一种水下机械式仿生扑翼推进器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102079382A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102079382A(43)申请公布日2011.06.01(21)申请号200910219170.8(22)申请日2009.11.26(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人宋保维胡海豹潘光吴文辉刘占一(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人杨国文(51)Int.Cl.B63H1/36(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种水下机械式仿生扑翼推进器(57)摘要本发明公开了一种水下机械式仿生扑翼推进器，它包括水平运动机构、竖直运动机构、翻转运动机构、仿生扑翼、固定底板五部分组成。该推进器采用机械式运动分离的方法，由简单的机械传动机构从运动学角度模拟扑翼三维运动，整个机构运动过程为：电机驱动偏置曲柄滑块机构运动，带动水平滑块在水平滑块运动导轨中左右运动；同时，电机驱动凸轮推杆机构，带动竖直滑块相对水平滑块作竖直方向上的运动，两个运动叠加实现扑翼末梢运动轨迹的拟合，同时带动翻转运动机构运动，从而实现扑翼的翻转运动，其结构简单可靠，能够产生稳定的周期性推进力，具有能源利用率高等特点和广阔的市场开发空间。CN1027938ACCNN110207938202079385A权利要求书1/1页1.一种水下机械式仿生扑翼推进器，包括偏置曲柄滑块机构、凸轮推杆机构、铰链机构和仿生扑翼，其特征在于：偏置曲柄滑块机构(2)实现水平方向上的运动，凸轮推杆机构(10)实现竖直方向上的运动，两者共同作用实现扑翼(4)翼稍轨迹的运动，铰链机构(6)实现扑翼的翻转运动。2.根据权利要求1所述的水下机械式仿生扑翼推进器，其特征在于：所述偏置曲柄滑块机构(2)采用直流减速电机(11)进行驱动，带动水平滑块(7)在水平导轨(3)中左右移动。3.根据权利要求1所述的水下机械式仿生扑翼推进器，其特征在于：推杆(16)底部的滚轮(17)安装在凸轮导槽内，同时，推杆(16)亦安装在水平滑块(7)的竖直导轨中，完成扑翼末梢运动轨迹的拟合。4.根据权利要求1所述的水下机械式仿生扑翼推进器，其特征在于：翻转轴(5)与连杆加工成一体，连杆的转动带动其仿生扑翼(4)转动。5.根据权利要求1所述的水下机械式仿生扑翼推进器，其特征在于：凸轮推杆机构(10)通过同型号的电机实现与偏置曲柄滑块机构(2)等速的转动；同时也可以采用一个直流电机+等速传动机构的方式实现，其等速传动机构可以采用皮带轮机构或者齿轮传动机构。2CCNN110207938202079385A说明书1/3页一种水下机械式仿生扑翼推进器技术领域[0001]本发明涉及水下航行器推进装置技术领域，具体地说，涉及一种水下机械式仿生扑翼推进器。背景技术[0002]水下航行器作为一种水下无人智能移动平台，其驱动装置多采用螺旋桨推进装置。特别是在海底地形复杂，存在暗流、浪、涌的区域对水下航行器的操纵性能要求较高。要完成海洋谋些参数的测量，海底信息调查，定点考察作业任务，则要求水下航行器在低速条件下应具有良好的机动性和稳定性。采用螺旋桨推进，以鳍舵进行操纵性控制的运动方式已经难以满足这种需求。[0003]近年来，为了提高水下航行器的操纵性能，科研人员通过对鱼类等海洋生物的仿生学研究，不断成功研制了新型的推进装置和方式。如：美国麻省理工学院的仿生金枪鱼、英国Essex大学研制的第一条具有自主控制能力的机器鱼等。仿鱼推进器是利用鱼类的游动推进机理，如鳗鲡目身体波动模式、鲹科模式、鲹科加新月形尾鳍模式和胸鳍模式等。通过机械、电子结构或功能材料如形状记忆合金、人造肌肉等，来模拟鱼类的游动推进动作，从而实现水下运动装置运动的推进功能。仿生机器鱼与采用螺旋桨推进的水下航行器相比，具有推进效率高、机动性能好、隐蔽性能好等优点。而其运动方式不足之处在机动性方面，机器鱼不能S形转弯、快速启动、快速制动；在下潜过程中不能快速稳定的悬浮在水中；在推进方面，因为不知鱼是怎样控制涡流推进，不能预测给定一个命令机器鱼将会做出什么样动作。这种仿生推进方式的水下航行器的运动稳定性尚有待提高。[0004]在自然界的水生生物中，除了鱼类外，还有一些生物具有独特的游动方式，经过自然界的选择和自身的进化，它们的游动方式变得愈加成熟和完美，如海洋生物：海龟、海狮、海豚、企鹅等。此类生物都长有鳍状肢体，其运动方式与普通鱼类有明显不同。在水中游动时，其身体躯干不做大幅摆动，主要依靠扑翼的划水产生动力。尽管此类生物具有较大的体形，但是它们却具有爆发力强、启动快等特点，尤其在低速条件下具备良好的机动性和稳定性。因此，利用仿生学原理研制类似海龟、海狮、海豚等动物的水下推进器具有非常广阔的应用前景。