一種水下?lián)湟眚?qū)動(dòng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋勘探領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種水下航行器的仿生推進(jìn)裝置，為航行器在水下的運(yùn)行提供所需的動(dòng)力和操縱力。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在海洋資源開發(fā)，海洋國防，海事搜救，海洋環(huán)境探測等方面需求的拉動(dòng)下，水下航行器技術(shù)得到了快速發(fā)展。目前，大部分水下航行器采用螺旋槳推進(jìn)方式，然而隨著海洋開發(fā)利用的不斷深入，海洋調(diào)查和海洋工程任務(wù)日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)推進(jìn)方式難以滿足多樣化的需求。魚類和企鵝等哺乳動(dòng)物的撲翼游動(dòng)方式經(jīng)過上億年的演變和進(jìn)化，具有高效、靈活、低噪、啟動(dòng)速度快等特點(diǎn)，獲得越來越多的關(guān)注。仿生撲翼推進(jìn)技術(shù)的研究是進(jìn)一步提高水下航行器性能的有效途徑。目前，對于撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有兩種類型:并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛性好，運(yùn)動(dòng)精度高，系統(tǒng)慣性小的優(yōu)點(diǎn)，但是一般對于多自由度的運(yùn)動(dòng)會存在耦合情況，這會給機(jī)構(gòu)的分析和控制系統(tǒng)的開發(fā)增加難度。串聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)分析簡單，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多自由度撲翼運(yùn)動(dòng)，但是由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的不固定，加大了系統(tǒng)的慣性，同時(shí)也加劇了撲翼推進(jìn)型航行器的整體重心位置的周期性變化，從而影響航行器的航行性能。
[0003]目前實(shí)現(xiàn)撲翼運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置大部分是基于串聯(lián)機(jī)構(gòu)而設(shè)計(jì)的，如Font等人基于球式鉸鏈的串聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了三自由仿海龜撲翼裝置，朱崎峰等基于凸輪機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了二自由度海龜撲翼推進(jìn)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了海龜撲翼的運(yùn)動(dòng);而目前基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)裝置所采用的機(jī)構(gòu)均存在耦合情況，因此該機(jī)構(gòu)的分析和控制器的開發(fā)的難度比較大，不適于實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜和多樣化的撲翼運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種機(jī)構(gòu)分析簡單、控制系統(tǒng)開發(fā)難度低以及剛性好、精度高、系統(tǒng)慣性小的水下?lián)湟眚?qū)動(dòng)裝置。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明的一種水下?lián)湟眚?qū)動(dòng)裝置，它包括分別安裝在固定架上的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件，所述的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件的輸出軸與主動(dòng)齒輪相連，在所述的主動(dòng)齒輪的兩側(cè)對稱的嚙合配合有兩個(gè)從動(dòng)齒輪，所述的兩個(gè)從動(dòng)齒輪分別通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在固定架上組成第六轉(zhuǎn)動(dòng)副，在所述的兩個(gè)從動(dòng)齒輪上分別連接有一個(gè)撲翼結(jié)構(gòu)，兩個(gè)所述的撲翼結(jié)構(gòu)相同并且對稱設(shè)置，所述的撲翼結(jié)構(gòu)包括第三桿件，所述的第三桿件的一端通過與從動(dòng)齒輪軸線偏置設(shè)置的支撐軸與從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接組成第五轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述第三桿件的另一端與第二桿件的一端轉(zhuǎn)動(dòng)相連組成第四轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述的第二桿件的中間部位與固定架轉(zhuǎn)動(dòng)連接組成第三轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述的第二桿件的另一端和機(jī)翼固定架轉(zhuǎn)動(dòng)連接組成第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件的輸出軸與絲杠相連，所述的絲杠與螺母螺紋連接，所述的螺母與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，所述的導(dǎo)軌固定在所述的固定架上，所述的螺母與虎克鉸的近架軸轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述虎克鉸的遠(yuǎn)架軸與第一桿件的一端轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述第一桿件的另一端與機(jī)翼固定架轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述的機(jī)翼固定架與機(jī)翼固連，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與虎克鉸的遠(yuǎn)架軸線相互平行，所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與虎克鉸的近架軸線重合，所述第四轉(zhuǎn)動(dòng)副、第五轉(zhuǎn)動(dòng)副和第六轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與虎克鉸的近架軸線相互平行。
[0007]本發(fā)明的有益效果:
[0008]1.本發(fā)明專利采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，提高了系統(tǒng)剛度和運(yùn)動(dòng)精度，降低了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)慣量。
[0009]2.本發(fā)明專利基于一種完全解耦的球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)撲翼驅(qū)動(dòng)裝置，該二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有完全解耦的特性，撲翼的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度運(yùn)動(dòng)分別由不同的單個(gè)電機(jī)單獨(dú)控制，使系統(tǒng)的控制器的開發(fā)難度降低，更容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的撲翼運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
[0010]3.本發(fā)明專利的驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件固定于航行器的主體上，大大降低了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)慣性，同時(shí)，也減弱了航行器重心的周期性變化，提高航行器的運(yùn)動(dòng)性能。
[0011]4.本發(fā)明專利通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩側(cè)機(jī)翼的上下拍動(dòng)，減少了動(dòng)密封的數(shù)量，提高了自身的可靠性。
[0012]5.本發(fā)明專利采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)撲翼的上下拍動(dòng)，避免了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的頻繁啟停，更適合撲翼的高頻率的運(yùn)動(dòng)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的一種水下?lián)湟眚?qū)動(dòng)裝置的立體圖；
[0014]圖2是圖1所示的撲翼驅(qū)動(dòng)裝置的一側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3是撲翼驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明加以說明。
[0017]如附圖所示的本發(fā)明的一種水下?lián)湟眚?qū)動(dòng)裝置為基于一種完全解耦的并聯(lián)機(jī)構(gòu)而設(shè)計(jì)的二自由度撲翼驅(qū)動(dòng)裝置，其結(jié)構(gòu)組成如圖1、2所示。第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件2和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件12分別安裝在固定架1(即為航行器主體)上，所述的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件12的輸出軸與主動(dòng)齒輪相連，在所述的主動(dòng)齒輪的兩側(cè)對稱的嚙合配合有兩個(gè)從動(dòng)齒輪，所述的兩個(gè)從動(dòng)齒輪分別通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在固定架I上組成第六轉(zhuǎn)動(dòng)副R6,在所述的兩個(gè)從動(dòng)齒輪上分別連接有一個(gè)撲翼結(jié)構(gòu)，兩個(gè)所述的撲翼結(jié)構(gòu)相同并且對稱設(shè)置，所述的撲翼結(jié)構(gòu)包括第三桿件U，所述的第三桿件11的一端通過與從動(dòng)齒輪軸線偏置設(shè)置的支撐軸與從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接組成第五轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述第三桿件11的另一端與第二桿件10的一端轉(zhuǎn)動(dòng)相連組成第四轉(zhuǎn)動(dòng)副R4,所述的第二桿件10的中間部位與固定架I轉(zhuǎn)動(dòng)連接組成第三轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述的第二桿件10的另一端和機(jī)翼固定架9轉(zhuǎn)動(dòng)連接組成第二轉(zhuǎn)動(dòng)副。所述的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件2的輸出軸與絲杠3相連，所述的絲杠3與螺母4螺紋連接，所述的螺母4與導(dǎo)軌5滑動(dòng)連接，所述的導(dǎo)軌5固定在所述的固定架I上，所述的螺母9與虎克鉸6的近架軸轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述虎克鉸6的遠(yuǎn)架軸與第一桿件7的一端轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述第一桿件7的另一端與機(jī)翼固定架9轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述的機(jī)翼固定架9與機(jī)翼8固連。
[0018]整個(gè)結(jié)構(gòu)的連接關(guān)系可通過圖3所示的撲翼驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡圖說明，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副R1為第一桿件7和機(jī)翼固定架9組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副R2為第二桿件10與機(jī)翼固定架9組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3為第二桿件10和固定架I組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副R4為第二桿件10和第三桿件11組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副，第五轉(zhuǎn)動(dòng)副R5為第三桿件11和從動(dòng)齒輪組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副，第六轉(zhuǎn)動(dòng)副R6為從動(dòng)齒輪與固定架I組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副。所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副R1和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副R2的軸線與虎克鉸的遠(yuǎn)架軸線相互平行，所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3的軸線與虎克鉸的近架軸線重合，所述第四轉(zhuǎn)動(dòng)副R4、第五轉(zhuǎn)動(dòng)副R5和第六轉(zhuǎn)動(dòng)副R6的軸線與虎克鉸的近架軸線相互平行，所述動(dòng)平臺對應(yīng)圖1所示的機(jī)翼固定架9。
[0019]兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺進(jìn)行二自由度運(yùn)動(dòng)，撲翼的翼板安裝在動(dòng)平臺上，從而實(shí)現(xiàn)了撲翼的運(yùn)動(dòng)。為減少動(dòng)密封個(gè)數(shù)并降低裝置重量，采用如圖2所示的方式驅(qū)動(dòng)左右側(cè)撲翼。
[0020]第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3的軸線與虎克鉸近架軸線的重合使該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了完全解耦，撲翼的俯仰運(yùn)動(dòng)和上下拍動(dòng)運(yùn)動(dòng)分別由第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件2和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件12單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。同一側(cè)的螺母4、第一桿件7和機(jī)翼固定架9組成了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件2通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)螺母4沿導(dǎo)軌5直線運(yùn)動(dòng)，所述螺母4驅(qū)動(dòng)所述曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)翼固定架9繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)副1?2軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)即撲翼的俯仰運(yùn)動(dòng)。同一側(cè)的從動(dòng)齒輪、第二桿件10和第三桿件11組成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件12通過齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)翼固定架9繞第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)即撲翼的上下拍動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水下?lián)湟眚?qū)動(dòng)裝置，其特征在于:它包括分別安裝在固定架上的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件，所述的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件的輸出軸與主動(dòng)齒輪相連，在所述的主動(dòng)齒輪的兩側(cè)對稱的嚙合配合有兩個(gè)從動(dòng)齒輪，所述的兩個(gè)從動(dòng)齒輪分別通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在固定架上組成第六轉(zhuǎn)動(dòng)副，在所述的兩個(gè)從動(dòng)齒輪上分別連接有一個(gè)撲翼結(jié)構(gòu)，兩個(gè)所述的撲翼結(jié)構(gòu)相同并且對稱設(shè)置，所述的撲翼結(jié)構(gòu)包括第三桿件，所述的第三桿件的一端通過與從動(dòng)齒輪軸線偏置設(shè)置的支撐軸與從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接組成第五轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述第三桿件的另一端與第二桿件的一端轉(zhuǎn)動(dòng)相連組成第四轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述的第二桿件的中間部位與固定架轉(zhuǎn)動(dòng)連接組成第三轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述的第二桿件的另一端和機(jī)翼固定架轉(zhuǎn)動(dòng)連接組成第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件的輸出軸與絲杠相連，所述的絲杠與螺母螺紋連接，所述的螺母與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，所述的導(dǎo)軌固定在所述的固定架上，所述的螺母與虎克鉸的近架軸轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述虎克鉸的遠(yuǎn)架軸與第一桿件的一端轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述第一桿件的另一端與機(jī)翼固定架轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述的機(jī)翼固定架與機(jī)翼固連，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與虎克鉸的遠(yuǎn)架軸線相互平行，所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與虎克鉸的近架軸線重合，所述第四轉(zhuǎn)動(dòng)副、第五轉(zhuǎn)動(dòng)副和第六轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與虎克鉸的近架軸線相互平行。
【專利摘要】本發(fā)明公開了水下?lián)湟眚?qū)動(dòng)裝置，它包括第一、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件的輸出軸與主動(dòng)齒輪相連，在主動(dòng)齒輪的兩側(cè)對稱的嚙合配合有兩個(gè)從動(dòng)齒輪，在兩個(gè)從動(dòng)齒輪上分別連接有一個(gè)撲翼結(jié)構(gòu)，撲翼結(jié)構(gòu)包括第三桿件，第三桿件的一端通過支撐軸與從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第三桿件的另一端與第二桿件的一端轉(zhuǎn)動(dòng)相連，第二桿件的中間部位與固定架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二桿件的另一端和機(jī)翼固定架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件的輸出軸與絲杠相連，絲杠與螺母螺紋連接，螺母與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，螺母與虎克鉸的近架軸轉(zhuǎn)動(dòng)相連，虎克鉸的遠(yuǎn)架軸與第一桿件的一端轉(zhuǎn)動(dòng)相連，第一桿件的另一端與機(jī)翼固定架轉(zhuǎn)動(dòng)相連，機(jī)翼固定架與機(jī)翼固連。本結(jié)構(gòu)有完全解耦的特性。
【IPC分類】B63H1/36
【公開號】CN105460189
【申請?zhí)枴緾N201510854411
【發(fā)明人】王樹新, 張宏偉, 王延輝
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月27日