一种仿生机器鱼胸鳍结构

1.本实用新型涉及水下仿生技术领域，尤其涉及一种仿生机器鱼胸鳍结构。


背景技术：

2.随着人们大力探测和开发海洋资源，相应的水下机械应用而生，水下环境的复杂多变使得诸多机械无法很好地实现自由探测，同时，传统水下机械噪声大，推进效率低，为解决这一难题，人们以仿生学原理为基础，研究出了各种仿生机械，不仅可以对水下资源和环境进行探测，同时又具备一定的军事应用价值。由于鱼类的运动机理和运动模态是最适合水下生存的，人们仿照鱼类的推进模式，逐渐研究出了不同驱动形式的仿生机器鱼。
3.现有技术中主要包括两种主要驱动形式：尾鳍驱动和胸鳍驱动，其中仿生胸鳍推进是模仿鲤鱼胸鳍运动模式的一种推进方式，具有推进效率高、低速机动性强等优势，可以实现水下的直游、转弯、上升和下潜动作。但现有技术中存在一些不足之处：采用舵机直接驱动，胸鳍摆动角度受限，模仿动作效果差，产生的驱动力较小，和胸鳍摆动不对称且不同步；目前所公开的仿生胸鳍运动装置实现两侧胸鳍同步摆动的成果，结构复杂且可实现任一侧与两侧胸鳍摆动的较少。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种仿生机器鱼胸鳍结构，能够解决现有装置中仿生胸鳍摆动角度精确控制和机构简单不能兼得的技术问题；
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供以下的技术方案：
6.本实用新型提供了一种仿生机器鱼胸鳍结构，
7.包括胸鳍、主电机、锥齿轮组、曲柄滑块机构、丝杆螺母机构，所述主电机设置在所述基座上，所述主电机的输出轴连接有第一锥齿轮，所述锥齿轮组设置为两组，两组所述锥齿轮组分别位于所述第一锥齿轮的左右两侧，所述主电机带动所述第一锥齿轮转动从而带动左右所述锥齿轮组同步转动，所述丝杆螺母机构设置在所述主电机的左右两侧，所述丝杆螺母机构与所述锥齿轮组通过滑块连接，所述曲柄滑块机构与所述锥齿轮组连接，所述胸鳍设置为两组，两组所述胸鳍位于所述基座的左右两侧，所述胸鳍通过转轴、不完全齿轮与所述曲柄滑块机构连接。
8.可选的，所述锥齿轮组包括第一锥齿轮组、第二锥齿轮组，所述第一锥齿轮组包括第二锥齿轮、第三锥齿轮、第一转轴、第一滑块，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮齿合连接，所述第二锥齿轮与所述第三锥齿轮均位于所述第一转轴的两端，所述第一滑块设置在所述第一转轴的侧壁上，所述第一转轴可转动设置在所述第一滑块上，所述主电机带动所述第一锥齿轮转动从而带动所述第二锥齿轮、第三锥齿轮、第一转轴同步转动；
9.所述第二锥齿轮组包括第四锥齿轮、第五锥齿轮、第二转轴、第二滑块，所述第四锥齿轮与所述第一锥齿轮齿合连接，所述第四锥齿轮与所述第五锥齿轮均位于所述第二转轴的两端，所述第二滑块设置在所述第二转轴的侧壁上，所述第二转轴可转动设置在所述
第二滑块上，所述主电机带动所述第一锥齿轮转动从而带动所述第四锥齿轮、第五锥齿轮、第二转轴同步转动。
10.可选的，所述丝杆螺母机构包括第一丝杆螺母机构、第二丝杆螺母机构，所述第一丝杆螺母机构包括第一丝杆、第一副电机，所述第一滑块设置在所述第一丝杆上，所述第一丝杆与所述第一副电机的输出轴连接，所述第一副电机的输出轴带动所述第一丝杆转动，从而带动所述第一滑块沿所述第一丝杆的侧壁前后往复滑动；
11.所述第二丝杆螺母机构包括第二丝杆、第二副电机，所述第二滑块设置在所述第二丝杆上，所述第二丝杆与所述第二副电机的输出轴连接，所述第二副电机的输出轴带动所述第二丝杆转动，从而带动所述第二滑块沿所述第二丝杆的侧壁前后往复滑动。
12.可选的，所述曲柄滑块机构包括第一曲柄滑块机构、第二曲柄滑块机构，所述第一曲柄滑块机构包括第三转轴、第一曲柄、第一连杆、第一齿条，所述第三转轴的侧壁上设置有第一齿轮，所述第一齿轮与所述第三锥齿轮齿合连接，所述第三转轴转动设置在所述基座上，所述第三转轴的上端设置有所述第一曲柄，所述第一曲柄连接有所述第一连杆，所述第一齿条与所述第一连杆连接，所述第一齿条连接有第一连接轴，所述第一齿条沿着所述第一连接轴的侧壁前后滑动，所述第三锥齿轮转动带动所述第一齿轮与所述第三转轴转动，从而带动所述第一曲柄转动，从而带动所述第一连杆与所述第一齿条沿着所述第一连接轴的侧壁前后往复滑动；
13.所述第二曲柄滑块机构包括第四转轴、第二曲柄、第二连杆、第二齿条，所述第四转轴的侧壁上设置有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第五锥齿轮齿合连接，所述第四转轴转动设置在所述基座上，所述第三转轴的上端设置有所述第二曲柄，所述第二曲柄连接有所述第二连杆，所述第二齿条与所述第二连杆连接，所述第二齿条连接有第二连接轴，所述第一齿条沿着所述第一连接轴的侧壁前后滑动，所述第五锥齿轮转动带动所述第二齿轮与所述第四转轴转动，从而带动所述第二曲柄转动，从而带动所述第二连杆与所述第二齿条沿着所述第二连接轴的侧壁前后往复滑动。
14.可选的，所述不完全齿轮包括第一不完全齿轮、第二不完全齿轮，所述第一不完全齿轮与所述第一齿条齿合连接，所述第二不完全齿轮与所述第二齿条齿合连接，所述第一不完全齿轮下端的转轴设置为第四转轴，所述第二不完全齿轮下端的转轴设置为第五转轴。
15.可选的，所述第四转轴与所述第二转轴均通过平面密封圈和轴承安装在所述基座上，所述密封圈用以进行防水处理。
16.本实用新型有益效果
17.本实用新型一方面可以为机器鱼提供动力，另一方使机器鱼适应瞬时转向的场合，应用本实用新型的技术方案，能够解决现有技术中电机频繁换向和仿生胸鳍摆动角度精确控制与机构简单不能兼得的技术问题，同时，本实用新型既能够使单侧胸鳍摆动，又可以使两侧胸鳍同时同步摆动，完成机器鱼的直游、转弯和上浮下潜动作，同时还能方便搭载更多的应用型传感器及其他机构,如重调心机构、复杂的双关节尾鳍机构、高蓄能电源等，实用性强，值得推广。
附图说明
18.图1为本实用新型结构示意图。
19.图2为本实用新型第二丝杆螺母机构示意图。
20.图3为本实用新型第二曲柄滑块机构示意图。
21.图4为本实用新型锥齿轮组示意图。
22.图5为不完全齿轮与胸鳍示意图。
23.附图标记说明：1-第一锥齿轮，2-第二锥齿轮，3-第一副电机，4-第三锥齿轮，5-第一连杆，6-第一齿条，7-第一不完全齿，8-第一连接轴，9-第五转轴，10-密封圈，11-轴承，12-第一曲柄，13-第一齿轮，14-第一直轴，15-第三转轴，16-第一胸鳍，17-第一滑块，18-第一丝杆，19-第二丝杆，20-基座，21-第二滑块，22-第二胸鳍，23-第四转轴，24-第二直轴，25-第二齿轮，26-第五锥齿轮，27-第二曲柄，28-第六转轴，29-第二不完全齿，30-第二连接轴，31-第二齿条，32-第二连杆，33-第二副电机，34-第四锥齿轮，35-主电机
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型的实施例中的附图，对本实用新型的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.实施例
26.如图1-图5所示，本实用新型提供了一种仿生机器鱼胸鳍结构，
27.包括胸鳍、主电机35、锥齿轮组、曲柄滑块机构、丝杆螺母机构，所述主电机35设置在所述基座20上，所述主电机35的输出轴连接有第一锥齿轮1，所述锥齿轮组设置为两组，两组所述锥齿轮组分别位于所述第一锥齿轮1的左右两侧，所述主电机35带动所述第一锥齿轮1转动从而带动左右所述锥齿轮组同步转动，所述丝杆螺母机构设置在所述主电机35的左右两侧，所述丝杆螺母机构与所述锥齿轮组通过滑块连接，所述曲柄滑块机构与所述锥齿轮组连接，所述胸鳍设置为两组，两组所述胸鳍位于所述基座20的左右两侧，所述胸鳍通过转轴、不完全齿轮与所述曲柄滑块机构连接；
28.所述锥齿轮组包括第一锥齿轮组、第二锥齿轮组，所述第一锥齿轮组包括第二锥齿轮2、第三锥齿轮4、第一转轴、第一滑块17，所述第二锥齿轮2与所述第一锥齿轮1齿合连接，所述第二锥齿轮2与所述第三锥齿轮4均位于所述第一转轴的两端，所述第一滑块17设置在所述第一转轴的侧壁上，所述第一转轴可转动设置在所述第一滑块17上，所述主电机35带动所述第一锥齿轮1转动从而带动所述第二锥齿轮2、第三锥齿轮4、第一转轴同步转动；
29.所述第二锥齿轮组包括第四锥齿轮34、第五锥齿轮26、第二转轴、第二滑块21，所述第四锥齿轮34与所述第一锥齿轮1齿合连接，所述第四锥齿轮34与所述第五锥齿轮26均位于所述第二转轴的两端，所述第二滑块21设置在所述第二转轴的侧壁上，所述第二转轴可转动设置在所述第二滑块21上，所述主电机35带动所述第一锥齿轮1转动从而带动所述第四锥齿轮34、第五锥齿轮26、第二转轴同步转动；
30.所述丝杆螺母机构包括第一丝杆螺母机构、第二丝杆螺母机构，所述第一丝杆螺
母机构包括第一丝杆18、第一副电机3，所述第一滑块17设置在所述第一丝杆18上，所述第一丝杆18与所述第一副电机3的输出轴连接，所述第一副电机3的输出轴带动所述第一丝杆18转动，从而带动所述第一滑块17沿所述第一丝杆18的侧壁前后往复滑动，为便于第一滑块17前后滑动的稳定性，所述第一滑块17上还设置有第一直轴14，所述第一直轴与所述第一丝杆18平行设置；
31.所述第二丝杆螺母机构包括第二丝杆19、第二副电机33，所述第二滑块21设置在所述第二丝杆19上，所述第二丝杆19与所述第二副电机33的输出轴连接，所述第二副电机33的输出轴带动所述第二丝杆19转动，从而带动所述第二滑块21沿所述第二丝杆19的侧壁前后往复滑动，为便于第二滑块21前后滑动的稳定性，所述第二滑块21上还设置有第二直轴24，所述第二直轴与所述第二丝杆19平行设置；
32.所述曲柄滑块机构包括第一曲柄滑块机构、第二曲柄滑块机构，所述第一曲柄滑块机构包括第三转轴15、第一曲柄12、第一连杆5、第一齿条6，所述第二转轴的侧壁上设置有第一齿轮13，所述第一齿轮13与所述第三锥齿轮4齿合连接，所述第三转轴15转动设置在所述基座20上，所述第三转轴15的上端设置有所述第一曲柄12，所述第一曲柄12连接有所述第一连杆5，所述第一齿条6与所述第一连杆5连接，所述第一齿条6连接有第一连接轴8，所述第一齿条6沿着所述第一连接轴8的侧壁前后滑动，所述第三锥齿轮4转动带动所述第一齿轮13与所述第三转轴15转动，从而带动所述第一曲柄12转动，从而带动所述第一连杆5与所述第一齿条6沿着所述第一连接轴8的侧壁前后往复滑动；
33.所述第二曲柄滑块机构包括第四转轴23、第二曲柄27、第二连杆32、第二齿条31，所述第四转轴23的侧壁上设置有第二齿轮25，所述第二齿轮25与所述第五锥齿轮26齿合连接，所述第四转轴23转动设置在所述基座20上，所述第四转轴23的上端设置有所述第二曲柄27，所述第二曲柄27连接有所述第二连杆32，所述第二齿条31与所述第二连杆32连接，所述第二齿条31连接有第二连接轴，所述第一齿条6沿着所述第一连接轴8的侧壁前后滑动，所述第五锥齿轮26转动带动所述第二齿轮25与所述第四转轴23转动，从而带动所述第二曲柄27转动，从而带动所述第二连杆32与所述第二齿条31沿着所述第二连接轴的侧壁前后往复滑动；
34.所述不完全齿轮包括第一不完全齿轮7、第二不完全齿轮29，所述第一不完全齿轮7与所述第一齿条6齿合连接，所述第二不完全齿轮29与所述第二齿条31齿合连接，所述第一不完全齿轮7下端的转轴设置为第五转轴9，所述第二不完全齿轮29下端的转轴设置为第六转轴28；
35.本实用新型在使用过程中，首先打开主电机35开关，主电机35的输出轴带动第一锥齿轮1转动从而分别带动第二锥齿轮2、第三锥齿轮4、第一转轴同步转动与第四锥齿轮34、第五锥齿轮26、第二转轴同步转动，第三锥齿轮4转动带动第一齿轮13与所述第三转轴15转动，从而带动第一曲柄12转动，从而带动第一连杆5与所述第一齿条6沿着所述第一连接轴8的侧壁前后往复滑动，第五锥齿轮26转动带动所述第二齿轮25与所述第四转轴23转动，从而带动所述第二曲柄27转动，从而带动所述第二连杆32与所述第二齿条31沿着所述第二连接轴的侧壁前后往复滑动，第一齿条6带动第一不完全齿轮7、第五转轴9转动从而带动第一胸鳍16上下摆动，第二齿条31带动第二不完全齿轮29、第六转轴28转动从而带动第二胸鳍22上下摆动，第一齿条6、第二齿条31的运动具有急回特性，使得第一胸鳍16、第二胸
鳍22的摆动动作有力且相似，最终实现两侧胸鳍同步摆动，为机器鱼直游、上升和下潜提供动力，并且通过第一副电机3与第一丝杆18的设置控制第一锥齿轮组的啮合情况，实现一侧胸鳍停止摆动，另一侧则继续摆动，最终，机器鱼能够转弯，同时适应瞬时转向的场合；
36.本实用新型一方面可以为机器鱼提供动力，另一方使机器鱼适应瞬时转向的场合，应用本实用新型的技术方案，能够解决现有技术中电机频繁换向和仿生胸鳍摆动角度精确控制与机构简单不能兼得的技术问题，同时，本实用新型既能够使单侧胸鳍摆动，又可以使两侧胸鳍同时同步摆动，完成机器鱼的直游、转弯和上浮下潜动作，同时还能方便搭载更多的应用型传感器及其他机构,如重调心机构、复杂的双关节尾鳍机构、高蓄能电源等，实用性强，值得推广；
37.所述第五转轴9与所述第六转轴28均通过平面密封圈10和轴承11安装在所述基座20上，所述密封圈10用以进行防水处理。
38.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种仿生机器鱼胸鳍结构，其特征在于，包括胸鳍、主电机、锥齿轮组、曲柄滑块机构、基座、丝杆螺母机构，所述主电机设置在所述基座上，所述主电机的输出轴连接有第一锥齿轮，所述锥齿轮组设置为两组，两组所述锥齿轮组分别位于所述第一锥齿轮的左右两侧，所述主电机带动所述第一锥齿轮转动从而带动左右所述锥齿轮组同步转动，所述丝杆螺母机构设置在所述主电机的左右两侧，所述丝杆螺母机构与所述锥齿轮组通过滑块连接，所述曲柄滑块机构与所述锥齿轮组连接，所述胸鳍设置为两组，两组所述胸鳍位于所述基座的左右两侧，所述胸鳍通过转轴、不完全齿轮与所述曲柄滑块机构连接。2.根据权利要求1所述的一种仿生机器鱼胸鳍结构，其特征在于，所述锥齿轮组包括第一锥齿轮组、第二锥齿轮组，所述第一锥齿轮组包括第二锥齿轮、第三锥齿轮、第一转轴、第一滑块，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮齿合连接，所述第二锥齿轮与所述第三锥齿轮均位于所述第一转轴的两端，所述第一滑块设置在所述第一转轴的侧壁上，所述第一转轴可转动设置在所述第一滑块上，所述主电机带动所述第一锥齿轮转动从而带动所述第二锥齿轮、第三锥齿轮、第一转轴同步转动；所述第二锥齿轮组包括第四锥齿轮、第五锥齿轮、第二转轴、第二滑块，所述第四锥齿轮与所述第一锥齿轮齿合连接，所述第四锥齿轮与所述第五锥齿轮均位于所述第二转轴的两端，所述第二滑块设置在所述第二转轴的侧壁上，所述第二转轴可转动设置在所述第二滑块上，所述主电机带动所述第一锥齿轮转动从而带动所述第四锥齿轮、第五锥齿轮、第二转轴同步转动。3.根据权利要求2所述的一种仿生机器鱼胸鳍结构，其特征在于，所述丝杆螺母机构包括第一丝杆螺母机构、第二丝杆螺母机构，所述第一丝杆螺母机构包括第一丝杆、第一副电机，所述第一滑块设置在所述第一丝杆上，所述第一丝杆与所述第一副电机的输出轴连接，所述第一副电机的输出轴带动所述第一丝杆转动，从而带动所述第一滑块沿所述第一丝杆的侧壁前后往复滑动；所述第二丝杆螺母机构包括第二丝杆、第二副电机，所述第二滑块设置在所述第二丝杆上，所述第二丝杆与所述第二副电机的输出轴连接，所述第二副电机的输出轴带动所述第二丝杆转动，从而带动所述第二滑块沿所述第二丝杆的侧壁前后往复滑动。4.根据权利要求3所述的一种仿生机器鱼胸鳍结构，其特征在于，所述曲柄滑块机构包括第一曲柄滑块机构、第二曲柄滑块机构，所述第一曲柄滑块机构包括第三转轴、第一曲柄、第一连杆、第一齿条，所述第三转轴的侧壁上设置有第一齿轮，所述第一齿轮与所述第三锥齿轮齿合连接，所述第三转轴转动设置在所述基座上，所述第三转轴的上端设置有所述第一曲柄，所述第一曲柄连接有所述第一连杆，所述第一齿条与所述第一连杆连接，所述第一齿条连接有第一连接轴，所述第一齿条沿着所述第一连接轴的侧壁前后滑动，所述第三锥齿轮转动带动所述第一齿轮与所述第三转轴转动，从而带动所述第一曲柄转动，从而带动所述第一连杆与所述第一齿条沿着所述第一连接轴的侧壁前后往复滑动；所述第二曲柄滑块机构包括第四转轴、第二曲柄、第二连杆、第二齿条，所述第四转轴的侧壁上设置有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第五锥齿轮齿合连接，所述第三转轴转动设置在所述基座上，所述第四转轴的上端设置有所述第二曲柄，所述第二曲柄连接有所述
第二连杆，所述第二齿条与所述第二连杆连接，所述第二齿条连接有第二连接轴，所述第一齿条沿着所述第一连接轴的侧壁前后滑动，所述第五锥齿轮转动带动所述第二齿轮与所述第四转轴转动，从而带动所述第二曲柄转动，从而带动所述第二连杆与所述第二齿条沿着所述第二连接轴的侧壁前后往复滑动。5.根据权利要求4所述的一种仿生机器鱼胸鳍结构，其特征在于，所述不完全齿轮包括第一不完全齿轮、第二不完全齿轮，所述第一不完全齿轮与所述第一齿条齿合连接，所述第二不完全齿轮与所述第二齿条齿合连接，所述第一不完全齿轮下端的转轴设置为第四转轴，所述第二不完全齿轮下端的转轴设置为第五转轴。6.根据权利要求4所述的一种仿生机器鱼胸鳍结构，其特征在于，所述第四转轴与所述第二转轴均通过平面密封圈和轴承安装在所述基座上，所述密封圈用以进行防水处理。

技术总结
本实用新型公开了一种仿生机器鱼胸鳍结构，包括胸鳍、主电机、锥齿轮组、曲柄滑块机构、丝杆螺母机构，所述主电机的输出轴连接有第一锥齿轮，所述锥齿轮组设置为两组，所述丝杆螺母机构设置在所述主电机的左右两侧，所述丝杆螺母机构与所述锥齿轮组通过滑块连接，所述曲柄滑块机构与所述锥齿轮组连接，所述胸鳍设置为两组，两组所述胸鳍位于所述基座的左右两侧，所述胸鳍通过转轴、不完全齿轮与所述曲柄滑块机构连接。本实用新型一方面可以为机器鱼提供动力，另一方使机器鱼适应瞬时转向的场合，应用本实用新型的技术方案，能够解决现有技术中电机频繁换向和仿生胸鳍摆动角度精确控制与机构简单不能兼得的技术问题。控制与机构简单不能兼得的技术问题。控制与机构简单不能兼得的技术问题。


技术研发人员：金梓缘 张航崎 刘豪 沈常丰 李小兵
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：2022.07.29
技术公布日：2023/6/28