專利名稱：雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于仿生機(jī)器魚的動力機(jī)構(gòu)，更特別地說，是指一種雙凸輪式 單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
通過脊椎動物學(xué)和流體力學(xué)方面的大量理論和實(shí)驗(yàn)研究，人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過上億年 進(jìn)化的魚類游動方式包含著深刻的流體力學(xué)和生物學(xué)機(jī)理， 一些魚類在推進(jìn)效率、機(jī) 動靈活性和可操縱性方面比當(dāng)今世界上任何水面、水下運(yùn)載器性能都要高。因此，國 內(nèi)外許多著名的研究機(jī)構(gòu)越來越關(guān)注水下各種魚類的高效游動方式，紛紛投入專門的 人力、物力和財(cái)力，探索仿生機(jī)器魚這一新興的多學(xué)科交叉的前沿技術(shù)研究。
美國麻省理工學(xué)院海洋工程實(shí)驗(yàn)室、伍茲霍爾海洋研究所和紐約大學(xué)聯(lián)合組成研 究小組正在開展有關(guān)魚類仿生推進(jìn)機(jī)理的研究。從1994年至1999年，以 Triantafyllou M.S.為主的研究小組先后設(shè)計(jì)研究了 1.2米長的機(jī)器金槍魚和0.8米 長的機(jī)器狗魚；美國C.S.DRAPAR實(shí)驗(yàn)室研制了長度2.4米的仿黃鰭金槍魚 VCUUV，速度在l赫茲時達(dá)到1.2米/秒。日本N.Kato研究小組研究了艫魚胸鰭 的運(yùn)動機(jī)理；日本三菱公司也組織開展了魚類仿生機(jī)器人技術(shù)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了長度 60cm，重量6磅的機(jī)器魚，速度可達(dá)0.25m/s;東京理工學(xué)院最近制造了雙結(jié)點(diǎn) 海豚型自航模型，該模型總長1.75m，與真實(shí)的海豚長度相近，推進(jìn)速度在1.5赫 茲時為1.15m/s。但是，由于身體運(yùn)動的不穩(wěn)定性，單純f莫仿海豚和金槍魚外形的 機(jī)器魚方案，都未能達(dá)到設(shè)計(jì)的速度要求，尾部運(yùn)動出現(xiàn)了失真。北航機(jī)器人研究所 從1999年開始進(jìn)行機(jī)器魚的研究，最早制造成功了國內(nèi)第一條機(jī)器鰻魚 ROBOFISH，以及多機(jī)器魚協(xié)調(diào)運(yùn)動控制系統(tǒng)。伹是，研究中發(fā)現(xiàn)多關(guān)節(jié)的、細(xì) 長分布的魚體外形總是產(chǎn)生不必要的晃動，增加了阻力、消耗了能量。
針對目前兩自由度拍動機(jī)構(gòu)的控制精度要求高、效率較低等問題提出了一種新 的單自由度的拍動機(jī)構(gòu)，將原機(jī)構(gòu)中的兩個關(guān)節(jié)利用機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來，降低控制的 復(fù)雜程度。發(fā)明 內(nèi) 容
本發(fā)明的目的是提供一種雙凸輪式單自由度的拍動機(jī)構(gòu)，該拍動機(jī)構(gòu)利用尾鰭4 的拍動來提供推進(jìn)的動力，尾鰭4的拍動是由電機(jī)帶動兩個偏心輪運(yùn)動，從而帶動 兩個滑塊沿導(dǎo)軌作直線運(yùn)動，通過安裝在滑塊上的齒條與傳動組件上的齒輪配合，實(shí) 現(xiàn)了平行四桿組件的轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明的一種雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)，該拍動機(jī)構(gòu)為機(jī)器魚提供動 力。本發(fā)明的雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)包括有基座l、平行四桿組件2、 導(dǎo)塊組件3、電機(jī)5、驅(qū)動組件6、傳動組件7。電機(jī)5通過電機(jī)座5a安裝在基座1 的上蓋板la上；導(dǎo)塊組件3的四支直線導(dǎo)軌安裝在基座1的四個支撐座上；驅(qū)動組 件6放置于導(dǎo)塊組件3的弧形長方形孔內(nèi)；傳動組件7通過A傳動軸7a、 B傳動軸 7d安裝在基座1的上蓋板la、連接板lb和下底板lc上；平行四桿組件2的大臂 21連接在傳動組件7的A傳動軸7a上，平行四桿組件2的B連桿24連接在傳動 組件7的A傳動軸7a、B傳動軸7d上，平行四桿組件2的小臂22上連接有尾鰭4。
本發(fā)明中的電機(jī)5、驅(qū)動組件6與導(dǎo)塊組件3構(gòu)成了一個傳動單元，該傳動單元 用于將電機(jī)5的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為A滑塊31、 B滑塊32的直線運(yùn)動，從而帶動與A齒條 33嚙合的A齒輪7b、 B齒條34嚙合的B齒輪7c轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)(1)驅(qū)動組件6采用了雙 凸輪(A偏心輪、B偏心輪)結(jié)構(gòu)，并且對雙凸輪的位置關(guān)系通過在驅(qū)動軸上開有的 兩個鍵槽的相位差角度/ (/ =45° 90° )進(jìn)行調(diào)節(jié)，用機(jī)械結(jié)構(gòu)保證了大臂21 與小臂22的相位差；另外通過改變偏心輪的偏心距可以調(diào)節(jié)大臂21、小臂22的擺 動幅度。(2)驅(qū)動組件6與導(dǎo)塊組件3之間采用凸輪副連接，使得導(dǎo)塊在直線運(yùn)動 過程中過渡平穩(wěn)且噪聲小。(3)傳動組件7與平行四桿組件2之間采用分段連接方 式，使得平行四桿組件2中的大臂21在尾鰭4的拍動條件下實(shí)現(xiàn)水平平動；而小臂 22則在尾鰭4的拍動條件下實(shí)現(xiàn)繞A銷釘223作轉(zhuǎn)動。


圖1是本發(fā)明拍動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖1A是未裝配上蓋板、電機(jī)的拍動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明基座的爆炸示圖。
圖3是本發(fā)明導(dǎo)塊組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖3A是本發(fā)明A滑塊的結(jié)構(gòu)圖。
圖3B是本發(fā)明A直線導(dǎo)軌的裝配圖。
圖3C是本發(fā)明C直線導(dǎo)軌的裝配圖。
圖3D是本發(fā)明B滑塊的結(jié)構(gòu)圖。
圖3E是本發(fā)明B直線導(dǎo)軌的裝配圖。
圖3F是本發(fā)明D直線導(dǎo)軌的裝配圖。
圖4是驅(qū)動組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖4A是驅(qū)動組件的爆炸示圖。
圖4B是放大的圖4A的A—A視圖。
圖5是電機(jī)與電機(jī)座的裝配示圖。
圖6是平行四桿組件與下底板的裝配示圖。
圖6A是平行四桿組件與傳動組件的裝配示圖。
圖6B是平行四桿組件的爆炸示圖。
圖7是傳動組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖7A是圖7的部分爆炸示圖。
圖中l(wèi).基座la.上蓋板lb.連接板lc.下底板
ll.A支撐座lll.A通孔112.B通孔12.B支撐座121.C通孔
122.D通孔13.C支撐座131.E通孔132.F通孔14.D支撐座
141.G通孔142.H通孔15.A軸孔16.B軸孔17.C軸孔
18.D軸孔19.E軸孔IOI.A支柱102.B支柱103.C支柱
104.D支柱105.E支柱106.F支柱107.G支柱108.H支柱
2.平行四桿組件21.大臂211.M通孔212.C鍵槽213.A銷孔
22.小臂221.D銷孔222.E銷孔223.A銷釘224.B銷釘
225.長槽23.A連桿231.B銷孔232. C銷孔24.B連桿
241.N通孔242.D鍵槽243.F銷孔244.C銷釘3.導(dǎo)塊組件
31.A滑塊32.B滑塊33.A齒條34.B齒條3a-A直線導(dǎo)軌
3b.B直線導(dǎo)軌3c.C直線導(dǎo)軌3d.D直線導(dǎo)軌311.A弧形長方形孔312.A固定槽313.A長圓孔314.B長圓孔315.A直線軸承316.B直線軸承
317.C直線軸承318.D直線軸承319.1通孔320. J通孔301.A卡圈
302.B卡圈303.C卡圈304.D卡圈305.E卡圈306.F卡圈
307.G卡圈308.H卡圈321.B弧形長方形孔322.B固定槽
323.C長圓孔324.D長圓孔325.E直線軸承326.F直線軸承327.G直線軸承
328.H直線軸承329.K通孔330.L通孔4.尾鰭5.電機(jī)
5a.電機(jī)座51.1支柱52. J支柱53.K支柱54丄支柱
55.0通孔56.電機(jī)輸出軸6.驅(qū)動組件6a-A偏心輪6b.B偏心輪
6c.驅(qū)動軸6d.G鍵槽61.A鍵61a.A偏心孔
61c.E鍵槽62.B鍵62a.B偏心孔62b.B鍵槽62c.F鍵槽
601.D滾動軸承602.A滾動軸承611.A套筒612.B套筒613.C套筒
7.傳動組件73.八傳動軸7b.A齒輪7c.B齒輪7d.B傳動軸
71.E滾動軸承72.C滾動軸承73.F滾動軸承74.B滾動軸承701.A襯墊
702.B襯墊703.C襯墊704.D襯墊705.E襯墊706.F襯墊
711.C鍵712.D鍵713.E鍵714.F鍵
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
參見圖l、圖1A所示，本發(fā)明是一種雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)，該 拍動機(jī)構(gòu)為機(jī)器魚提供動力。本發(fā)明的雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)包括有基 座1、平行四桿組件2、導(dǎo)塊組件3、電機(jī)5、驅(qū)動組件6、傳動組件7。電機(jī)5通 過電機(jī)座5a安裝在基座1的上蓋板la上；導(dǎo)塊組件3的四支直線導(dǎo)軌安裝在基座 1的四個支撐座上；驅(qū)動組件6放置于導(dǎo)塊組件3的弧形長方形孔內(nèi)；傳動組件7 通過A傳動軸7a、 B傳動軸7d安裝在基座1的上蓋板la、連接板lb和下底板lc 上；平行四桿組件2的大臂21連接在傳動組件7的A傳動軸7a上，平行四桿組件 2的B連桿24連接在傳動組件7的A傳動軸7a、 B傳動軸7d上，平行四桿組件2 的小臂22上連接有尾鰭4。
參見圖2所示，基座1包括有上蓋板la、連接板lb、下底板lc、四個支撐座、 八個支柱；四個支撐座是指A支撐座11、 B支撐座12、 C支撐座13、 D支撐座l4。 八個支柱是指A支柱101、 B支柱102、 C支柱103、 D支柱104、 E支柱105、 F支柱106、 G支柱107、 H支柱108。四個支撐座安裝在上蓋板la與下底板lc 之間，這四個支撐座一方面用于支撐起上蓋板la、以及安裝在上蓋板la上的電機(jī)
9座5a，另一方面用于支撐起四根直線導(dǎo)軌(A直線導(dǎo)軌3a、 B直線導(dǎo)軌3b、 C直 線導(dǎo)軌3c、 D直線導(dǎo)軌3d),同時保證兩個滑塊(A滑塊31、 B滑塊32)在四根 直線導(dǎo)軌上的直線運(yùn)動；A支柱lOl、 B支柱102、 C支柱103、 D支柱104安裝 在連接板lb與下底板lc之間，E支柱105、 F支柱106、 G支柱107、 H支柱108 安裝在上蓋板la與連接板lb之間；在本發(fā)明中，采用螺釘將多個支撐座安裝在上 蓋板la與下底板lc之間，多個支柱安裝在上蓋板la與連接板lb之間、連接板 lb與下底板lc之間，有利于對導(dǎo)塊組件3、驅(qū)動組件6、傳動組件7的安裝調(diào)節(jié)， 且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，組裝方便。
在A支撐座11上設(shè)有A通孔111和B通孔112;
在B支撐座12上設(shè)有C通孔121和D通孔122;
在C支撐座13上設(shè)有E通孔131和F通孔132;
在D支撐座14上設(shè)有G通孔141和H通孔142;且A通孔111、C通孔121、 E通孔131、 G通孔141保持在同一水平線上；B通孔112、 D通孔122、 F通孔 132、 H通孔142保持在同一水平線上；
A通孔lll、 C通孔121上安裝有A直線導(dǎo)軌3a， B通孔112、 D通孔122 上安裝有B直線導(dǎo)軌3b， E通孔131、 G通孔141上安裝有C直線導(dǎo)軌3c， F通 孔132、 H通孔142上安裝有D直線導(dǎo)軌3d;
上蓋板la上設(shè)有D軸孔18、E軸孔19，D軸孔18內(nèi)放置有D滾動軸承601, D滾動軸承601套接在凸輪組件6的驅(qū)動軸6c上;E軸孔19內(nèi)放置有E滾動軸承 71 ， E滾動軸承71套接在傳動組件7的A傳動軸7a的上端；
連接板lb的中心位置設(shè)有C軸孔17, C軸孔17內(nèi)放置有C滾動軸承72、 F 滾動軸承73， C滾動軸承72套接在傳動組件7的A傳動軸7a的下端，F(xiàn)滾動軸承 73套接在傳動組件7的B傳動軸7d的上端；
下底板lc上設(shè)有A軸孔15、B軸孔16， A軸孔15內(nèi)放置有A滾動軸承602, A滾動軸承602套接在凸輪組件6的驅(qū)動軸6c上;B軸孔16內(nèi)放置有B滾動軸承 74， B滾動軸承74套接在傳動組件7的B傳動軸7d的下端；
在本發(fā)明中，A軸孔15與D軸孔18保持在同一軸線上；B軸孔16、 C軸孔 17、 E軸孔19保持在同一軸線上。
參見圖3、圖3A、圖3B、圖3C、圖3D、圖3E、圖3F所示，導(dǎo)塊組件3由 A滑塊31、 B滑塊32、 A齒條33、 B齒條34、 A直線導(dǎo)軌3a、 B直線導(dǎo)軌3b、C直線導(dǎo)軌3c、 D直線導(dǎo)軌3d，以及安裝在四個直線導(dǎo)軌上的八個直線軸承組成， 八個直線軸承是指A直線軸承315、 B直線軸承316、 C直線軸承317、 D直線軸 承318、 E直線軸承325、 F直線軸承326、 G直線軸承327、 H直線軸承328。
參見圖3A所示，A滑塊31上開有A弧形長方形孔311 (A弧形長方形孔311 的大小與驅(qū)動組件6上的A偏心輪6a的大小適配)，A滑塊31的兩側(cè)開有I通孔 319、 J通孔320， A滑塊31的一端設(shè)有A固定槽312， A固定槽312上設(shè)有A 長圓孔313、 B長圓孔314; I通孔319用于A直線導(dǎo)軌3a通過，J通孔320用 于B直線導(dǎo)軌3b通過；在本發(fā)明中，A長圓孔313、 B長圓孔314中分別通過頂 緊螺釘，該頂緊螺釘用于微動調(diào)節(jié)A齒條33與A齒輪7b的嚙合。
參見圖3B所示，A直線導(dǎo)軌3a沿橫向方向上順次套接有B卡圈302、 B直線 軸承316、 A直線軸承315、 A卡圈301;在A直線軸承315的一端部(外側(cè)面) 設(shè)置A卡圈301 ，解決了 A滑塊31在A直線導(dǎo)軌3a上的橫向方向運(yùn)動時，A直線 軸承315移位或脫落；在B直線軸承316的一端部(外側(cè)面)設(shè)置B卡圈302, 解決了 A滑塊31在A直線導(dǎo)軌3a上的橫向方向運(yùn)動時，B直線軸承316移位或 脫落；
參見圖3C所示，C直線導(dǎo)軌3c沿橫向方向上順次套接有D卡圈304、 D直線 軸承318、 C直線軸承317、 C卡圈303;在C直線軸承317的一端部(外側(cè)面) 設(shè)置C卡圈303，解決了A滑塊31在C直線導(dǎo)軌3c上的橫向方向運(yùn)動時，C直 線軸承317移位或脫落；在D直線軸承318的一端部(外側(cè)面)設(shè)置D卡圈304， 解決了 A滑塊31在C直線導(dǎo)軌3c上的橫向方向運(yùn)動時，D直線軸承318移位或 脫落；
參見圖3D所示，B滑塊32上開有B弧形長方形孔321 (B弧形長方形孔321 的大小與驅(qū)動組件6上的B偏心輪6b的大小適配)，B滑塊32的兩側(cè)開有K通孔 329、 L通孔330, B滑塊32的一端設(shè)有B固定槽322， B固定槽322上設(shè)有C 長圓孔323、 D長圓孔324; K通孔329用于B直線導(dǎo)軌3b通過，L通孔330用 于D直線導(dǎo)軌3d通過；在本發(fā)明中，C長圓孔323、 D長圓孔324中分別通過頂 緊螺釘，該頂緊螺釘用于微動調(diào)節(jié)B齒條34與B齒輪7c的嚙合。
參見圖3E所示，B直線導(dǎo)軌3b沿橫向方向上順次套接有F卡圈306、 F直線 軸承326、 E直線軸承325、 E卡圈305;在E直線軸承325的一端部(外側(cè)面) i體E卡圈305，解決了B滑塊32在B直線導(dǎo)軌3b上的橫向方向運(yùn)動時，E直線軸承325移位或脫落；在F直線軸承326的一端部(外側(cè)面)設(shè)置F卡圈306，解 決了 B滑塊32在B直線導(dǎo)軌3b上的橫向方向運(yùn)動時，F(xiàn)直線軸承326移位或脫落；
參見圖3F所示，D直線導(dǎo)軌3d沿橫向方向上順次套接有H卡圈308、 H直線 軸承328、 G直線軸承327、 G卡圈307;在G直線軸承327的一端部(外側(cè)面) 設(shè)置G卡圈307，解決了 B滑塊32在D直線導(dǎo)軌3d上的橫向方向運(yùn)動時，G直線 軸承327移位或脫落；在H直線軸承328的一端部(外側(cè)面)設(shè)置H卡圈308，解 決了 B滑塊32在D直線導(dǎo)軌3d上的橫向方向運(yùn)動時,H直線軸承328移位或脫落；
參見圖4、圖4A、圖4B所示，驅(qū)動組件6主要包括有兩個偏心輪、 一個驅(qū)動 軸6c組成，兩個偏心輪是指A偏心輪6a、 B偏心輪6b, A偏心輪6a、 B偏心輪 6b的結(jié)構(gòu)相同，直徑為30mm;驅(qū)動軸6c從上至下順次開有G鍵槽6d、 E鍵槽 61c、 F鍵槽62c， G鍵槽6d、 E鍵槽61c保持在同一軸線上；G鍵槽6d與F鍵 槽62c的相位差角度〃=45° 90° ，圖4B中所示的G鍵槽6d與F鍵槽62c 的相位差角度-=75° 。本發(fā)明驅(qū)動組件6中設(shè)計(jì)的雙凸輪(偏心輪)結(jié)構(gòu)，可通 過改變偏心輪的偏心距可以調(diào)節(jié)大臂21、小臂22的擺動幅度。
通過在G鍵槽6d內(nèi)放置一個鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)5輸出軸通過聯(lián)軸器與驅(qū)動軸 6c的連接，從而帶動驅(qū)動軸6c的轉(zhuǎn)動。
通過在E鍵槽61c內(nèi)放置A鍵61 (A鍵61的一端放置在E鍵槽61c內(nèi)，A 鍵61的另一端放置在A鍵槽61b內(nèi))，能夠?qū)崿F(xiàn)A偏心輪6a與驅(qū)動軸6c的裝配。
通過在F鍵槽62c內(nèi)放置B鍵62 (B鍵62的一端放置在F鍵槽62c內(nèi)，B 鍵62的另一端放置在B鍵槽62b內(nèi))，能夠?qū)崿F(xiàn)B偏心輪6b與驅(qū)動軸6c的裝配。
A偏心輪6a上開有A偏心孔61a， A偏心孔61a上設(shè)有A鍵槽61b (A鍵槽 61b用于放置A鍵61，使得A偏心輪6a通過A鍵61與A鍵槽61b、 E鍵槽61c
的配合使其裝配在驅(qū)動軸6c上)；
B偏心輪6b上開有B偏心孔62a， B偏心孔62a上設(shè)有B鍵槽62b (B鍵槽 62b用于放置B鍵62 ，使得B偏心輪6b通過B鍵62與B鍵槽62b、 F鍵槽62c 的配合使其裝配在驅(qū)動軸6c上)。
驅(qū)動軸6c從上至下順次套接有D滾動軸承601、 A套筒611、 A偏心輪6a、 C套筒613、 B套筒612、 B偏心輪6b、 A滾動軸承602， A偏心輪6a通過A鍵 61卡合在驅(qū)動軸6c上，B偏心輪6b通過B鍵62卡合在驅(qū)動軸6c上；且D滾動 軸承601置于上蓋板la的D軸孔18內(nèi)，A滾動軸承602置于下底板lc的A軸 孔15內(nèi)。在本發(fā)明中，電機(jī)5、驅(qū)動組件6與導(dǎo)塊組件3構(gòu)成了一個傳動單元，該傳動單 元用于將電機(jī)5的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為A滑塊31、 B滑塊32的直線運(yùn)動，從而帶動與A齒 條33嚙合的A齒輪7b、 B齒條34嚙合的B齒輪7c轉(zhuǎn)動。
參見圖5所示，電機(jī)5安裝在電機(jī)座5a上，電機(jī)座5a上開有通孔55，電機(jī)5 的電機(jī)輸出軸56穿過該通孔55后套接一聯(lián)軸器(圖中未示出)，聯(lián)軸器的另一端與 凸輪組件6的驅(qū)動軸6c連接，電機(jī)座5a通過四個支柱與基座1的上蓋板la的連 接。四個支柱是指I支柱51、 J支柱52、 K支柱53、 L支柱54。
參見圖6、圖6A、圖7所示，四桿平行組件2包括有大臂21、小臂22、 A連 桿23、 B連桿24;
小臂22為V字形，小臂22的一端開有長槽225，尾鰭4安裝在長槽225內(nèi)， 另一端開有E銷孔222，小臂22的中心開有D銷孔221;
大臂21的一端開有A銷孔213，另一端開有M通孔211， M通孔211的外緣 上設(shè)有C鍵槽212;
A連桿23的一端開有B銷孔231、另一端開有C銷孔232;
B連桿24的一端開有F銷孔243，另一端開有N通孔241， N通孔241的外 緣上設(shè)有D鍵槽242;
大臂21 —端的M通孔211套接在A傳動軸7a的上端，且通過鍵與C鍵槽212 的配合實(shí)現(xiàn)大臂21 —端與A傳動軸7a上端的連接，大臂21另一端通過A銷釘223 與A銷孔213、 D銷孔221的配合，實(shí)現(xiàn)大臂21另一端與小臂22中心部位的連 接；A連桿23—端通過C銷釘244與B銷孔231、 F銷孔243的配合，實(shí)現(xiàn)A連 桿23 —端與B連桿24 —端的連接，A連桿23另一端通過B銷釘224與C銷孔 232、 E銷孔222的配合，實(shí)現(xiàn)A連桿23另一端與小臂22 —端的連接；B連桿 24 —端的N通孔241套接在B傳動軸7d的下端，且通過鍵與D鍵槽242的配合 實(shí)現(xiàn)B連桿24 —端與B傳動軸7d下端的連接，B連桿24另一端通過C銷釘244 與F銷孔243、 B銷孔231的配合，實(shí)現(xiàn)B連桿24另一端與A連桿23另一端的 連接。
傳動組件7包括有兩段傳動軸、兩個齒輪、以及四個滾動軸承，兩段傳動軸是 指A傳動軸7a、 B傳動軸7d,兩個齒輪是指A齒輪7b、 B齒輪7c，四個滾動軸 承是指E滾動軸承71、 C滾動軸承72、滾動軸承73、 B滾動軸承74;在A傳動 軸7a的同一軸線上開有兩個鍵槽，鍵槽內(nèi)放置有C鍵711、 D鍵712;在B傳動 軸7d的同一軸線上開有兩個鍵槽，鍵槽內(nèi)放置有E鍵713、 F鍵714;傳動組件7的A傳動軸7a上從上到下順次套接有E滾動軸承71、A襯墊701、 B襯墊702、 A齒輪7b、 C襯墊703、 C滾動軸承72， A襯墊701與B襯墊702 用于頂緊傳動組件7的大臂21—端(大臂21端部設(shè)有M通孔211、 M通孔211 內(nèi)開有C鍵槽212， M通孔211套接在A傳動軸7a的上部，且通過C鍵711實(shí) 現(xiàn)大臂21—端與A傳動軸7a的連接)，保證大臂21在軸向方向上不產(chǎn)生移動；B 襯墊702與C襯墊703頂緊A齒輪7b的上下端面，保證A齒輪7b在軸向方向上 不產(chǎn)生移動；A齒輪7b通過D鍵712實(shí)現(xiàn)與A傳動軸7a的裝配；A齒輪7b與導(dǎo) 塊組件3的A齒條33嚙合，使得在電機(jī)5的帶動下實(shí)現(xiàn)A齒輪7b的轉(zhuǎn)動；E滾 動軸承71置于上蓋板la的E軸孔19內(nèi)，C滾動軸承72置于連接板lb的C軸孔 17 (C軸孔17放置兩個滾動軸承)內(nèi)。
傳動組件7的B傳動軸7d上從上到下順次套接有滾動軸承73、 D襯墊704、 B齒輪7c、 E襯墊705、 F襯墊706、 B滾動軸承74, D襯墊704與E襯墊705 頂緊B齒輪7c的上下端面，保證B齒輪7c在軸向方向上不產(chǎn)生移動；B齒輪7c 通過E鍵713實(shí)現(xiàn)與B傳動軸7d的裝配；B齒輪7c與導(dǎo)塊組件3的B齒條34 嚙合，使得在電機(jī)5的帶動下實(shí)現(xiàn)B齒輪7c的轉(zhuǎn)動；E襯墊704與F襯墊706用 于頂緊傳動組件7的B連桿24 —端(B連桿24端部設(shè)有N通孔241、 N通孔241 內(nèi)開有D鍵槽242， N通孔241套接在B傳動軸7d的下部，且通過F鍵714實(shí) 現(xiàn)B連桿24 —端與B傳動軸7d的連接)，保證B連桿24在軸向方向上不產(chǎn)生移 動；滾動軸承73置于連接板lb的C軸孔17 (C軸孔17放置兩個滾動軸承)內(nèi)， B滾動軸承74置于下底板lc的B軸孔15內(nèi)。
本發(fā)明的雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)，當(dāng)電機(jī)5轉(zhuǎn)動時帶動驅(qū)動組件6 上的兩個偏心輪轉(zhuǎn)動，在偏心輪的轉(zhuǎn)動條件下使得導(dǎo)塊組件3在直線導(dǎo)軌上作直線 運(yùn)動，從而通過齒條與齒輪的嚙合使平行四桿機(jī)構(gòu)2轉(zhuǎn)動，在平行四桿機(jī)構(gòu)2轉(zhuǎn)動 下帶動機(jī)器魚機(jī)構(gòu)的尾鰭4拍動。
權(quán)利要求
1、一種雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)，包括有尾鰭(4)，其特征在于還包括有基座(1)、平行四桿組件(2)、導(dǎo)塊組件(3)、電機(jī)(5)、驅(qū)動組件(6)、傳動組件(7)；電機(jī)(5)通過電機(jī)座(5a)安裝在基座(1)的上蓋板(1a)上；導(dǎo)塊組件(3)的四支直線導(dǎo)軌安裝在基座(1)的四個支撐座上；驅(qū)動組件(6)放置于導(dǎo)塊組件(3)的弧形長方形孔內(nèi)；傳動組件(7)通過A傳動軸(7a)、B傳動軸(7d)安裝在基座(1)的上蓋板(1a)、連接板(1b)和下底板(1c)上；平行四桿組件(2)的大臂(21)連接在傳動組件(7)的A傳動軸(7a)上，平行四桿組件(2)的B連桿(24)連接在傳動組件(7)的A傳動軸(7a)、B傳動軸(7d)上，平行四桿組件(2)的小臂(22)上連接有尾鰭(4)；基座(1)包括有上蓋板(1a)、連接板(1b)、下底板(1c)、A支撐座(11)、B支撐座(12)、C支撐座(13)、D支撐座(14)；A支柱(101)、B支柱(102)、C支柱(103)、D支柱(104)、E支柱(105)、F支柱(106)、G支柱(107)、H支柱(108)；A支撐座(11)、B支撐座(12)、C支撐座(13)、D支撐座(14)均布在上蓋板(1a)與下底板(1c)之間；A支柱(101)、B支柱(102)、C支柱(103)、D支柱(104)均布在連接板(1b)與下底板(1c)之間，E支柱(105)、F支柱(106)、G支柱(107)、H支柱(108)均布在上蓋板(1a)與連接板(1b)之間；在A支撐座(11)上設(shè)有A通孔(111)和B通孔(112)；在B支撐座(12)上設(shè)有C通孔(121)和D通孔(122)；在C支撐座(13)上設(shè)有E通孔(131)和F通孔(132)；在D支撐座(14)上設(shè)有G通孔(141)和H通孔(142)；且A通孔(111)、C通孔(121)、E通孔(131)、G通孔(141)保持在同一水平線上；B通孔(112)、D通孔(122)、F通孔(132)、H通孔(142)保持在同一水平線上；A通孔(111)、C通孔(121)上安裝有A直線導(dǎo)軌(3a)，B通孔(112)、D通孔(122)上安裝有B直線導(dǎo)軌(3b)，E通孔(131)、G通孔(141)上安裝有C直線導(dǎo)軌(3c)，F(xiàn)通孔(132)、H通孔(142)上安裝有D直線導(dǎo)軌(3d)；上蓋板(1a)上設(shè)有D軸孔(18)、E軸孔(19)，D軸孔(18)內(nèi)放置有D滾動軸承(601)，D滾動軸承(601)套接在凸輪組件(6)的驅(qū)動軸(6c)上；E軸孔(19)內(nèi)放置有E滾動軸承(71)，E滾動軸承(71)套接在傳動組件(7)的A傳動軸(7a)的上端；連接板(1b)的中心位置設(shè)有C軸孔(17)，C軸孔(17)內(nèi)放置有C滾動軸承(72)、F滾動軸承(73)，C滾動軸承(72)套接在傳動組件(7)的A傳動軸(7a)的下端，F(xiàn)滾動軸承(73)套接在傳動組件(7)的B傳動軸(7d)的上端；下底板(1c)上設(shè)有A軸孔(15)、B軸孔(16)，A軸孔(15)內(nèi)放置有A滾動軸承(602)，A滾動軸承(602)套接在凸輪組件(6)的驅(qū)動軸(6c)上；B軸孔(16)內(nèi)放置有B滾動軸承(74)，B滾動軸承(74)套接在傳動組件(7)的B傳動軸(7d)的下端；導(dǎo)塊組件(3)由A滑塊(31)、B滑塊(32)、A齒條(33)、B齒條(34)、A直線導(dǎo)軌(3a)、B直線導(dǎo)軌(3b)、C直線導(dǎo)軌(3c)、D直線導(dǎo)軌(3d)、A直線軸承(315)、B直線軸承(316)、C直線軸承(317)、D直線軸承(318)、E直線軸承(325)、F直線軸承(326)、G直線軸承(327)、H直線軸承(328)；A滑塊(31)上開有A弧形長方形孔(311)，A滑塊(31)的兩側(cè)開有I通孔(319)、J通孔(320)，A滑塊(31)的一端設(shè)有A固定槽(312)，A固定槽(312)上設(shè)有A長圓孔(313)、B長圓孔(314)；I通孔(319)用于A直線導(dǎo)軌(3a)通過，J通孔(320)用于B直線導(dǎo)軌(3b)通過；A直線導(dǎo)軌(3a)沿橫向方向上順次套接有B卡圈(302)、B直線軸承(316)、A直線軸承(315)、A卡圈(301)；C直線導(dǎo)軌(3c)沿橫向方向上順次套接有D卡圈(304)、D直線軸承(318)、C直線軸承(317)、C卡圈(303)；B滑塊(32)上開有B弧形長方形孔(321)，B滑塊(32)的兩側(cè)開有K通孔(329)、L通孔(330)，B滑塊(32)的一端設(shè)有B固定槽(322)，B固定槽(322)上設(shè)有C長圓孔(323)、D長圓孔(324)；K通孔(329)用于B直線導(dǎo)軌(3b)通過，L通孔(330)用于D直線導(dǎo)軌(3d)通過；B直線導(dǎo)軌(3b)沿橫向方向上順次套接有F卡圈(306)、F直線軸承(326)、E直線軸承(325)、E卡圈(305)；D直線導(dǎo)軌(3d)沿橫向方向上順次套接有H卡圈(308)、H直線軸承(328)、G直線軸承(327)、G卡圈(307)；驅(qū)動組件(6)包括有A偏心輪(6a)、B偏心輪(6b)、驅(qū)動軸(6c)，A偏心輪(6a)、B偏心輪(6b)的結(jié)構(gòu)相同；驅(qū)動軸(6c)從上至下順次開有G鍵槽(6d)、E鍵槽(61c)、F鍵槽(62c)，G鍵槽(6d)、E鍵槽(61c)保持在同一軸線上；A偏心輪(6a)上開有A偏心孔(61a)，A偏心孔(61a)上設(shè)有A鍵槽(61b)，A鍵槽(61b)用于放置A鍵(61)；B偏心輪(6b)上開有B偏心孔(62a)，B偏心孔(62a)上設(shè)有B鍵槽(62b)，B鍵槽(62b)用于放置B鍵(62)；驅(qū)動軸(6c)從上至下順次套接有D滾動軸承(601)、A套筒(611)、A偏心輪(6a)、C套筒(613)、B套筒(612)、B偏心輪(6b)、A滾動軸承(602)，A偏心輪(6a)通過A鍵(61)卡合在驅(qū)動軸(6c)上，B偏心輪(6b)通過B鍵(62)卡合在驅(qū)動軸(6c)上；且D滾動軸承(601)置于上蓋板(1a)的D軸孔(18)內(nèi)，A滾動軸承(602)置于下底板(1c)的A軸孔(15)內(nèi)；電機(jī)(5)安裝在電機(jī)座(5a)上，電機(jī)座(5a)上開有通孔(55)，電機(jī)(5)的電機(jī)輸出軸(56)穿過該通孔(55)后套接一聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的另一端與驅(qū)動組件(6)的驅(qū)動軸(6c)連接，電機(jī)座(5a)通過四個支柱與基座(1)的上蓋板(1a)的連接；四個支柱是指I支柱(51)、J支柱(52)、K支柱(53)、L支柱(54)；四桿平行組件(2)包括有大臂(21)、小臂(22)、A連桿(23)、B連桿(24)；小臂(22)為V字形，小臂(22)的一端開有長槽(225)，尾鰭(4)安裝在長槽(225)內(nèi)，另一端開有E銷孔(222)，小臂(22)的中心開有D銷孔(221)；大臂(21)的一端開有A銷孔(213)，另一端開有M通孔(211)，M通孔(211)的外緣上設(shè)有C鍵槽(212)；A連桿(23)的一端開有B銷孔(231)、另一端開有C銷孔(232)；B連桿(24)的一端開有F銷孔(243)，另一端開有N通孔(241)，N通孔(241)的外緣上設(shè)有D鍵槽(242)；大臂(21)一端的M通孔(211)套接在A傳動軸(7a)的上端，且通過C鍵(711)與C鍵槽(212)的配合實(shí)現(xiàn)大臂(21)一端與A傳動軸(7a)上端的連接，大臂(21)另一端通過A銷釘(223)與A銷孔(213)、D銷孔(221)的配合，實(shí)現(xiàn)大臂(21)另一端與小臂(22)中心部位的連接；A連桿(23)一端通過C銷釘(244)與B銷孔(231)、F銷孔(243)的配合，實(shí)現(xiàn)A連桿(23)一端與B連桿(24)一端的連接，A連桿(23)另一端通過B銷釘(224)與C銷孔(232)、E銷孔(222)的配合，實(shí)現(xiàn)A連桿(23)另一端與小臂(22)一端的連接；B連桿(24)一端的N通孔(241)套接在B傳動軸(7d)的下端，且通過F鍵(714)與D鍵槽(242)的配合實(shí)現(xiàn)B連桿(24)一端與B傳動軸(7d)下端的連接，B連桿(24)另一端通過C銷釘(244)與F銷孔(243)、B銷孔(231)的配合，實(shí)現(xiàn)B連桿(24)另一端與A連桿(23)另一端的連接；傳動組件(7)包括有A傳動軸(7a)、B傳動軸(7d)、A齒輪(7b)、B齒輪(7c)、E滾動軸承(71)、C滾動軸承(72)、滾動軸承(73)、B滾動軸承(74)；在A傳動軸(7a)的同一軸線上開有兩個鍵槽，鍵槽內(nèi)放置有C鍵(711)、D鍵(712)；在B傳動軸(7d)的同一軸線上開有兩個鍵槽，鍵槽內(nèi)放置有E鍵(713)、F鍵(714)；傳動組件(7)的A傳動軸(7a)上從上到下順次套接有E滾動軸承(71)、A襯墊(701)、B襯墊(702)、A齒輪(7b)、C襯墊(703)、C滾動軸承(72)；傳動組件(7)的B傳動軸(7d)上從上到下順次套接有滾動軸承(73)、D襯墊(704)、B齒輪(7c)、E襯墊(705)、F襯墊(706)、B滾動軸承(74)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 基座(1)中的A軸孔(15)與D軸孔(18)保持在同一軸線上；B軸孔(16)、 C軸孔(17)、 E軸孔(19)保持在同一軸線上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)，其特征在于驅(qū)動 組件(6)中的G鍵槽(6d)與F鍵槽(62c)的相位差角度-=45° 90° 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)，其特征在于驅(qū)動 組件(6)中的G鍵槽(6d)與F鍵槽(62c)的相位差角度-=75° 。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)，其特征在于電機(jī)(5)、驅(qū)動組件(6)與導(dǎo)塊組件(3)構(gòu)成了一個傳動單元，該傳動單元用于將 電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為A滑塊(31)、 B滑塊(32)的直線運(yùn)動，從而帶動與A 齒條(33)嚙合的A齒輪(7b)、 B齒條(34)嚙合的B齒輪(7c)轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙凸輪式單自由度的機(jī)器魚拍動機(jī)構(gòu)，該拍動機(jī)構(gòu)為機(jī)器魚提供動力。其包括有基座(1)、平行四桿組件(2)、導(dǎo)塊組件(3)、電機(jī)(5)、驅(qū)動組件(6)、傳動組件(7)；電機(jī)(5)通過電機(jī)座(5a)安裝在基座(1)的上蓋板(1a)上；導(dǎo)塊組件(3)的四支直線導(dǎo)軌安裝在基座(1)的四個支撐座上；驅(qū)動組件(6)放置于導(dǎo)塊組件(3)的弧形長方形孔內(nèi)；傳動組件(7)通過A傳動軸(7a)、B傳動軸(7d)安裝在基座(1)的上蓋板(1a)、連接板(1b)和下底板(1c)上；平行四桿組件(2)的大臂(21)連接在傳動組件(7)的A傳動軸(7a)上，平行四桿組件(2)的B連桿(24)連接在傳動組件(7)的A傳動軸(7a)、B傳動軸(7d)上，平行四桿組件(2)的小臂(22)上連接有尾鰭(4)。本發(fā)明的拍動是由電機(jī)帶動兩個偏心輪運(yùn)動，從而帶動兩個滑塊沿導(dǎo)軌作直線運(yùn)動，通過安裝在滑塊上的齒條與傳動組件上的齒輪配合，實(shí)現(xiàn)了平行四桿組件的轉(zhuǎn)動。
文檔編號B63H1/00GK101318546SQ20081011200
公開日2008年12月10日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者力 文, 梁建宏, 王田苗, 郭欲曉 申請人:北京航空航天大學(xué)