(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 可 (10)申请公布号CN105711785A (43)申请公布日2016.06.29 (21)申请号201610231557.5 (22)申请日2016.04.14 (71)申请人山东大学 地址250061山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人刘延俊薛钢刘科显张募群 丁洪鹏张健张伟丁梁锋 (74)专利代理机构济南金迪知识产权代理有限 公司37219 代理人王绪银 (51)nt.Cl. B63H1/362006.01) B63H23/02(2006.01) 权利要求书1页说明书4页附图3页 (54)发明名称 一种流速自适应仿鱼水下推进器 (57)摘要 本发明属于仿生机械设计领域，具体涉及一 种流速自适应仿鱼水下推进器。包括壳体、电池 组、控制模块、尾部和驱动装置，驱动装置包括电 机、电机安装板、基座、支撑块、尾部连接杆、导 轨、轨滑块、主动轮、从动轮和传动杆：其特征是 还包括流速传感器、舵机、丝杠、拨动杆、拨叉和 传动轮。工作时，通过流速传感器检测仿鱼水下 推进器周围的水流速度，并通过导线将流速数据 传送给控制模块，控制模块根据流速数据控制舵 机转动，使尾部连接杆的摆动幅度和摆动频率同 时发生变化。本发明能够减小仿鱼水下推进器在 高流速下受到的阻力，保持推进力基本不变，实 一现了对流速变化的自适应，提高了仿鱼水下推进 器的环境适应 石
CN105711785A 权利要求书 1/1页 1.一种流速自适应仿鱼水下推进器，包括壳体(1)、电池组(2)、控制模块(5)、尾部(6) 和驱动装置(7)，驱动装置(7)包括电机(8)、电机安装板(10)、基座(11)、支撑块基座(17)、 支撑块(18)、尾部连接杆(19)、连接块(21)、圆柱导轨座(22)、圆柱导轨滑块(23)、圆柱导轨 (25)、圆柱导轨滑块固定座(26)、定导轨(27)、定导轨滑块(37)、导轨连接块(28)、动导轨 (29)、动导轨滑块(38)、主动轮(35)、从动轮(30)和传动杆(41)：其特征是还包括流速传感 器(4)、舵机(12)、联轴器(13)、丝杠(14)、拨动杆(15)、拨叉(32)、传动轮(33)和传动轮轴 (34):电池组(2)、流速传感器(4)、控制模块(5)和驱动装置(7)固定在壳体(1)上，通过导线 进行连接，尾部(6)与尾部连接杆(19)固定连接，电机安装板(10)和基座(11)固定在壳体 (1)上，电机(8)与电机安装板(10)固定连接，舵机(12)与基座(11)固定连接，丝杠(14)通过 联轴器(13)与舵机(12)固定连接，支撑块基座(17)与丝杠(14)转动连接，支撑块(18)与支 撑块基座(17)固定连接，尾部连接杆(19)与支撑块(18)转动连接，连接块(21)与尾部连接 杆(19)固定连接，圆柱导轨座(22)与连接块(21)固定连接，圆柱导轨(25)与圆柱导轨座 (22)固定连接，圆柱导轨滑块(23)与圆柱导轨(25)滑动连接，圆柱导轨滑块固定座(26)与 圆柱导轨滑块(23)转动连接，导轨连接块(28)与圆柱导轨滑块固定座(26)固定连接，定导 轨(27)与基座(11)固定连接，动导轨(29)与导轨连接块(28)固定连接，从动轮(30)与传动 杆(41)固定连接，拨叉(32)与传动轮(33)转动连接，拨叉(32)与拨动杆(15)固定连接，传动 轮(33)与传动轮轴(34)滑动连接，传动轮轴(34)一端与电机安装板(10)转动连接，另一端 与基座(11)转动连接，主动轮(35)与电机(8)固定连接，拨动杆(15)与支撑块基座(17)固定 连接，定导轨滑块(37)与导轨连接块(28)固定连接，定导轨(27)与定导轨滑块(37)滑动连 接，动导轨滑块(38)与动导轨(29)滑动连接，传动杆(41)与动导轨滑块(38)和基座(11)转 动连接：电池组(2)通过导线为流速传感器(4)、控制模块(5)和驱动装置(7)供电，控制模块 (5)获取流速传感器(4)的信号，并对舵机(12)的运动状态进行控制。 2.根据权利要求1所述的一种流速自适应仿鱼水下推进器，其特征是主动轮(35)和从 动轮(30)均为圆锥型滚轮，传动轮(33)为圆柱型滚轮。 3.根据权利要求1所述的一种流速自适应仿鱼水下推进器，其特征是定导轨(27)和动 导轨(29)均为滚珠直线方导轨。 2
CN105711785A 说明书 1/4页 一种流速自适应仿鱼水下推进器 技术领域 [0001] 本发明属于仿生机械设计领域，具体涉及一种流速自适应仿鱼水下推进器。 背景技术 [0002]水下推进器在海洋资源探测、海洋装备检修等方面应用广泛，随着海洋活动的增 加，对水下推进器性能的要求也越来越高。仿生设计是一种重要的机械结构设计方法，能够 大幅提高水下推进器的性能。目前主要针对鱼类游动方式进行仿生设计，对水下推进器进 行优化。专利号为ZL201420269673.2的实用新型专利提出了一种机器鱼，包括鱼头、鱼体、 鱼尾及若干舵机，专利号为ZL201520551322.5的实用新型专利提出了一种水下高仿真机器 鱼机构与系统，包括鱼体、控制箱、动力机构和摆尾机构，这两项专利均是模仿鱼类外形设 计的鱼形水下推进器，具有良好的水动力性能，但对推进性能的优化较少。 [0003]推进机构的设计是仿鱼水下推进器设计的关键，申请号为201410392357.9的发明 专利公布了单关节机器鱼及水下推进平台，包括外壳、仿生推进机构、动力能源模块、控制 通讯模块和姿态调节模块，专利号为ZL201420256206.6的实用新型专利提出了一种机器 鱼尾鳍驱动装置及仿真机器鱼，包括连接支架、尾摆支架、电磁线圈和电磁铁，这两项专利 均采用仿生的方式对推进机构进行了设计，实现了良好的推进性能，但水流速度连续变化 时，推进器性能下降较大，仿鱼水下推进器的环境适应性较差。 发明内容 [0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种流速自适应仿鱼水下推进 器，解决在水流速度变化的环境中，水下推进器推进力不稳定的问题，提高水下推进器对环 境的适应性。 [0005]本发明采用以下技术方案： [0006]一种流速自适应仿鱼水下推进器，包括壳体、电池组、控制模块、尾部和驱动装置， 驱动装置包括电机、电机安装板、基座、支撑块基座、支撑块、尾部连接杆、连接块、圆柱导轨 座、圆柱导轨滑块、圆柱导轨、圆柱导轨滑块固定座、定导轨、定导轨滑块、导轨连接块、动导 轨、动导轨滑块、主动轮、从动轮和传动杆：其特征是还包括流速传感器、舵机、联轴器、丝 杠、拨动杆、拨叉、传动轮和传动轮轴：电池组、流速传感器、控制模块和驱动装置固定在壳 体上，通过导线进行连接，尾部与尾部连接杆固定连接，电机安装板和基座固定在壳体上， 电机与电机安装板固定连接，舵机与基座固定连接，丝杠通过联轴器与舵机固定连接，支撑 块基座与丝杠转动连接，支撑块与支撑块基座固定连接，尾部连接杆与支撑块转动连接，连 接块与尾部连接杆固定连接，圆柱导轨座与连接块固定连接，圆柱导轨与圆柱导轨座固定 连接，圆柱导轨滑块与圆柱导轨滑动连接，圆柱导轨滑块固定座与圆柱导轨滑块转动连接， 导轨连接块与圆柱导轨滑块固定座固定连接，定导轨与基座固定连接，动导轨与导轨连接 块固定连接，从动轮与传动杆固定连接，拨叉与传动轮转动连接，拨叉与拨动杆固定连接， 传动轮与传动轮轴滑动连接，传动轮轴一端与电机安装板转动连接，另一端与基座转动连 3
CN105711785A 说明书 2/4页 接，主动轮与电机固定连接，拨动杆与支撑块基座固定连接，定导轨滑块与导轨连接块固定 连接，定导轨与定导轨滑块滑动连接，动导轨滑块与动导轨滑动连接，传动杆与动导轨滑块 和基座转动连接：电池组通过导线为流速传感器、控制模块和驱动装置供电，控制模块获取 流速传感器的信号，并对舵机的运动状态进行控制。 [0007]上述一种流速自适应仿鱼水下推进器，其特征是主动轮和从动轮均为圆锥型滚 轮，传动轮为圆柱型滚轮。 [0008]上述一种流速自适应仿鱼水下推进器，其特征是定导轨和动导轨均为滚珠直线方 导轨。 [0009]工作时，通过流速传感器检测仿鱼水下推进器周围的水流速度，并通过导线将流 速数据传送给控制模块，控制模块根据流速数据控制舵机转动：当水流速度较大时，舵机带 动丝杠转动，使支撑块基座向远离主动轮的方向移动，从而减小了尾部连接杆的摆动幅度， 支撑块基座带动拨动杆和拨叉移动，进而推动传动轮移动，使主动轮与从动轮的传动比降 低，从而增大了尾部连接杆的摆动频率：当水流速度较小时，舵机带动丝杠转动，使支撑块 基座向靠近主动轮的方向移动，从而增大了尾部连接杆的摆动幅度，支撑块基座带动拨动 杆和拨叉移动，进而推动传动轮移动，使主动轮与从动轮的传动比增大，从而减小了尾部连 接杆的摆动频率。 [0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0011]通过控制舵机的转动，实现仿鱼水下推进器推进性能的变化，从而避免了对主电 机动力性能的调整，延长了成本较高的主电机的使用寿命；当水流速度较大时，能够自动减 小尾部的摆动幅度，增大摆动频率，从而减小了仿鱼水下推进器在高流速下受到的阻力，而 推进力基本保持不变，实现了对流速变化的自适应，提高了仿鱼水下推进器的环境适应性 能。 附图说明 [0012]图1为本发明的主体结构示意图 [0013] 图2为本发明的驱动装置外观示意图。 [0014] 图3为本发明的驱动装置结构示意图。 [0015] 图4为本发明的驱动装置机构简图。 [0016] 图5为本发明实施例二的驱动装置结构示意图。 [0017] 图6为本发明实施例三的驱动装置结构示意图。 [0018]图中，1-壳体，2-电池组，3-导线，4-流速传感器，5-控制模块，6-尾部，7-驱动装 置，8-电机，9-螺钉，10-电机安装板，11-基座，12-舵机，13-联轴器，14-丝杠，15-拨动杆， 16-拨动杆固定块，17-支撑块基座，18-支撑块，19-尾部连接杆，20-转动轴，21-连接块，22 圆柱导轨座，23-圆柱导轨滑块，24-销轴，25-圆柱导轨，26-圆柱导轨滑块固定座，27-定导 轨，28-导轨连接块，29-动导轨，30-从动轮，31-从动轮支撑轴，32-拨义，33-传动轮，34-传 动轮轴，35-主动轮，36-主动轮支撑轴，37-定导轨滑块，38-动导轨滑块，39-卡簧，40-传动 杆固定块，41-传动杆，42-圆柱轮调整丝杠，43-摇杆，44-摆动点调整丝杠，45-连杆，46-滑 块，47-从动圆锥轮，48-圆柱轮，49-主动圆锥轮，50-偏心轴，51-轮盘，52-丝杠座，53-直线 电机
CN105711785A 说明书 3/4页 具体实施方式 [0019] 下面结合附图给出本发明三个最佳实施例。 [0020] 实施例 [0021] 如图1所示，电池组2、流速传感器4、控制模块5和驱动装置7固定在壳体1上，通过 导线3进行连接。 [0022]如图2所示，尾部7通过螺钉9与尾部连接杆19连接，电机安装板10和基座11固定在 壳体1上，电机8通过螺钉9与电机安装板10连接，舵机12通过螺钉9与基座11连接，丝杠14通 过联轴器13与舵机12连接，支撑块基座17与丝杠14转动连接，支撑块18通过螺钉9与支撑块 基座17连接，尾部连接杆19通过转动轴20与支撑块18连接，连接块21通过螺钉9与尾部连接 杆19连接，圆柱导轨座22通过螺钉9与连接块21连接，圆柱导轨25与圆柱导轨座22固定连 接，圆柱导轨滑块23与圆柱导轨25滑动连接，圆柱导轨滑块固定座26通过销轴24与圆柱导 轨滑块23连接，导轨连接块28通过螺钉9与圆柱导轨滑块固定座26连接，定导轨27通过螺钉 9与基座11固定连接，动导轨29与导轨连接块28固定连接，定导轨27和动导轨29均为滚珠直 线方导轨。 [0023]如图3所示，从动轮支撑轴31与电机安装板10转动连接，从动轮30与从动轮支撑轴 31和传动杆41固定连接，拨叉32与传动轮33转动连接，拨叉32与拨动杆15固定连接，传动轮 33与传动轮轴34滑动连接，传动轮轴34一端与电机安装板10转动连接，另一端与基座11转 动连接，主动轮35与主动轮支撑轴36和电机8固定连接，主动轮35和从动轮30均为圆锥型滚 轮，传动轮33为圆柱型滚轮，拨动杆固定块16通过螺钉9与支撑块基座17连接，定导轨滑块 37通过螺钉9与导轨连接块28连接，定导轨27与定导轨滑块37滑动连接，动导轨滑块38与动 导轨29滑动连接，定导轨27和动导轨29均为滚柱直线方导轨，传动杆固定块40通过螺钉9与 动导轨滑块38固定连接，传动杆41与传动杆固定块40转动连接，并通过卡簧39限位，传动杆 41与基座11转动连接。 [0024]如图4所示，主动圆锥轮49通过圆柱轮48带动从动圆锥轮47转动，进而使滑块46在 平面内做圆周运动，滑块46、连杆45和摇杆43组成摇杆滑块机构，圆柱轮调整丝杠42能够改 变圆柱轮48的位置，摆动点调整丝杠44能够改变摇杆43转动中心的位置。 [0025]通过流速传感器4检测仿鱼水下推进器周围的水流速度，并通过导线3将流速数据 传送给控制模块5，控制模块5根据流速数据控制舵机12转动。 [0026] 当水流速度较大时，舵机12带动丝杠14转动，使支撑块基座17向远离主动轮35的 方向移动，从而减小了尾部连接杆19的摆动幅度，支撑块基座17带动拨动杆15和拨叉32移 动，进而推动传动轮33移动，使主动轮35与从动轮30的传动比降低，从而增大了尾部连接杆 19的摆动频率。 [0027]当水流速度较小时，舵机12带动丝杠14转动，使支撑块基座17向靠近主动轮35的 方向移动，从而增大了尾部连接杆19的摆动幅度，支撑块基座17带动拨动杆15和拨叉32移 动，进而推动传动轮33移动，使主动轮35与从动轮30的传动比增大，从而减小了尾部连接杆 19的摆动频率。 [0028]实施例二 [0029] 如图5所示，轮盘51与传动杆41固定连接，偏心轴50与轮盘51固定连接，传动杆固 5
CN105711785A 说明书 4/4页 定块40与偏心轴50转动连接，并通过卡簧39限位。其他同实施例一。 [0030]实施例三 [0031]如图6所示，丝杠座52通过螺钉9与基座11固定连接，丝杠14与丝杠座52固定连接， 直线电机53与丝杠14转动连接，支撑块基座17通过螺钉9与直线电机53固定连接。其他同实 施例一。 6
CN105711785A 说明书附图 1/3页 6 2 5 3 4 图1 28219222324252892 289.29 8 9 10 9 19 图2
CN105711785A 说明书附图 2/3页 2728929383940941 30 31 32 33 @@ 34 ⑧ 69 2912136、35、10 8 图3 42 43 47 45 图4 40393950 51 @可 变⑨ 图5 8
CN105711785A 说明书附图 3/3页 ⑨⑨ 19 图6 9
