第二章 尾部驱动机构的设计

2。1引言

地球上的鱼类种群非常多，根据鱼类游动的驱动方式的不同，主要分为尾鳍推进方式和胸鳍推进方式。因为通过尾鳍摆动进行推进能够使鱼类产生相对较高的启动速度和推进速度，所以，目前对仿生鱼推进机构的研究主要集中在尾鳍推进方式的鱼类。

仿生推进器自身的传动方式、推进原理和配置结构等都会对机器鱼的游动性能起到至关重要的影响，驱动机构的不足将会直接影响到推进的效率。因此，对仿生推进器自身的结构与传动方式进行研究是十分必要的。分析不同传动方式的优缺点，根据自身机器鱼的设计要求，找到适合的驱动机构。

2。2典型的驱动机构设计方案

仿生机器鱼最终需要实现的目的就是模拟鱼类尾鳍的摆动，通过电机输出的旋转力矩作为驱动，再利用一系列的机构转化成尾鳍的摆动，从而实现鱼体的推进。

2。2。1 圆盘带销槽副机构

 1。尾柄配套槽2。尾柄转盘3。尾柄转盘销4。尾柄连杆

5。尾柄连杆销6。尾柄摆杆7。尾鳍摆杆8。尾鳍平行杆9。尾鳍连杆销10。尾鳍过渡杆             11。尾鳍连杆12。尾鳍转盘销13。尾鳍转盘14。尾柄配套槽

图2-1圆盘带销槽副机构原理图

  该驱动机构含有两个驱动关节：尾柄与尾鳍，两个关节各自独立进行驱动，但又耦合运动。尾部的驱动机构如图2-1所示，驱动元件的旋转运动经过减速后输出，形成关联的圆盘旋转运动，圆盘上所附销经过销槽副使中间杆在移动副中实现往复对称移动，移动副由两个部分组成，分别是中间移动副与配套槽，中间杆和尾部相应的摆杆也通过销槽副实现尾部摆杆的对称摆动，尾柄和尾鳍的摆动是由两个驱动元独立实现的。尾柄摆杆6和尾鳍过渡杆10分别通过铰链与机架连接，尾柄摆杆6和尾鳍摆杆7通过铰链连接，使尾鳍随着尾柄运动，尾鳍平行杆8分别与尾鳍过渡杆10和尾鳍摆杆7铰链连接，配合尾柄摆杆6的鱼体轴方向部分形成平行四杆机构，杆机构完成尾柄和尾鳍摆动的运动耦合。

这个机构能够实现尾柄尾鳍的单独输出，使系统各部分的运动拥有独立性和关联性。

2。2。2 齿轮齿条机构

图2-2 齿轮齿条机构原理图文献综述

当主动齿轮1做顺时针旋转时，设有齿段刚刚和从动齿条4啮合，则主动齿轮2和从动齿条5彼此不啮合，此时的运动传递：从动齿条4向右移动，从动齿轮3顺时针旋转，从动齿轮2逆时针旋转，从动齿条5向右移动。之后主动齿轮1与从动齿条4的啮合脱离，这时主轮齿轮1立刻和从动齿条5啮合，此时的运动传递为：从动齿条5向左运动，从动齿轮2的旋转方向变为顺时针，从动齿轮3逆时针方向旋转，带动从动齿条4向左移动。之后主动齿轮1又与从动齿条4啮合，重复上面的过程。由此从动齿条4和从动齿条5都产生连续往复直线运动。主动齿轮1的旋转方向不受限制，两个从动齿条会产生连续的匀速往复运动。

齿轮齿条机构优点：在克服了死点问题的同时，满足了匀度运动的实际要求。

齿轮齿条机构缺点：在变向的一瞬间会存在冲击，从而产生噪音，因此在实际使用时，在机构工作行程的极限位置需要设置缓冲器，最好能同时带有限位功能，从动齿轮和从动齿条的选材不仅要轻，齿轮强度也要满足条件。

2。3 驱动机构的原理设计

目前，绝大多数采用尾鳍推进方式的机器鱼都含有两个关键部位：尾柄和尾鳍。其中，尾柄能够产生拍动并进行推力的传递，尾鳍则是通过对水的不断拍打，从而获得来自于水的反作用，用于对鱼体的推进。因此，尾鳍和尾柄是产生推进力的主要部位。