咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102248995A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102248995A(43)申请公布日2011.11.23(21)申请号201110125787.0(22)申请日2011.05.16(71)申请人淮海工学院地址222000江苏省连云港市新浦区苍梧路59号淮海工学院电子工程学院刘强转(72)发明人刘强龚成龙刘瑞明冯源(74)专利代理机构南京众联专利代理有限公司32206代理人王彦明(51)Int.Cl.B63H1/36(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置(57)摘要一种咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置，设有鳍基、鳍条及设置在相邻鳍条之间的鳍间隔膜，鳍条包括两根边鳍条和设置在两根边鳍条之间的至少一根中间鳍条，利用两边鳍条引导中间鳍条实现背腹摆动运动，减少胸鳍仿生系统驱动关节的数量。将鳍条侧向摆动电机、减速器和蜗杆安装在鳍条背腹摆动构件上，减小仿生胸鳍的体积，消除鳍条侧向摆动运动和背腹摆动运动之间的耦合作用。采用正交锥齿轮和电动机作为两边仿生鳍条摆动运动的传动和驱动装置，使胸鳍仿生装置更加紧凑。采用旋转阻尼器消除中间仿生鳍条在惯性力作用下的振荡运动。本发明与现有胸鳍仿生装置相比，体积更小，结构更简单，耗能更少，便于安装和加工。CN1024895ACN102248995A权利要求书1/1页1.一种咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置，其特征在于：设有鳍基、鳍条及设置在相邻鳍条之间的鳍间隔膜，鳍条包括两根边鳍条和设置在两根边鳍条之间的至少一根中间鳍条，鳍条通过背腹摆动构件与鳍基相接，两根边鳍条的背腹摆动构件为主动背腹摆动构件，主动背腹摆动构件与背腹摆动驱动电机相接，中间鳍条的背腹摆动构件为从动背腹摆动构件，从动背腹摆动构件与鳍基之间设有旋转阻尼器，在背腹摆动构件上装有鳍条的侧向摆动驱动机构。2.根据权利要求1所述的咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置，其特征在于：背腹摆动构件分别与鳍条和鳍基铰接，上述两铰接的轴线相互垂直。3.根据权利要求1所述的咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置，其特征在于：侧向摆动驱动机构包括设置在鳍条根部的铰接轴Ⅰ，背腹摆动构件上设有与上述铰接轴Ⅰ旋转配合的铰接孔，铰接轴Ⅰ通过蜗轮蜗杆传动机构及减速机构与侧向摆动驱动电机相接。4.根据权利要求1所述的咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置，其特征在于：中间鳍条设有4~14根。5.根据权利要求1所述的咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置，其特征在于：鳍基包括内侧支撑板和外侧支撑板，所述的背腹摆动构件通过铰接轴Ⅱ装在两支撑板之间，铰接轴Ⅱ与背腹摆动构件固连为一体。6.根据权利要求5所述的咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置，其特征在于：背腹摆动驱动电机固定在内侧支撑板上，背腹摆动驱动电机通过正交的一对锥齿轮与主动背腹摆动构件上的的铰接轴Ⅱ相接。2CN102248995A说明书1/3页咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置技术领域[0001]本发明涉及一种水下仿生机器人技术，特别是一种咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置。背景技术[0002]咽颌型运动模式（LabriformMode）是大多数硬骨鱼类所采用的一种重要操纵运动方式。它以胸鳍作为主要的操纵面，完成鱼在水中的悬停、前进、倒退、刹车和转弯等姿态操纵功能。而这些高效、灵活和机动性强的操纵性能正是常规推进水下运载工具所欠缺的。为了提高水下运载工具的操纵性能，适应海洋资源开发和海洋环境保护的需要，以鱼类胸鳍为灵感的新型推进工具越来越受到人们的关注和重视。[0003]通过对咽颌运动模式鱼类胸鳍解剖结构、神经肌肉控制系统、鳍条和鳍面的机械特性等性能的研究发现，胸鳍的推进运动是由胸鳍鳍条的主被动变形和鳍条的摆动运动组合实现的，结构和控制复杂而精细，自由度较多。目前，有关咽颌运动模式柔性胸鳍仿生的研究还很不充分，处于刚刚起步阶段。大多数研究采用刚性（或柔性）平板作为仿生胸鳍鳍面建立胸鳍仿生系统，如日本东海大学的Kato教授、中国科学院自动化研究所的谭民教授（见专利CN1785747）、哈尔滨工程大学的苏玉民教授和中国科学技术大学的陈宏博士等。日本东海大学的Kato教授和美国海军科学研究实验所的J.Palmisano等分别建立了能进行鳍条的主动弯曲变形，而不能进行鳍条摆动运动的胸鳍仿生装置。麻省理工学院的J.L.Tangorra等建立了能进行主动弯曲变形的鳍条，并将其安装在由弹性变形材料做成的基座上，然后，由电动机拖动尼龙绳来驱动鳍条和鳍基的变形运动，以实现胸鳍的推进运动。然而，由于对由弹性材料做成基座的变形运动进行精确控制是非常困难的，因此，该仿生胸鳍仅能对胸鳍的推进运动进行粗略的模仿。为了解决上一仿生胸鳍存在的问题，J.