专利名称：一种探测用仿生刀鱼的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器鱼，特别是关于曲轴结构腹鳍驱动的一种探测用仿生刀鱼 (又称机器刀鱼)。
背景技术：
地球表面2/3的表面积被水所覆盖，广袤的大海深处蕴含着丰富矿产资源。但是 人类对于水下资源的探索还处于初级阶段，对大洋深处的了解相对薄弱。海洋深处环境复 杂多变，条件恶劣，给人类探索海洋带来了重重困难。水下机器人作为一种高科技的探索手 段，必将给人类开发海洋，探索水下世界带来巨大的帮助。水下机器人在深海观察、海底探 险、水下管道监测和军事方面的应用日益增加。与传统的螺旋桨水下推进器相比，鱼类运动 方式有着噪声小、机动灵活、高推进效率等优点，成为近年来科学家开发水下仿生机器人的 仿生对象。20世纪90年代出现了模仿鱼类运动的机器鱼。从1994年第一条仿生金枪鱼至今， 仿生机器鱼的运动方式多采用以下两种方式1.身体和尾鳍的摆动产生推力的方式；2.胸 鳍和尾鳍的摆动产生推力的方式。对于第一种运动方式，虽然运动速度快、效率高，但是， 由于身体需要摆动，内部设置多种传感器的空间较小，不适合多对象探测装置的安装。对于 第二种运动方式，两个胸鳍需要单独驱动，驱动装置体积占用密封舱的体积较大，也限制了 传感设备的加载。这两种运动方式的机器鱼，在近海处水藻较多的地带活动时，环境扰动较 大，且容易被水藻缠绕驱动装置。刀鱼在水中游动时，仅依靠腹鳍的波动就能实现刀鱼水下的灵活运动，并且身体 在运动过程中保持僵直状态。若水下机器人能实现刀鱼的运动特性，便可克服以上两种水 下机器人的运动方式的弊端。那么如何实现呢？
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种探测用仿生刀鱼，可有效解决内部空间 较大，适合二次开发，环境扰动小的问题。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案包括由上壳体和下壳体构成的腔体， 腔体后部设置有尾鳍驱动装置，尾鳍驱动装置与腔体尾部(后部)的尾鳍相连，用于驱动 尾鳍，尾鳍与腔体尾部采用密封软管连接，利于尾鳍摆动，并防止水进入腔体内，下壳体底 部外有腹鳍，下壳体内部有装有驱动腹鳍的腹鳍驱动装置，下壳体前下部装有数字摄像头， 上壳体上部有防水开关、充电插头和通讯天线；所说的尾鳍驱动装置包括舵机、舵机后轴、U 型架、舵盘、舵机固定架，舵机装在舵机固定架内，舵机后部安装舵机后轴，舵机后轴伸出舵 机固定架，舵机后轴伸出端和舵机主轴上装有舵盘，U型架与舵盘相联，U型架经尾鳍固定 架与尾鳍相联，舵机固定架装在腹鳍驱动装置的曲轴支架尾部(后部)上；所说的腹鳍驱动 装置包括曲轴、曲轴支架、电机、联轴器、曲轴瓦盖、摇杆、光杠和盖板，曲轴置于曲轴支架内 的曲轴支座上，曲轴上有固定在曲轴支架上的曲轴瓦盖，曲轴经联轴器与曲轴支架外侧的(如图3中左侧)，用于驱动曲轴的电机相联，电机同腔体内电源装置相联，曲轴支架上部有 盖板，盖板上部装有与通讯天线相联的通讯控制装置，摇杆均勻装在光杠上，光杠装在曲轴 支架的底部孔内，摇杆上部的U型头装在曲轴上均布的曲拐上，摇杆伸出曲轴支架底部的 活动孔(开口)，与腹鳍相联。本发明结构新颖独特，内部空间大，易操作控制，稳定性高，对环境的扰动小，可有 效用于水下资源探测、海上救助等领域，经济和社会效益巨大。
图1是本发明的整体结构示意图。图2是本发明的半剖结构示意图。图3是本发明的腹鳍驱动装置结构分解示意图。图4是本发明的尾鳍驱动装置结构分解示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细的描述。如图1 图4所示，本发明包括有上壳体和下壳体构成的腔体，腔体后部设置有尾 鳍驱动装置，尾鳍驱动装置与腔体尾部(后部)的尾鳍9相连，用于驱动尾鳍，尾鳍与腔体 尾部采用密封软管5连接，利于尾鳍摆动，并防止水进入腔体内，下壳体6底部外有腹鳍7， 下壳体内部有装有驱动腹鳍的腹鳍驱动装置，下壳体前下部装有数字摄像头10，上壳体4 上部有防水开关3、充电插头2和通讯天线1 ；所说的尾鳍驱动装置(见图4所示)，包括有 舵机19 (市售产品，如辉盛公司的生产的TowerPro MG995舵机)、舵机后轴25、U型架21、 舵盘M、舵机固定架18，舵机装在舵机固定架内，舵机后部有舵机后轴，舵机后轴伸出舵机 固定架，舵机后轴伸出端和舵机主轴30上装有舵盘24，U型架21与舵盘相联，U型架经尾 鳍固定架22与尾鳍相联，舵机固定架装在腹鳍驱动装置的曲轴支架尾部(后部)上；所说 的腹鳍驱动装置(见图3所示)，包括有曲轴14、曲轴支架16、电机13、联轴器15、曲轴瓦 盖17、摇杆8、光杠20和盖板23，曲轴置于曲轴支架内的曲轴支座27上，曲轴上有固定在曲 轴支架上的曲轴瓦盖，曲轴经联轴器与曲轴支架外侧的(如图3中左侧)，用于驱动曲轴的 电机相联，电机同腔体内的电源装置11相联，曲轴支架上部有盖板23，盖板上部装有与通 讯天线相联的通讯控制装置12，摇杆均勻装在光杠上，光杠装在曲轴支架的底部孔四内， 摇杆上部的U型头沈装在曲轴上均布的曲拐观上，摇杆伸出曲轴支架底部的活动孔(开 口)，与腹鳍相联。为了保证使用效果，所说的腔体内的电源装置11为可充电的电池组或蓄电池等， 电源装置同充电插头2相联，电机13同防水开关3相联，通讯控制装置12与通讯天线1相 联，通讯天线、防水开关和充电插头均密封防水装在上壳体的上部。为了维修和使用方便，所说的U型架21经螺钉连接固定在两个舵盘M上，舵盘M 经螺钉固定在舵机后轴25上，舵机固定架经螺栓和螺母固定在尾鳍驱动装置的曲轴支架 尾部。所说的尾鳍9由螺钉固定在尾鳍固定架22上(尾鳍固定架22由四个支撑体构成，如 图4所示)，尾鳍固定架由螺栓和螺母固定在U型架上；所说的摇杆有八个，曲轴14上装有 均勻分布的与八个摇杆相对应的曲拐28 ；所说的电机13为大扭矩直流低速电机，通过联轴4器将动力输出给曲轴，盖板23由螺栓装在曲轴支架16上；所说的摇杆8末端穿过下壳体6 的下部的开口处，由防水胶粘贴固联于腹鳍；所说的上壳体和下壳体由透明有机玻璃制成， 曲轴支架、曲轴瓦盖、盖板、U型架、舵盘、舵机后轴、舵机固定架和尾鳍固定架采用轻质铝合 金材料制成；摇杆、光杠、曲轴采用45钢制成；联轴器采用青铜材料制成；腹鳍采用防水橡 胶膜制成；尾鳍采用硬质塑料制成，鱼尾的密封软管采用软橡胶套管制成。舵机后轴固定在舵机固定架上，与舵机主轴30同一轴线。本发明在水中运动时，电机13转动，带动曲轴14围绕其回转中心做圆周运动，回 转中心固定在曲轴支架16底部的一组摇杆8在曲轴14运动的带动下作周期往复摆动，固 定在摇杆8末端的腹鳍7在摇杆8的驱动下完成一定周期的波动。腹鳍7驱动机器刀鱼前 进或后退。电机13正向转动时，本发明作前进运动；电机13反向转动时，本发明作后退运 动。本发明在水中运动时，舵机19的转动，带动尾鳍9左右转动。在低速运动状态下， 尾鳍9的功能主要用来控制机器刀鱼的运动方向；在高速运动状态下，舵机19驱动尾鳍9 左右摆动，与腹鳍7的波动相叠加，可以使机器刀鱼获得较高的运行速度。上述仅是本发明的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本发明技术方案的 变化和改进的等效和替换手段所作出的在本质上相同的技术方案，均属于本发明的保护范 围。本发明具有以下突出的优点1.本发明在水下运动时，鱼体保持僵持状态，运动过程中不发生外形的改变，内部 空间较大且不受到挤压，可为后续的二次开发提供必要的开发空间。2.本发明仿生刀鱼的运动，采用了腹鳍驱动的运动方式，使其水下运动的稳定性 得到了提高。3.本发明的速度控制简单，仅通过控制驱动电机的转速就可以实现机器刀鱼运 动速度的连续变换，另外，在需要高速运动时，控制方向的尾鳍也可以来作为前进的驱动装 置，与腹鳍驱动相叠加，提供高速运动状态下的复合驱动。4.本发明的腹鳍曲轴驱动结构简单，经过简单改装，可以适用于各种小型水下推 进器，具有使用范围广、稳定性高、对环境的扰动小、可移植性好等优点，可用于水下资源探 索、海上救助等，在未来的海上军事行动中也能发挥作用，经济和社会效益巨大。权利要求
1.一种探测用仿生刀鱼，包括由上壳体和下壳体构成的腔体，其特征在于，腔体后部设 置有尾鳍驱动装置，尾鳍驱动装置与腔体尾部的尾鳍(9)相连，用于驱动尾鳍，尾鳍与腔体 尾部采用密封软管( 连接，利于尾鳍摆动，并防止水进入腔体内，下壳体(6)底部外有腹 鳍(7)，下壳体内部有装有驱动腹鳍的腹鳍驱动装置，下壳体前下部装有数字摄像头(10)， 上壳体(4)上部有防水开关(3)、充电插头( 和通讯天线(1)；所说的尾鳍驱动装置，包 括有舵机(19)、舵机后轴QO、U型架(21)、舵盘(M)、舵机固定架(18)，舵机装在舵机固 定架内，舵机后部有舵机后轴，舵机后轴伸出舵机固定架，舵机后轴伸出端和舵机主轴(30) 上装有舵盘04)，U型架与舵盘相联，U型架经尾鳍固定架0 与尾鳍相联，舵机固 定架装在腹鳍驱动装置的曲轴支架尾部上；所说的腹鳍驱动装置，包括有曲轴(14)、曲轴 支架(16)、电机(13)、联轴器(15)、曲轴瓦盖(17)、摇杆(8)、光杠(20)和盖板(2 ，曲轴 置于曲轴支架内的曲轴支座(XT)上，曲轴上有固定在曲轴支架上的曲轴瓦盖，曲轴经联轴 器与曲轴支架外侧的，用于驱动曲轴的电机相联，电机同腔体内的电源装置(11)相联，曲 轴支架上部有盖板(23)，盖板上部装有与通讯天线相联的通讯控制装置(12)，摇杆均勻装 在光杠上，光杠装在曲轴支架的底部孔09)内，摇杆上部的U型头06)装在曲轴上均布的 曲拐08)上，摇杆伸出曲轴支架底部的活动孔，与腹鳍相联。
2.根据权利要求1所述的探测用仿生刀鱼，其特征在于，所说的电源装置同充电插头 (2)相联，电机(1 同防水开关C3)相联，通讯控制装置(1 与通讯天线(1)相联，通讯天 线、防水开关和充电插头均密封防水装在上壳体的上部。
3.根据权利要求1所述的探测用仿生刀鱼，其特征在于，所说的U型架经螺钉连 接固定在两个舵盘04)上，舵盘04)经螺钉固定在舵机后轴0 上，舵机固定架经螺栓 和螺母固定在尾鳍驱动装置的曲轴支架尾部。
4.根据权利要求1所述的探测用仿生刀鱼，其特征在于，所说的尾鳍(9)由螺钉固定在 尾鳍固定架02)上，尾鳍固定架螺栓和螺母固定在U型架上。
5.根据权利要求1所述的探测用仿生刀鱼，其特征在于，所说的摇杆有八个，曲轴(14) 上装有均勻分布的与八个摇杆相对应的曲拐08)。
6.根据权利要求1所述的探测用仿生刀鱼，其特征在于，所说的电机(1 为大扭矩直 流低速电机，通过联轴器将动力输出给曲轴，盖板由螺栓装在曲轴支架(16)上。
7.根据权利要求1所述的探测用仿生刀鱼，其特征在于，所说的摇杆(8)末端穿过下壳 体(6)的下部的开口处，由防水胶粘贴固联于腹鳍。
8.根据权利要求1所述的探测用仿生刀鱼，其特征在于，所说的上壳体和下壳体由透 明有机玻璃制成，曲轴支架、曲轴瓦盖、盖板、U型架、舵盘、舵机后轴、舵机固定架和尾鳍固 定架采用轻质铝合金材料制成；摇杆、光杠、曲轴采用45钢制成；联轴器采用青铜材料制 成；腹鳍采用防水橡胶膜制成；尾鳍采用硬质塑料制成，鱼尾的密封软管采用软橡胶套管 制成。
9.根据权利要求1所述的探测用仿生刀鱼，其特征在于，舵机后轴固定在舵机固定架 上，与舵机主轴(30)同一轴线。
全文摘要
本发明涉及一种探测用仿生刀鱼，可有效解决内部空间较大，适合二次开发，环境扰动小的问题。本发明采取以下技术方案包括由上壳体和下壳体构成的腔体，腔体后部设置有尾鳍驱动装置，尾鳍驱动装置与腔体尾部的尾鳍相连，用于驱动尾鳍，尾鳍与腔体尾部采用密封软管连接，利于尾鳍摆动，并防止水进入腔体内，下壳体底部外有腹鳍，下壳体内部有装有驱动腹鳍的腹鳍驱动装置，下壳体前下部装有数字摄像头，上壳体上部有防水开关、充电插头和通讯天线。本发明结构新颖独特，内部空间大，易操作控制，稳定性高，对环境的扰动小，可有效用于水下资源探测、海上救助等领域，经济和社会效益巨大。
文档编号B63C11/48GK102039994SQ20101052665
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者孟凯, 李辉, 李鑫, 毕建平, 王新莉, 耿向前, 邵凤翔, 郭鹏, 马建辉 申请人:河南工程学院