CN102556311B - 液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器 - Google Patents

Abstract

一种液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器，它包括两组完全相同的鱼身油缸组装体、两组完全相同的骨架组装体、船体、柔性尾鳍、及两个完全相同的转换动力的折叠式可伸缩油缸，所述鱼身油缸组装体和转换动力的油缸左右对称，在船体的两侧用螺钉固定连接，形成两个首尾完全贯通又完全独立的密封油腔，通过加装链连接的骨架组装体上下约束，油腔内填好液体，用任何能够产生两个直线交替往复运动，并能够满足负载需求的动力交替挤压和拉伸两个转换动力的油缸，本发明可模仿水下生物尾鳍波动运动产生推动力，通过改变动力输出的大小和快慢，就能控制该装置的负载和波动幅度。通过改变动力的做功中性点的彼此相互位置，就可以实现转弯控制。

Description

液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器

技术领域

本发明主要涉及到仿生水下推动器的设计领域，特指一种液压容积差形变仿生波动鳍动力转换器。

背景技术

目前，国内外一些科研机构展开关于水下生物，如“鲨鱼”等鱼的柔性长鳍波动运动的研究，并研制出模拟该波动运动的试验装置，进行了此类装置的水下推进试验，证实波动运动具有明显的低扰动特性。但这些试验装置存在一些缺陷，如虽为模拟柔性运动，其实很多地方采用了刚性机构，结构复杂，控制繁琐，制造难度和生产成本都非常大，很难走出实验室进入实际应用。

发明内容

本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种结构简单紧凑、原理简单、在两个交替直线往复运动的外力下，可模拟水下生物柔性尾鳍的波动运动、通过改变外力运动的快慢和距离的长短来控制波动频率及波动幅度，并通过变化交替运动外力的相对位置就可实现转弯的液压容积差形变仿生波动鳍动力转换器。

为了解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器，其特征在于：它包括两组完全相同的鱼身油缸组装体、两组完全相同的骨架组装体、船体、柔性尾鳍、及两个完全相同的转换动力的折叠式可伸缩的油缸，所述两组鱼身油缸组装体左右对称，头部与船体外侧固定连接，尾部与柔性尾鳍固定连接，所述两组骨架组装体上下对称，头部与船体外侧链接，尾部与柔性尾鳍链接，所述鱼身油缸组装体由一个以上单节折叠式可伸缩的油缸首尾相连组成，所述骨架组装体由一个以上单节骨架链接而成，所述两组骨架组装体的单节骨架与两组鱼身油缸组装体的单节折叠式可伸缩的油缸固定连接，所述两个转换动力的折叠式可伸缩的油缸左右对称与船体内侧固定连接，所述两个转换动力的折叠式可伸缩的油缸包括转换动力的折叠式可伸缩的油缸、密封油塞，所述两个转换动力的折叠式可伸缩的油缸和两组鱼身油缸组装体通过与船体的固定连接，形成两个首尾完全贯通又完全独立的密封油腔。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明研制了一种可以模拟水下生物柔性尾鳍的波动运动的装置，该装置可以将水下和水上航行器的动力输出转化为柔性尾鳍的波动运动的推动力或操控力矩，该装置结构紧凑，控制简单，密封性能好，具有很强的移植性。(2)本发明可以把任何能够产生两个直线交替往复运动，并能够满足负载需求的动力，都能通过该装置转换成柔性尾鳍的波动运动的推动力或操控力矩，具有无噪音、响应速度快、动作柔性好的特点。(3)本发明可以通过改变动力输出的大小和快慢，就可实现控制整个装置的负载和波动幅度。(4)本发明通过改变两个动力输出做功中性点的前后彼此相对位置，就可实现控制该装置在水中的转弯，(5)该装置只要通过改变两个直线交替往复运动动力的做功中性点的彼此相互位置，就可以实现转弯控制。

附图说明

图1是本发明液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器的结构示意图；

图2是本发明装置的总体***装配示意图；

图3是本发明装置中的鱼身油缸组装体的装配***分解示意图；

图4是本发明装置中的鱼身油缸组装体示意图；

图5是本发明装置中的骨架组装体的装配***分解示意图；

图6是本发明装置中的骨架组装体示意图；

图7是本发明装置中的转换动力的折叠式可伸缩油缸全剖面示意图；

图8是本发明装置中的单节折叠式可伸缩油缸的全剖面示意图；

图例说明：

1、船体                        2、转换动力的折叠式可伸缩的油缸

3、油塞                        4、鱼身油缸组装体

5、骨架组装体                  6、柔性尾鳍

7、第一单节折叠式可伸缩的油缸  8、第二单节折叠式可伸缩的油缸

9、第三单节折叠式可伸缩的油缸  10、第四单节折叠式可伸缩的油缸

11、末节折叠式可伸缩的油缸     12、第一单节骨架

13、第二单节骨架               14、第三单节骨架

15、第四单节骨架               16、末节单节骨架

17、销轴

具体实施方式

以下将结合附图和具体实例对本发明做进一步详细说明。

如图2所示，本发明的液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器，它包括两组完全相同的鱼身油缸组装体4、两组完全相同的骨架组装体5、船体1、柔性尾鳍6、及两个完全相同的转换动力的折叠式可伸缩的油缸2，所述两组鱼身油缸组装体4左右对称，头部与船体1外侧用螺钉固定连接，尾部与柔性尾鳍6用螺钉固定连接，所述两组骨架组装体5上下对称，头部与船体1外侧通过销轴17链接，尾部与柔性尾鳍6通过销轴17链接，所述两个转换动力的折叠式可伸缩的油缸2左右对称与船体1内侧用螺钉固定连接，所述鱼身油缸组装体4参见图3，由第一单节折叠式可伸缩的油缸7、第二单节折叠式可伸缩的油缸8、第三单节折叠式可伸缩的油缸9、第四单节折叠式可伸缩的油缸10、以及末节折叠式可伸缩的油缸11首尾相连用螺钉固定连接组成鱼身油缸组装体4参见图4，所述骨架组装体5参见图5，由第一单节骨架12、第二单节骨架13、第三单节骨架14、第四单节骨架15以及末节单节骨架16通过销轴17链接而成骨架组装体5参见图6，所述两组骨架组装体5的第一单节骨架12在两组鱼身油缸组装体的第一单节折叠式可伸缩的油缸7与第二单节折叠式可伸缩的油缸8的固定连接处用螺钉固定连接，所述两组骨架组装体5的第二单节骨架13在两组鱼身油缸组装体的第二单节折叠式可伸缩的油缸8与第三单节折叠式可伸缩的油缸9的固定连接处用螺钉固定连接，所述两组骨架组装体5的第三单节骨架14在两组鱼身油缸组装体的第三单节折叠式可伸缩的油缸9与第四单节折叠式可伸缩的油缸10的固定连接处用螺钉固定连接，所述两组骨架组装体5的第四单节骨架15在两组鱼身油缸组装体的第四单节折叠式可伸缩的油缸10与末节折叠式可伸缩的油缸11的固定连接处用螺钉固定连接，所述两组骨架组装体5的末节单节骨架16在两组鱼身油缸组装体的末节折叠式可伸缩的油缸11与柔性尾鳍6的固定连接处用螺钉固定连接，最终组装成为如图1所示的本发明液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器的结构，所述两个转换动力的折叠式可伸缩的油缸2的顶端开有注油孔，所述两个转换动力的折叠式可伸缩的油缸2和两组鱼身油缸组装体4通过与船体的固定连接，形成两个首尾完全贯通又完全独立的密封油腔，在两个密封油腔内填加适量流动性能好的油类或水等液体，保证转换动力的折叠式可伸缩的油缸既能拉伸又可压缩的中间状态下用密封油塞3封闭注油孔，装配完成的结构参见图1。

根据现实要求本发明液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器的鱼身油缸组装体4可以是由n＝1，2，3，，，，，，，，，，各单节折叠式可伸缩的油缸组装而成，而单节折叠式可伸缩的油缸也可根据不同的波动速度和幅度改变其横截面积的大小。

转换动力的折叠式可伸缩油缸参见图7和单节折叠式可伸缩的油缸参见图8，可用橡胶等材料加网格式筋线，两端面加刚性好的法兰端盖浇注或其他成型方式制成折叠式可伸缩的缸体，使其成为能够伸缩、弯曲但缸体可伸缩的折叠部分的各横截面积仅有微小弹性变形的折叠式可伸缩的油缸。

工作原理：当有两个直线交替往复运动的动力给两个转换动力的油缸2做动力输出时，当左侧的力向前挤压左侧的转换动力的油缸2，右侧的力向后拉伸右侧的转换动力的油缸2时，左侧鱼身油缸组装体的各个单节折叠式可伸缩的油缸因油缸内的油量增加产生拉伸，右侧鱼身油缸组装体的各个单节折叠式可伸缩的油缸因油缸内的油量减少产生压缩，但在各骨架链接的约束下，两组鱼身油缸组装体4带动自身和柔性尾鳍6产生向右侧弯曲摆动的动作，而当右侧的力向前挤压右侧转换动力的油缸2，左侧的力向后拉伸左侧的转换动力的油缸2时，右侧鱼身油缸组装体的各个单节折叠式可伸缩的油缸因油缸内的油量增加产生拉伸，左侧鱼身油缸组装体的各个单节折叠式可伸缩的油缸因油缸内的油量减少产生压缩时，在各骨架链接的约束下，两组鱼身油缸组装体4带动自身和柔性尾鳍6产生向左侧弯曲摆动的动作，动力交替往复输出就会使该装置左右来回摆动，从而形成模仿水下生物尾鳍波动运动产生推动力。

该装置波动幅度的大小，取决于动力做功的距离长短，做功的距离长，两组鱼身油缸组的缸内容积变化多，变形大，装置摆动幅度也就大，而该装置波动频率的快慢就取决于动力做功的速度，做功的速度快，该装置波动频率就快，做功的速度慢，该装置波动频率就慢。

该装置的转弯控制只要改变两个直线交替往复运动动力的做功中性点的前后彼此相对位置，就可以实现，即当左侧动力的中性点前移，右侧动力的中性点后退，在没有动力输出的时候，该装置左侧鱼身油缸组装体4缸内的容积大于右侧的容积，该装置位向右侧弯曲状态，在此种状态下，给两个转换动力的油缸2以相同做功距离的动力输出，该装置就会在弯曲状态下的中心曲线左右摆动，实现向右转弯，反之操作实现向左转弯。

Claims (5)

1.一种液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器，其特征在于：它包括两组完全相同的鱼身油缸组装体(4)、两组完全相同的骨架组装体(5)、船体(1)、柔性尾鳍(6)、及两个完全相同的转换动力的折叠式可伸缩的油缸(2)，所述两组鱼身油缸组装体(4)左右对称，头部与船体(1)外侧用螺钉固定连接，尾部与柔性尾鳍(6)用螺钉固定连接，所述两组骨架组装体(5)上下对称，头部与船体(1)外侧通过销轴(17)链接，尾部与柔性尾鳍(6)通过销轴(17)链接，所述两个转换动力的折叠式可伸缩的油缸(2)左右对称与船体(1)内侧用螺钉固定连接，所述鱼身油缸组装体(4)由第一单节折叠式可伸缩的油缸(7)、第二单节折叠式可伸缩的油缸(8)、第三单节折叠式可伸缩的油缸(9)、第四单节折叠式可伸缩的油缸(10)、以及末节折叠式可伸缩的油缸(11)首尾相连用螺钉固定连接组成，所述骨架组装体(5)由第一单节骨架(12)、第二单节骨架(13)、第三单节骨架(14)、第四单节骨架(15)以及末节单节骨架(16)通过销轴(17)链接而成，所述两组骨架组装体(5)的第一单节骨架(12)在两组鱼身油缸组装体的第一单节折叠式可伸缩的油缸(7)与第二单节折叠式可伸缩的油缸(8)的固定连接处用螺钉固定连接，所述两组骨架组装体(5)的第二单节骨架(13)在两组鱼身油缸组装体的第二单节折叠式可伸缩的油缸(8)与第三单节折叠式可伸缩的油缸(9)的固定连接处用螺钉固定连接，所述两组骨架组装体(5)的第三单节骨架(14)在两组鱼身油缸组装体的第三单节折叠式可伸缩的油缸(9)与第四单节折叠式可伸缩的油缸(10)的固定连接处用螺钉固定连接，所述两组骨架组装体(5)的第四单节骨架(15)在两组鱼身油缸组装体的第四单节折叠式可伸缩的油缸(10)与末节折叠式可伸缩的油缸(11)的固定连接处用螺钉固定连接，所述两组骨架组装体(5)的末节单节骨架(16)在两组鱼身油缸组装体的末节折叠式可伸缩的油缸(11)与柔性尾鳍(6)的固定连接处用螺钉固定连接，所述两个转换动力的折叠式可伸缩的油缸(2)的顶端开有注油孔，所述两个转换动力的折叠式可伸缩的油缸(2)和两组鱼身油缸组装体(4)通过与船体的固定连接，形成两个首尾完全贯通又完全独立的密封油腔，在两个密封油腔内填加适量流动性能好的油类或水，保证转换动力的折叠式可伸缩的油缸既能拉伸又可压缩的中间状态下用密封油塞(3)封闭注油孔，最终组装成为液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器的结构。

2.根据权利要求1所述的液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器，其特征在于：所述的转换动力的折叠式可伸缩的油缸(2)和单节折叠式可伸缩的油缸(7、8、9、10、11)，用橡胶材料加网格式筋线，两端面加刚性好的法兰端盖浇注制成折叠式可伸缩的缸体，使其成为能够伸缩、弯曲但缸体可伸缩的折叠部分的各横截面积仅有微小弹性变形的折叠式可伸缩的油缸。

3.根据权利要求1所述的液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器，其特征在于：该动力转换推动器可以把任何能够产生两个直线交替往复运动，并能够满足负载需求的动力，都能通过该装置转换成柔性尾鳍的波动运动的推动力或操控力矩。

4.根据权利要求1所述的液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器，其特征在于：该动力转换推动器可以通过改变动力输出的大小和频率的快慢，就可实现控制动力转换推动器的负载和波动幅度。

5.根据权利要求1所述的液压容积差形变仿生波动鳍动力转换推动器，其特征在于：该动力转换推动器只要通过改变两个直线交替往复运动动力的做功中性点的彼此相互位置，就可以实现转弯控制。