專利名稱：一種探測用仿生刀魚的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器魚，特別是關(guān)于曲軸結(jié)構(gòu)腹鰭驅(qū)動的一種探測用仿生刀魚 (又稱機(jī)器刀魚)。
背景技術(shù)：
地球表面2/3的表面積被水所覆蓋，廣袤的大海深處蘊(yùn)含著豐富礦產(chǎn)資源。但是 人類對于水下資源的探索還處于初級階段，對大洋深處的了解相對薄弱。海洋深處環(huán)境復(fù) 雜多變，條件惡劣，給人類探索海洋帶來了重重困難。水下機(jī)器人作為一種高科技的探索手 段，必將給人類開發(fā)海洋，探索水下世界帶來巨大的幫助。水下機(jī)器人在深海觀察、海底探 險、水下管道監(jiān)測和軍事方面的應(yīng)用日益增加。與傳統(tǒng)的螺旋槳水下推進(jìn)器相比，魚類運(yùn)動 方式有著噪聲小、機(jī)動靈活、高推進(jìn)效率等優(yōu)點，成為近年來科學(xué)家開發(fā)水下仿生機(jī)器人的 仿生對象。20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了模仿魚類運(yùn)動的機(jī)器魚。從1994年第一條仿生金槍魚至今， 仿生機(jī)器魚的運(yùn)動方式多采用以下兩種方式1.身體和尾鰭的擺動產(chǎn)生推力的方式；2.胸 鰭和尾鰭的擺動產(chǎn)生推力的方式。對于第一種運(yùn)動方式，雖然運(yùn)動速度快、效率高，但是， 由于身體需要擺動，內(nèi)部設(shè)置多種傳感器的空間較小，不適合多對象探測裝置的安裝。對于 第二種運(yùn)動方式，兩個胸鰭需要單獨驅(qū)動，驅(qū)動裝置體積占用密封艙的體積較大，也限制了 傳感設(shè)備的加載。這兩種運(yùn)動方式的機(jī)器魚，在近海處水藻較多的地帶活動時，環(huán)境擾動較 大，且容易被水藻纏繞驅(qū)動裝置。刀魚在水中游動時，僅依靠腹鰭的波動就能實現(xiàn)刀魚水下的靈活運(yùn)動，并且身體 在運(yùn)動過程中保持僵直狀態(tài)。若水下機(jī)器人能實現(xiàn)刀魚的運(yùn)動特性，便可克服以上兩種水 下機(jī)器人的運(yùn)動方式的弊端。那么如何實現(xiàn)呢？

發(fā)明內(nèi)容
針對上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種探測用仿生刀魚，可有效解決內(nèi)部空間 較大，適合二次開發(fā)，環(huán)境擾動小的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案包括由上殼體和下殼體構(gòu)成的腔體， 腔體后部設(shè)置有尾鰭驅(qū)動裝置，尾鰭驅(qū)動裝置與腔體尾部(后部)的尾鰭相連，用于驅(qū)動 尾鰭，尾鰭與腔體尾部采用密封軟管連接，利于尾鰭擺動，并防止水進(jìn)入腔體內(nèi)，下殼體底 部外有腹鰭，下殼體內(nèi)部有裝有驅(qū)動腹鰭的腹鰭驅(qū)動裝置，下殼體前下部裝有數(shù)字?jǐn)z像頭， 上殼體上部有防水開關(guān)、充電插頭和通訊天線；所說的尾鰭驅(qū)動裝置包括舵機(jī)、舵機(jī)后軸、U 型架、舵盤、舵機(jī)固定架，舵機(jī)裝在舵機(jī)固定架內(nèi)，舵機(jī)后部安裝舵機(jī)后軸，舵機(jī)后軸伸出舵 機(jī)固定架，舵機(jī)后軸伸出端和舵機(jī)主軸上裝有舵盤，U型架與舵盤相聯(lián)，U型架經(jīng)尾鰭固定 架與尾鰭相聯(lián)，舵機(jī)固定架裝在腹鰭驅(qū)動裝置的曲軸支架尾部(后部)上；所說的腹鰭驅(qū)動 裝置包括曲軸、曲軸支架、電機(jī)、聯(lián)軸器、曲軸瓦蓋、搖桿、光杠和蓋板，曲軸置于曲軸支架內(nèi) 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(jīng)聯(lián)軸器與曲軸支架外側(cè)的(如圖3中左側(cè))，用于驅(qū)動曲軸的電機(jī)相聯(lián)，電機(jī)同腔體內(nèi)電源裝置相聯(lián)，曲軸支架上部有 蓋板，蓋板上部裝有與通訊天線相聯(lián)的通訊控制裝置，搖桿均勻裝在光杠上，光杠裝在曲軸 支架的底部孔內(nèi)，搖桿上部的U型頭裝在曲軸上均布的曲拐上，搖桿伸出曲軸支架底部的 活動孔(開口)，與腹鰭相聯(lián)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎獨特，內(nèi)部空間大，易操作控制，穩(wěn)定性高，對環(huán)境的擾動小，可有 效用于水下資源探測、海上救助等領(lǐng)域，經(jīng)濟(jì)和社會效益巨大。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的半剖結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的腹鰭驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)分解示意圖。圖4是本發(fā)明的尾鰭驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)分解示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1 圖4所示，本發(fā)明包括有上殼體和下殼體構(gòu)成的腔體，腔體后部設(shè)置有尾 鰭驅(qū)動裝置，尾鰭驅(qū)動裝置與腔體尾部(后部)的尾鰭9相連，用于驅(qū)動尾鰭，尾鰭與腔體 尾部采用密封軟管5連接，利于尾鰭擺動，并防止水進(jìn)入腔體內(nèi)，下殼體6底部外有腹鰭7， 下殼體內(nèi)部有裝有驅(qū)動腹鰭的腹鰭驅(qū)動裝置，下殼體前下部裝有數(shù)字?jǐn)z像頭10，上殼體4 上部有防水開關(guān)3、充電插頭2和通訊天線1 ；所說的尾鰭驅(qū)動裝置(見圖4所示)，包括有 舵機(jī)19 (市售產(chǎn)品，如輝盛公司的生產(chǎn)的TowerPro MG995舵機(jī))、舵機(jī)后軸25、U型架21、 舵盤M、舵機(jī)固定架18，舵機(jī)裝在舵機(jī)固定架內(nèi)，舵機(jī)后部有舵機(jī)后軸，舵機(jī)后軸伸出舵機(jī) 固定架，舵機(jī)后軸伸出端和舵機(jī)主軸30上裝有舵盤24，U型架21與舵盤相聯(lián)，U型架經(jīng)尾 鰭固定架22與尾鰭相聯(lián)，舵機(jī)固定架裝在腹鰭驅(qū)動裝置的曲軸支架尾部(后部)上；所說 的腹鰭驅(qū)動裝置(見圖3所示)，包括有曲軸14、曲軸支架16、電機(jī)13、聯(lián)軸器15、曲軸瓦 蓋17、搖桿8、光杠20和蓋板23，曲軸置于曲軸支架內(nèi)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(jīng)聯(lián)軸器與曲軸支架外側(cè)的(如圖3中左側(cè))，用于驅(qū)動曲軸的 電機(jī)相聯(lián)，電機(jī)同腔體內(nèi)的電源裝置11相聯(lián)，曲軸支架上部有蓋板23，蓋板上部裝有與通 訊天線相聯(lián)的通訊控制裝置12，搖桿均勻裝在光杠上，光杠裝在曲軸支架的底部孔四內(nèi)， 搖桿上部的U型頭沈裝在曲軸上均布的曲拐觀上，搖桿伸出曲軸支架底部的活動孔(開 口)，與腹鰭相聯(lián)。為了保證使用效果，所說的腔體內(nèi)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(lián)，電機(jī)13同防水開關(guān)3相聯(lián)，通訊控制裝置12與通訊天線1相 聯(lián)，通訊天線、防水開關(guān)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(jīng)螺釘連接固定在兩個舵盤M上，舵盤M 經(jīng)螺釘固定在舵機(jī)后軸25上，舵機(jī)固定架經(jīng)螺栓和螺母固定在尾鰭驅(qū)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(gòu)成，如 圖4所示)，尾鰭固定架由螺栓和螺母固定在U型架上；所說的搖桿有八個，曲軸14上裝有 均勻分布的與八個搖桿相對應(yīng)的曲拐28 ；所說的電機(jī)13為大扭矩直流低速電機(jī)，通過聯(lián)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；所說的搖桿8末端穿過下殼體6 的下部的開口處，由防水膠粘貼固聯(lián)于腹鰭；所說的上殼體和下殼體由透明有機(jī)玻璃制成， 曲軸支架、曲軸瓦蓋、蓋板、U型架、舵盤、舵機(jī)后軸、舵機(jī)固定架和尾鰭固定架采用輕質(zhì)鋁合 金材料制成；搖桿、光杠、曲軸采用45鋼制成；聯(lián)軸器采用青銅材料制成；腹鰭采用防水橡 膠膜制成；尾鰭采用硬質(zhì)塑料制成，魚尾的密封軟管采用軟橡膠套管制成。舵機(jī)后軸固定在舵機(jī)固定架上，與舵機(jī)主軸30同一軸線。本發(fā)明在水中運(yùn)動時，電機(jī)13轉(zhuǎn)動，帶動曲軸14圍繞其回轉(zhuǎn)中心做圓周運(yùn)動，回 轉(zhuǎn)中心固定在曲軸支架16底部的一組搖桿8在曲軸14運(yùn)動的帶動下作周期往復(fù)擺動，固 定在搖桿8末端的腹鰭7在搖桿8的驅(qū)動下完成一定周期的波動。腹鰭7驅(qū)動機(jī)器刀魚前 進(jìn)或后退。電機(jī)13正向轉(zhuǎn)動時，本發(fā)明作前進(jìn)運(yùn)動；電機(jī)13反向轉(zhuǎn)動時，本發(fā)明作后退運(yùn) 動。本發(fā)明在水中運(yùn)動時，舵機(jī)19的轉(zhuǎn)動，帶動尾鰭9左右轉(zhuǎn)動。在低速運(yùn)動狀態(tài)下， 尾鰭9的功能主要用來控制機(jī)器刀魚的運(yùn)動方向；在高速運(yùn)動狀態(tài)下，舵機(jī)19驅(qū)動尾鰭9 左右擺動，與腹鰭7的波動相疊加，可以使機(jī)器刀魚獲得較高的運(yùn)行速度。上述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，凡是基于本發(fā)明技術(shù)方案的 變化和改進(jìn)的等效和替換手段所作出的在本質(zhì)上相同的技術(shù)方案，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范 圍。本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點1.本發(fā)明在水下運(yùn)動時，魚體保持僵持狀態(tài)，運(yùn)動過程中不發(fā)生外形的改變，內(nèi)部 空間較大且不受到擠壓，可為后續(xù)的二次開發(fā)提供必要的開發(fā)空間。2.本發(fā)明仿生刀魚的運(yùn)動，采用了腹鰭驅(qū)動的運(yùn)動方式，使其水下運(yùn)動的穩(wěn)定性 得到了提高。3.本發(fā)明的速度控制簡單，僅通過控制驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以實現(xiàn)機(jī)器刀魚運(yùn) 動速度的連續(xù)變換，另外，在需要高速運(yùn)動時，控制方向的尾鰭也可以來作為前進(jìn)的驅(qū)動裝 置，與腹鰭驅(qū)動相疊加，提供高速運(yùn)動狀態(tài)下的復(fù)合驅(qū)動。4.本發(fā)明的腹鰭曲軸驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)過簡單改裝，可以適用于各種小型水下推 進(jìn)器，具有使用范圍廣、穩(wěn)定性高、對環(huán)境的擾動小、可移植性好等優(yōu)點，可用于水下資源探 索、海上救助等，在未來的海上軍事行動中也能發(fā)揮作用，經(jīng)濟(jì)和社會效益巨大。權(quán)利要求
1.一種探測用仿生刀魚，包括由上殼體和下殼體構(gòu)成的腔體，其特征在于，腔體后部設(shè) 置有尾鰭驅(qū)動裝置，尾鰭驅(qū)動裝置與腔體尾部的尾鰭(9)相連，用于驅(qū)動尾鰭，尾鰭與腔體 尾部采用密封軟管( 連接，利于尾鰭擺動，并防止水進(jìn)入腔體內(nèi)，下殼體(6)底部外有腹 鰭(7)，下殼體內(nèi)部有裝有驅(qū)動腹鰭的腹鰭驅(qū)動裝置，下殼體前下部裝有數(shù)字?jǐn)z像頭(10)， 上殼體(4)上部有防水開關(guān)(3)、充電插頭( 和通訊天線(1)；所說的尾鰭驅(qū)動裝置，包 括有舵機(jī)(19)、舵機(jī)后軸QO、U型架(21)、舵盤(M)、舵機(jī)固定架(18)，舵機(jī)裝在舵機(jī)固 定架內(nèi)，舵機(jī)后部有舵機(jī)后軸，舵機(jī)后軸伸出舵機(jī)固定架，舵機(jī)后軸伸出端和舵機(jī)主軸(30) 上裝有舵盤04)，U型架與舵盤相聯(lián)，U型架經(jīng)尾鰭固定架0 與尾鰭相聯(lián)，舵機(jī)固 定架裝在腹鰭驅(qū)動裝置的曲軸支架尾部上；所說的腹鰭驅(qū)動裝置，包括有曲軸(14)、曲軸 支架(16)、電機(jī)(13)、聯(lián)軸器(15)、曲軸瓦蓋(17)、搖桿(8)、光杠(20)和蓋板(2 ，曲軸 置于曲軸支架內(nèi)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(jīng)聯(lián)軸 器與曲軸支架外側(cè)的，用于驅(qū)動曲軸的電機(jī)相聯(lián)，電機(jī)同腔體內(nèi)的電源裝置(11)相聯(lián)，曲 軸支架上部有蓋板(23)，蓋板上部裝有與通訊天線相聯(lián)的通訊控制裝置(12)，搖桿均勻裝 在光杠上，光杠裝在曲軸支架的底部孔09)內(nèi)，搖桿上部的U型頭06)裝在曲軸上均布的 曲拐08)上，搖桿伸出曲軸支架底部的活動孔，與腹鰭相聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特征在于，所說的電源裝置同充電插頭 (2)相聯(lián)，電機(jī)(1 同防水開關(guān)C3)相聯(lián)，通訊控制裝置(1 與通訊天線(1)相聯(lián)，通訊天 線、防水開關(guān)和充電插頭均密封防水裝在上殼體的上部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特征在于，所說的U型架經(jīng)螺釘連 接固定在兩個舵盤04)上，舵盤04)經(jīng)螺釘固定在舵機(jī)后軸0 上，舵機(jī)固定架經(jīng)螺栓 和螺母固定在尾鰭驅(qū)動裝置的曲軸支架尾部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特征在于，所說的搖桿有八個，曲軸(14) 上裝有均勻分布的與八個搖桿相對應(yīng)的曲拐08)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特征在于，所說的電機(jī)(1 為大扭矩直 流低速電機(jī)，通過聯(lián)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(jù)權(quán)利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特征在于，所說的搖桿(8)末端穿過下殼 體(6)的下部的開口處，由防水膠粘貼固聯(lián)于腹鰭。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特征在于，所說的上殼體和下殼體由透 明有機(jī)玻璃制成，曲軸支架、曲軸瓦蓋、蓋板、U型架、舵盤、舵機(jī)后軸、舵機(jī)固定架和尾鰭固 定架采用輕質(zhì)鋁合金材料制成；搖桿、光杠、曲軸采用45鋼制成；聯(lián)軸器采用青銅材料制 成；腹鰭采用防水橡膠膜制成；尾鰭采用硬質(zhì)塑料制成，魚尾的密封軟管采用軟橡膠套管 制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測用仿生刀魚，其特征在于，舵機(jī)后軸固定在舵機(jī)固定架 上，與舵機(jī)主軸(30)同一軸線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種探測用仿生刀魚，可有效解決內(nèi)部空間較大，適合二次開發(fā)，環(huán)境擾動小的問題。本發(fā)明采取以下技術(shù)方案包括由上殼體和下殼體構(gòu)成的腔體，腔體后部設(shè)置有尾鰭驅(qū)動裝置，尾鰭驅(qū)動裝置與腔體尾部的尾鰭相連，用于驅(qū)動尾鰭，尾鰭與腔體尾部采用密封軟管連接，利于尾鰭擺動，并防止水進(jìn)入腔體內(nèi)，下殼體底部外有腹鰭，下殼體內(nèi)部有裝有驅(qū)動腹鰭的腹鰭驅(qū)動裝置，下殼體前下部裝有數(shù)字?jǐn)z像頭，上殼體上部有防水開關(guān)、充電插頭和通訊天線。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎獨特，內(nèi)部空間大，易操作控制，穩(wěn)定性高，對環(huán)境的擾動小，可有效用于水下資源探測、海上救助等領(lǐng)域，經(jīng)濟(jì)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(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)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(xué)院