器人的工作效率更高。

如今的水下机器人领域中，各种各样的水下机器人在实际应用中都取得了较好的成绩。而模仿鲸鱼的水下机器人将因为其优秀的能力，在未来的科学领域取得重要的地位。相信在未来的一段时间内，鲸鱼机器人都将处于水下机器人领域中的领头位置。而机器鲸鱼主要依靠尾部的推力前进，因此在机器鲸鱼的研究中，推进机构的设计与研究是不可缺少的重要一环。推进机构的性能好坏直接关系到机器鲸鱼的推进速度、推进效率等方面。所以鲸鱼机器人推进机构的设计在鲸鱼机器人的设计中是必不可少的一部分。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种仿鲸鱼尾的摆动装置，该装置应具有结构简单、推力大、阻力小的特点。

本发明的技术方案是：

一种仿鲸鱼尾的摆动装置，其特征在于：该装置包括电机、尾鳍以及用于依次传递电机动力以驱动尾鳍摆动的锥齿轮组、曲柄摇杆机构与齿轮齿条机构；

所述锥齿轮组包括与电机输出轴固定的第一锥齿轮以及可转动地定位在底座上并与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮；所述齿轮齿条机构包括可转动地定位在底座上的齿轮以及可滑动地定位在底座上并与齿轮啮合的齿条；所述曲柄摇杆机构包括与第二锥齿轮同轴固定的曲柄以及两端分别可转动地铰接在曲柄与齿条上的连杆；所述电机转轴的转动轴线、曲柄的转动轴线与齿轮的转动轴线互相垂直，电机转轴的转动轴线与齿条的移动轴线互相平行。

所述第二锥齿轮与曲柄同时固定在连接轴上，连接轴通过第一支架可转动地定位在底座上。

所述齿轮通过第二支架可转动地定位在底座上；所述第二支架上设有供齿条滑动的滑槽。

所述尾鳍通过尾骨杆与齿轮固定。

所述尾鳍的形状为仿鲸鱼尾并且为橡胶材料制成。

所述电机固定在底座上。

本发明的有益效果是：

1)本发明采用了锥齿轮组来传递电机动力，具有使用寿命长、低扭力较大、耐腐蚀性强、传动噪音小的特点，能解决水阻力过大的问题，配合底座的固定能够减震并能有效减少整体重量，提高了游动效率；

2)本发明采用了曲柄摇杆机构与齿轮齿条机构来驱动尾鳍运动，尾鳍在从上到下摆动启动时速度慢，而在摆动中速度逐渐增加，最后速度逐渐减少，运动速度的变化为正弦曲线，有效了提高摆动效率；

3)尾鳍采用上下摆动方式，能提供更大的推进力，提高续航能力，还能够有效控制上浮和下潜；尾鳍采用橡胶材料，有很好的防水性，使得摆动时受到的阻力不至于过大，同时橡胶材料在水中运动时会发生变形，形成流线型，从而降低前进阻力减小，并且利用橡胶良好的回弹性和水的反作用力，还能大大提高推进力。

附图说明

图1本发明的立体结构示意图。

图2本发明的主视结构示意图。

图3本发明中尾鳍的示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，一种仿鲸鱼尾的摆动装置，由动力部分、传动部分和执行部分组成，具体包括电机1、锥齿轮组、曲柄摇杆机构、齿轮齿条机构、尾骨杆11与尾鳍12。

所述电机、锥齿轮组、曲柄摇杆机构与齿轮齿条机构均安装在底座17上，底座上固定有第一支架13与第二支架14。所述电机为动力部分，主要采用步进电机。所述锥齿轮组、曲柄摇杆机构与齿轮齿条机构为传动部分，设置在电机与尾骨杆之间，用于依次传递电机动力来驱动尾骨杆摆动。

所述锥齿轮组包括与电机输出轴固定的第一锥齿轮2以及可转动地定位在底座上并与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮3。所述第一锥齿轮的齿数为36，第二锥齿轮的齿数为72，传动比为2，有效降低了转速，使得装置摆动不会过快，同时锥齿轮组的重量较轻且运行稳定，在降低了装置重量和震动的同时，提高了摆动效率。

所述曲柄摇杆机构包括与第二锥齿轮同轴固定的曲柄5以及两端可转动地铰接在曲柄与齿条上的连杆6。所述第二锥齿轮与曲柄分别固定在连接轴4的两端，连接轴通过轴承(图中省略)可转动地定位在第一支架上。所述连接轴4与第二锥齿轮以及曲柄之间通过键连接。

所述齿轮齿条机构包括可转动地竖直定位在底座上的齿轮9以及可水平滑动地定位在底座上并与齿轮啮合的齿条7，尾骨杆11与齿轮固定。所述齿轮通过轴承(图中省略)可转动地定位在第二支架上，第二支架上设有供齿条滑动的滑槽8，滑槽可以是燕尾槽。

所述电机转轴的转动轴线、曲柄的转动轴线与齿轮的转动轴线互相垂直，电机转轴的转动轴线与齿条的移动轴线互相平行，第二锥齿轮的转动轴线与曲柄的转动轴线同轴布置。

所述尾骨杆与尾鳍为执行部分，尾骨杆的一端与齿轮固定而另一端与尾骨杆固定(由图可见：齿轮的两个端面分别固定一尾骨杆，两个尾骨杆的另一端又同时与尾鳍插接固定)。所述尾鳍的形状为仿鲸鱼尾并且为橡胶材料制成。所述尾鳍上设有供尾骨杆插入固定的盲孔(图中省略)，尾骨杆与盲孔过盈配合并通过胶粘结固定。

所述尾骨杆的长度方向垂直于齿轮的转动轴线。

本发明的工作原理是：

所述电机依次驱动锥齿轮组、曲柄摇杆机构与齿轮齿条机构工作，齿轮齿条机构的齿条在曲柄摇杆机构的带动下做往复直线运动，齿条再带动齿轮做正弦规律的摆动，最终通过尾杆骨带动尾鳍按一定的规律作上下摆动，尾鳍摆动时受到水的阻力发生弯曲后会快速回弹从而获得推进力。

技术特征：

技术总结
本发明属于机器人技术领域。目的是提供一种仿鲸鱼尾的摆动装置，该装置应具有结构简单、推力大、阻力小的特点。技术方案是：一种仿鲸鱼尾的摆动装置，其特征在于：该装置包括电机、尾鳍以及用于依次传递电机动力以驱动尾鳍摆动的锥齿轮组、曲柄摇杆机构与齿轮齿条机构；所述锥齿轮组包括与电机输出轴固定的第一锥齿轮以及可转动地定位在底座上并与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮；所述齿轮齿条机构包括可转动地定位在底座上的齿轮以及可滑动地定位在底座上并与齿轮啮合的齿条；所述曲柄摇杆机构包括与第二锥齿轮同轴固定的曲柄以及两端分别可转动地铰接在曲柄与齿条上的连杆。

技术研发人员：陈刚;遆肖聪;陈洪立;邓坦;屠嘉骏
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2019.01.14
技术公布日：2019.05.07