用于水下仿生推进系统的混联驱动机构的制作方法

本发明涉及船舶设备技术领域，尤其涉及用于水下仿生推进系统的混联驱动机构。

背景技术：

仿生推进潜航器模仿海洋生物的外形和推进方式，具有高效、低噪、机动性强、隐蔽性好、对水下环境扰动小等诸多优点，在水下资源勘探、环境监测、军事侦察突防等方面都有非常广阔的应用前景。然而，由于材料科学和控制技术的限制，目前的水下仿生潜航器基本上还是采用机械结构作为主要的传动机构，例如仿鱼水下潜航器大多仅是简单模仿了鱼类尾鳍的单自由度摆动运动，推进效率低，游动速度不高；也有部分仿鱼潜航器采用多个舵机串联的方式模拟鱼体波动加尾鳍摆动的运动模式，但由于采用了舵机串联的方式，鱼体尾端具有较大的横截面积和摆动惯量，很大地限制了仿生推进器的摆动频率、推进效率，以及操纵的灵活性。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种用于水下仿生推进系统的混联驱动机构，其不仅能提高航行器的航速，还能提高总体的水动力推进效率。

本发明所采用的技术方案如下：

用于水下仿生推进系统的混联驱动机构，包括第一舵机模块，所述第一舵机模块的第一关节旋转轴通过第一舵机连接架与第二舵机模块、第三舵机模块的一端连接，所述第二舵机模块、第三舵机模块的另一端共同通过第二舵机连接架连接第二关节旋转轴，所述第二关节旋转轴的一端通过第一传动机构连接第二舵机模块的输出轴，所述第二关节旋转轴的另一端通过第二传动机构与第三舵机模块的输出轴连接；所述第二关节旋转轴通过尾柄的一端固定连接，所述尾柄的另一端与第三关节旋转轴连接，还包括尾鳍，所述尾鳍通过第三传动机构连接第二关节旋转轴。

其进一步技术方案在于：

所述第一传动机构包括与第二舵机模块输出轴配合的第一同步带轮，所述第一同步带轮通过第一同步带连接第二同步带轮，所述第二同步带轮安装于第二关节旋转轴的一端；

所述第二传动机构包括与第三舵机模块输出轴配合的第四同步带轮，所述第四同步带轮通过第二同步带连接第五同步带轮，所述第五同步带轮安装于第二关节旋转轴的另一端；

所述第三传动机构包括与第三关节旋转轴配合的第三同步带轮，所述第三同步带轮与尾鳍固定，所述第三同步带轮通过第三同步带连接第六同步带轮，所述第六同步带轮也与第二关节旋转轴配合；

所述第六同步带轮位于第五同步带轮与第二同步带轮之间；

所述第二舵机模块与第三舵机模块并联，所述第一舵机模块与并联布置的第二舵机模块和第三舵机模块串联。

本发明的有益效果如下：

本发明结构简单，使用方便，整体为防水结构，通过在各结构外围增加支撑骨架和透水蒙皮，其可高逼真度地模拟鱼尾体的波动运动和尾鳍的摆动运动，可以模拟多种形式的鱼类运动。

通过将第二舵机模块与第三舵机模块并联，使推进机构尾端重量减轻，大幅度减小的尾部的转动惯量，在相同的舵机输入功率、扭矩和结构强度条件下，可以允许更高的尾鳍摆动频率，从而有效提高潜航器主体结构的航速；另外本发明可大幅减小尾柄的横截面积，从而减小推进过程中尾柄部分在横向方向上受到的水体阻力，进而减小尾鳍运动在横向方向上做功，提高总体的水动力推进效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明在直线巡游状态下的工作示意图。

图3为本发明在转向状态下的工作示意图。

其中：1、第一舵机模块；2、第一关节旋转轴；3、第一舵机连接架；4、第二舵机模块；5、第三舵机模块；6、第一同步带轮；7、第一同步带；8、第二同步带轮；9、第二关节旋转轴；10、尾柄；11、第三同步带轮；12、尾鳍；13、第二舵机连接架；14、第四同步带轮；15、第二同步带；16、第五同步带轮；17、第六同步带轮；18、第三同步带；19、第三关节旋转轴。

具体实施方式

下面说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，用于水下仿生推进系统的混联驱动机构包括第一舵机模块1，第一舵机模块1的一端与潜航器的主体结构固接。第一舵机模块1的第一关节旋转轴2通过第一舵机连接架3与第二舵机模块4、第三舵机模块5的一端连接，第二舵机模块4、第三舵机模块5的另一端共同通过第二舵机连接架13连接第二关节旋转轴9，第二关节旋转轴9的一端通过第一传动机构连接第二舵机模块4的输出轴，第二关节旋转轴9的另一端通过第二传动机构与第三舵机模块5的输出轴连接；第二关节旋转轴9通过尾柄10的一端固定连接，尾柄10的另一端与第三关节旋转轴19连接，还包括尾鳍12，尾鳍12通过第三传动机构连接第二关节旋转轴9。

如图1所示，上述第一传动机构包括与第二舵机模块4输出轴配合的第一同步带轮6，第一同步带轮6通过第一同步带7连接第二同步带轮8，第二同步带轮8安装于第二关节旋转轴9的一端。

上述第二传动机构包括与第三舵机模块5输出轴配合的第四同步带轮14，第四同步带轮14通过第二同步带15连接第五同步带轮16，第五同步带轮16安装于第二关节旋转轴9的另一端。上述第三传动机构包括与第三关节旋转轴19配合的第三同步带轮11，第三同步带轮11与尾鳍12固定，第三同步带轮11通过第三同步带18连接第六同步带轮17，第六同步带轮17也与第二关节旋转轴9配合。第六同步带轮17位于第五同步带轮16与第二同步带轮8之间。

上述第二舵机模块4与第三舵机模块5并联，第一舵机模块1与并联布置的第二舵机模块4和第三舵机模块5串联。

本发明的具体工作过程如下：

如图2所示，第一舵机模块1的前端与航行体主体结构固定连接，第一舵机模块1后端的第一关节旋转轴2做往复摆动运动，从而带动第二关节旋转轴9以第一舵机模块1的第一关节旋转轴2为中心做往复摆动运动；第三关节旋转轴19在第一传动机构的驱动下以第二关节旋转轴9为中心做往复摆动运动；尾鳍12在第二、第三传动机构的驱动下以第三关节旋转轴19为中心做往复摆动运动。经过三级关节的传动，可有效增大尾鳍12的扫略体积，从而可以获得更高的推进力和推进效率；通过调整上述三个关节旋转轴的初始相位和最大转角，可灵活调整航行体尾段运动过程中的外形轮廓，从而达到更好的仿生效果；通过调整上述三个关节旋转轴的转动角速度和最大转角，可方便地调节推进力的大小，从而实现加速、减速运动。

如图2所示，第一舵机模块1前后两端中心线的连线构成鱼体中心线，第一关节旋转轴2的最大旋转角度与最小旋转角度之间形成摆角，当该摆角的中心线与鱼体中心线共线时，在第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构的驱动下尾鳍12做平移和摆动的组合运动，通过向后推动水体产生向前的作用力，该作用力的合力方向与鱼体中心线共线，从而推动与第一舵机模块1连接的潜航器主体结构向前运动，实现直线巡游状态。

如图3所示，当潜航器的主体结构在机动转向时，第一关节旋转轴2的摆角中心线与鱼体中心线形成夹角，在第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构的驱动下尾鳍12做平移和摆动的组合运动，通过向后推动水体产生向前的作用力，该作用力合力方向与鱼体中心线呈一定夹角，从而产生操纵力矩，驱动潜航器的主体结构做转向运动，实现机动转向状态。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。