一種仿生波動長鰭水下推進器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于仿生機器魚技術領域，涉及一種仿生波動長鰭水下推進器，尤其涉及一種模仿長刀魚游動方式的仿生波動長鰭水下推進器。
【背景技術】
[0002]近年來，自主水下航行器(AUVs)已被廣泛應用于海洋開發、海洋研宄、水下環境保護等領域。螺旋槳等傳統的水下推進器會在尾跡中會產生大量大帶寬的噪聲，導致一些水下生態系統遭到嚴重破壞，并且還具有效率低，機動性差等缺點。而魚類經過長時間的演化，進化出了各種高效、高機動的推進方式。模擬魚類推進方式，研發高性能、高機動性、對環境擾動小的智能仿生水下機器人引起了越來越多研宄人員的興趣。
[0003]根據魚類游動時身體產生推力部位的不同，可以將魚類游動模式分為身體/尾鰭模式(Body and/or Caudal Fin,BCF)和中央鰭 / 對鰭模式(Median and/or Paired Fin，MPF)，采用MPF模式游動的魚類通常依靠波動的長鰭產生推力來進行游動，相比BCF模式的魚類，它們在低速、復雜環境下往往具有更好的機動性和穩定性。
[0004]據現有文獻，最早進行仿MPF模式魚類實驗研宄的是英國赫瑞瓦特大學，他們于2001年設計了一種長鰭驅動裝置，其中包含8個并行排列的的鰭條，鰭條通過柔性薄膜形成一條長鰭，并通過氣動裝置驅動鰭條實現長鰭的波動，并可通過改變行波方向來改變推力方向，但由于氣動驅動器體積和慣性較大，難以投入實際應用。經過多年的研宄發展，國內外研宄人員逐漸研制出了多種MPF模式的仿生機器魚系統。在國外，美國西北大學在研宄電鰻游動機理的基礎上開發了一種長腹鰭波動推進裝置；新加坡南洋理工大學在深入研宄長鰭波動推進機理的基礎上，研制了相應的長鰭波動推進系統。在國內，國防科技大學率先開展了仿生波動長鰭推進器的研宄，并研制了多種仿生波動鰭推進實驗裝置。
[0005]上述長鰭推進裝置能實現前進、后退運動，但游動速度較慢，因結構限制，難以實現水下快速三維運動，且可擴展性不強，對研制新型水下推進器的指導作用有限。中科院自動化所曾模仿鰩魚研制了一種靠胸鰭波動推進的仿生機器魚，其能實現前進、后退、上升、下潛等多模態運動，但因為其長鰭上舵機和鰭條數量較少，鰭面上最多只能實現I個正弦波形的波動，機器魚所能進行的運動種類受到限制。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中存在的以上問題，基于模塊化思想，設計了一種即可在水中獨立地模擬刀魚進行快速穩定三維運動，又可安裝在水下機器平臺兩側模擬鰩魚運動的仿生波動長鰭水下推進器。
[0007]為實現上述目的，本發明一種仿生波動長鰭水下推進器，采取以下技術方案包括:上半筒、下半筒、密封圈、螺絲孔、氣門嘴芯、防水插頭、多個第一錐齒輪、多個鰭條、長鰭、控制電路板、多個第一舵機、多個壓條、第一軸承座、配重塊、絲桿、第二舵機、螺絲孔、電池組件，以及多路第一舵機動力輸出結構由一長軸、多個鰭條座、多個第二軸承座、多個軸套、多個聚四氟乙烯圈、多個格來圈、多個滾珠軸承、多個第二錐齒輪組成，其中:
[0008]由上半筒、下半筒組成圓筒形腔體；在上半筒與下半筒之間設置有密封圈，上半筒、下半筒和密封圈固定連接并壓緊構成一個密封腔體；在上半筒的外殼頂部設置有氣門嘴芯和防水插頭；長鰭設置于圓筒形腔體下部，長鰭上具有多根鰭條，所有鰭條等間距分布在長鰭的鰭面上，并每根鰭條的一端插入對應的鰭條座中固定，長鰭的鰭面與每根鰭條連接一體結構；在上半筒、下半筒的腔體內部結構含有控制電路板、多個第一舵機、多個壓條、第一軸承座、可調節配重塊、絲桿、第二舵機、多個螺絲孔、電池組件；在下半筒的后部設置有一第二舵機，第二舵機的輸出軸連接絲杠，絲桿中設置有配重塊，絲杠一端置于第一軸承座中，第二舵機帶動絲桿轉動，即可調節配重塊的位置，從而調節波動鰭推進器的重心和浮心相對位置，進而調節波動鰭推進器運動的俯仰角，有利于實現波動鰭推進器在水下的三維運動；在密封腔體內部安裝有控制電路板、多個第一舵機和電池組件，控制電路板放置于密封腔體前部凹槽中并固定連接，并控制電路板與多個第一舵機通過舵機線連接，多個第一舵機并排等間距放置于下半筒中并通過對應的螺絲孔用螺絲固定在下半筒中；電池組件放置于上半筒中；并電池組件與控制電路板連接，向控制電路板供電；多路第一舵機動力輸出結構中的每路第一舵機動力輸出結構由鰭條座、第二軸承座、軸套、聚四氟乙烯圈、格來圈、滾珠軸承、第二錐齒輪組成，其中每路第一舵機的動力輸出軸置于軸套的一端部中，每個聚四氟乙烯圈置于對應的格來圈中組合成一斯特封；每個軸套一端部依序置于斯特封、下半筒的外殼上的軸孔中，并軸套的另一端部延伸至圓筒形腔體外部，在圓筒形腔體、第二錐齒輪之間放置壓條，用于將圓筒形腔體、軸套和斯特封壓緊固定，防止每個第一舵機的動力輸出軸轉動過程中，水從下半筒的外殼上的軸孔滲入到圓筒形腔體內部；第二軸承座的中部具有圓形通孔，第二軸承座的端面上設置有對應的鰭條座，在每個鰭條座的中部設置有圓形通孔且與第二軸承座的圓形通孔同心；每個鰭條座通過第一舵機的花鍵與第一錐齒輪緊配合，第一錐齒輪與第二錐齒輪相互嚙合，一根長軸穿過每個第二軸承座的圓形通孔和每個鰭條座的圓形通孔，長軸用于保證所有的每個第二軸承座的圓形通孔和每個鰭條座的圓形通孔同心；軸套的中部設計有六角形臺階，軸套與對應的第二錐齒輪緊配合，用于帶動第二錐齒輪轉動；在第二錐齒輪的下端面設置有對應的第二軸承座，第二錐齒輪的下端面與對應的第二軸承座底部端面共面，用于限定第二錐齒輪位置，保證第二錐齒輪在平面內穩定旋轉；軸套位于圓筒形腔體外部的頂端設置成圓柱形軸，圓柱形軸伸至對應的第二軸承座底部的圓形孔中，在每個第二軸承座的底部圓形孔內設置有對應的滾珠軸承，用于支撐對應的軸套，保證對應的軸套旋轉時與電機輸出軸孔以及第二軸承座的底部孔同心而不會發生傾斜偏轉，同時減少軸套與第二軸承座之間的摩擦阻力。
[0009]本發明由于采用了以上技術方案，與現有水下推進器相比，具有以下優點:
[0010]1、本發明的仿生波動長鰭水下推進器主體呈圓筒形，且兩端呈半球形，可有效減小推進器在水下三維空間中游動的阻力，提高推進器的能量利用效率；
[0011]2、本發明的仿生波動長鰭水下推進器圓筒形腔體頂端設有防水電纜接頭，可增強機器魚充電、通訊連接的便利性，且不影響機器魚的密封性能；
[0012]3、本發明的仿生波動長鰭水下推進器的動力源全部安裝在推進器主體腔內，通過動力輸出軸和錐齒輪將舵機的轉動運動轉換為鰭條的擺動運動，進而驅動仿生波動長鰭水下推進器的長鰭運動；本發明采用數字舵機驅動方式，便于控制，各個數字舵機緊密排列，體積減少，重量減少，游速變快，速度可達半個體長/秒，從而解決現有技術氣動驅動器體積和慣性較大的技術問題。
[0013]4、本發明的仿生波動長鰭水下推進器在現有基礎上增加了舵機和鰭條數量，且各個鰭條相互獨立的，可對每一鰭條的運動進行單獨控制，長鰭上能實現多個正弦或更復雜波形，本發明解決了現有技術在鰭面上最多只能實現I個正弦波形的波動，機器魚所能進行的運動種類受到限制的技術問題，比現有技術具有更好的機動性和穩定性，且有利于進行更高層次的運動控制。
[0014]5、本發明的仿生波動長鰭水下推進器結構簡單、價格低廉、噪聲低、隱蔽性好、對環境影響小、穩定性尚、易于控制，且不易受水生植物纏繞，可為研制尚效、尚隱蔽性、尚穩定性的新型水下推進器提供關鍵技術基礎。
[0015]6、本發明的仿生波動長鰭水下推進器本身具有俯仰角調節模塊，且具有很強的擴展性，即可在水中獨立地模