CN106043645A - 可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍 - Google Patents

可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍 Download PDF

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Abstract

一种可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍，主要是在尾鳍壳体内设置与连接在两导轨上的两滑块传动连接的传动轴，并在滑块两端的导轨上设有滑块运动起止限位件，于每一个滑块运动起止限位件处设置有光电耦合开关装置，在每一个滑块两端设置遮光板，导轨的一端设置有电磁铁，该电磁铁与电控制器连接。它具有绿色无污染、静音效果好，结构简单、成本低，使用寿命长的特点，能有效地提高推进效率和节能效果。可用于小型水文测量船等对自持时间要求较高的系统，也可以用作纯电推进船舶的推进系统，还可用于对推进系统的噪声有严格要求的一些特殊场合，比如水下声音信号的收集。

Description

可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍
技术领域
本发明涉及一种驱动水上测量设备的动力机构，特别是可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍，它适用于驱动水上和水中测量设备的运动。
背景技术
通常，驱动水上和水中物体运动的动力机构种类很多，主要有螺旋桨，基于仿生学原理的机构如人工鱼鳍，超导磁流体推进器等。
作为船舶驱动机构的螺旋桨虽然在船舶驱动方面已得到广泛的应用，但是其传动效率低，能耗大，噪音也大等缺点明显。
近些年来，不少人利用仿生原理，依据鱼尾制出简易的人工尾鳍，以此作为驱动船舶前进的动力，其效率高，噪音低，又节能，是又一个新的船舶驱动的发展方向。目前，这种简易的人工尾鳍的驱动方式分为以下两种方式：其一是利用步进电机或伺服电机驱动，此驱动方式的机构复杂，成本较高；其二是利用曲柄连杆机构机械装置驱动，此驱动方式是将圆周运动转化成往复运动，因其主要是由机械构件组成，所以摩擦大，磨损也大，效率也低。
另外，还采用一种超导磁流体推进器，该种超导电磁流体推进器虽然具有安静无噪声，操作简便等特点，但是，该种超导电磁流体推进器，成本高，速度慢，还需要大型发电机作为动力，不仅会增加船只或潜艇重量，而且作为驱动力的大型发电机的动力系统的速度高于超导磁流体推进器，不能直接驱动超导磁流体推进器，还需要增加设备投资，会使成本更高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍，它能够克服己有技术的不足，不仅具有结构简单、成本低、绿色无污染的特点，并且，还能有效地提高推进效率和节能及静音效果。
其解决方案是：在尾鳍壳体内设置有与其连接的传动轴，该传动轴通过传动件与滑动连接在两相平行导轨上的两滑块传动连接。在每一个导轨的两端上面设有滑块运动起止限位件，于每一个滑块运动起止限位件处设置有光电耦合开关装置，用于测量判断滑块是否到达运动起止限位件，并在每一个滑块的两端设置遮光板。而在两相平行导轨的同一端各设置有电磁铁，该电磁铁与电控制器连接。
所述遮光板平行于水平面且垂直于滑块，并在遮光板上贴具有保护功能的厚海绵垫。
所述光电耦合开关装置平行于水平面且垂直于滑块运动起止限位件。
所述电控制器的控制电路是，与供电电源连接的集成芯片的输入端接光电耦合开关装置，所述集成芯片的输出端接触发器的输入端，而触发器的输出端与继电器连接，该继电器接供电电源，可作为供电电源开关。
当光电耦合开关装置输出高电平“1”或低电平 “0”给集成芯片，集成芯片判断后就输出信号给触发器，并驱动触发器工作。当触发器输出端输出高电平“1”时， 继电器的一组开关接通，使第一电磁铁接通供电电源并工作，而第二个电磁铁与供电电源断开不工作，第一滑块在第一电磁铁的吸引力下向第一电磁铁运动，并通过传动件迫使传动轴向一侧转动，从而带动仿生尾鳍鱼尾向同一侧摆动；当触发器输出端输出低电平 “0”时，继电器的另一组开关接通，第二电磁铁接通供电电源并工作，而第一电磁铁与供电电源断开不工作，第二滑块在该电磁铁的吸引力下向第二电磁铁运动，并通过传动件迫使传动轴向另一侧转动，从而带动鱼尾向另一侧摆动；触发器能够对通过集成芯片不断接收到的光电耦合开关的信号进行处理并控制其输出端输出低电平“0”或高电平“1”，可实现控制电路的不断循环，并控制继电器开关不断切换位置，不断改变第一电磁铁及第二电磁铁的通、断，实现仿生尾鳍的鱼尾周期性的左右摆动，以此驱动仿生尾鳍在水中前进。
所述的集成芯片为或非门；触发器具有电路状态记忆功能。
本发明采用上述技术方案，主要是本仿生尾鳍运动时，尾鳍尾部的摆动是由电磁铁的磁力提供动力，由简单的逻辑电路控制，而实现尾鳍尾部往复摆动的，而电磁铁是以蓄电池作为电源，因此，本仿生尾鳍是纯电推进系统，不仅具有绿色无污染的特点，符合世界科技节能环保的大趋势，也符合国家的节能环保政策导向，而且，具有明显的静音效果，能有效地提高推进效率和节能效果。同时，还具有结构简单，零件总数较少，相应的人工维护成本低，使用寿命长的特点。可用于小型水文测量船等对自持时间要求较高的系统，也可以用作纯电推进船舶的推进系统以代替传统的螺旋桨，有较高的推进效率，也可用于对推进系统的噪声有严格要求的一些特殊场合，比如水下声音信号的收集。
附图说明
图1为可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍的结构示意主视图。
图2为图1中的A-A剖视图。
图3为电控制器的控制电路图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
图1至图2中，尾鳍壳体由鱼尾10通过与其连接为一体的链轮传动轴4同鱼身6轴承连接而构成，鱼尾10在链轮传动轴4的作用下可作左右摆动。链轮传动轴4又通过与其链传动连接的链条3两端分别接位于鱼身6内的滑块7-1和滑块7-2，在滑块7-1和滑块7-2两端分别设置遮光板(图中未画出)，该遮光板平行于水平面且垂直于相应的滑块7-1和滑块7-2，并在所述遮光板上贴有一定厚度且具有保护功能的海绵垫。而滑块7-1和滑块7-2分别与设置在鱼身6内的两平行导轨11和导轨12滑动连接，在滑块7-1两端的导轨11上设有限制滑块7-1运动行程的滑块运动起止限位件2-1及8-1，在滑块7-2两端的导轨12上设有限制滑块7-2运动行程的滑块运动起止限位件2-2及8-2。于滑块运动起止限位件2-1、8-1、2-2及8-2处均设置有电控制器的光电耦合开关装置(图中未画出)，用于测量判断滑块7-1及7-2是否到达相应滑块运动起止限位件。所述光电耦合开关装置平行于水平面且垂直于相应的滑块运动起止限位件2-1、8-1、2-2及8-2。在导轨11的一端设置有电磁铁1-1，而在导轨12的一端设置有电磁铁1-2，而电磁铁1-1及电磁铁1-2位于导轨11和导轨12同侧一端，且电磁铁1-1及电磁铁1-2均与电控制器连接。
图3中，所述电控制器的控制电路是，与供电电源连接的为或非门的两个74VHC32集成芯片U1A和U1B的输入端1、2、4、5分别接装SH-E、SH4-H、SH-F、SH4-G四个光电耦合开关装置，而两个74VHC32集成芯片U1A和U1B的输出端3和6均接具有电路状态记忆功能的SR触发器的输入端S和R，所述SR触发器的输出端Q与接供电电源的继电器J连接。该继电器J可作为供电电源开关。所述继电器J电路由继电器J、S8050三极管、电阻R、二极管D6及单刀双掷开关K组成。所述的供电电源为电压5V的蓄电池。
当四个光电耦合开关装置SH-E、SH4-H、SH-F、SH4-G输出高电平“1”或低电平 “0”给两个74VHC32集成芯片U1A和U1B时，而两个74VHC32集成芯片U1A和U1B就输出信号给所述SR触发器，并驱动该SR触发器工作。当SR触发器输出端Q输出高电平“1”时， 继电器J的单刀双掷开关K的K2及K3触点接通，使第一电磁铁1-1接通供电电源并工作，而第二个电磁铁1-2与供电电源断开不工作，第一滑块7-1在该电磁铁1-1的吸引力下向第一电磁铁1-1运动，并通过链条3带动链轮传动轴9向一侧转动，从而带动仿生尾鳍鱼尾10向同一侧摆动；
当SR触发器输出端Q输出低电平“0”时，继电器J的开关K2及K1触点接通，第二电磁铁1-2接通供电电源并工作，而第一电磁铁1-1与供电电源断开不工作，第二滑块7-2在该电磁铁的吸引力下向第二电磁铁1-2运动，并通过链条3带动链轮传动轴9向另一侧转动，从而带动仿生尾鳍鱼尾10向另一侧摆动。SR触发器能够对通过两个74VHC32集成芯片U1A和U1B不断接收到的四个光电耦合开关装置SH-E、SH4-H、SH-F、SH4-G信号进行处理，并控制其输出端Q不断输出低电平“0”或高电平“1”，可实现控制电路的不断循环，并控制继电器J的单刀双掷开关K不断切换位置，以便不断改变第一电磁铁1-1及第二电磁铁1-2的通、断。通过第一电磁铁1-1及第二电磁铁1-2的交替工作，吸引铁滑块7-1及滑块7-2交替运动，从而带动仿生尾鳍的鱼尾周期性的左右摆动，以此驱动仿生尾鳍在水中前进。可用于小型水文测量船等对自持时间要求较高的系统，也可以用作纯电推进船舶的推进系统以代替传统的螺旋桨，有较高的推进效率，还可用于对推进系统的噪声有严格要求的一些特殊场合，比如水下声音信号的收集等。

Claims (5)

1.一种可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍，其特征在于，尾鳍壳体由鱼尾(10)通过与其相连的传动轴(4)同鱼身(6)活动连接而构成，鱼尾(10)在传动轴(4)的作用下作左右摆动，该传动轴（4）通过传动件（3）与滑动连接在第一导轨（11）上的第一滑块（7-1）及滑动连接在第二导轨（12）上的第二滑块（7-2）传动连接，在第一滑块（7-1）两端的导轨（11）上设有第一滑块运动起止限位件（2-1）及（8-1），在第二滑块（7-2）两端的导轨（12）上设有第二滑块运动起止限位件（2-2）及（8-2），于每一个滑块运动起止限位件处设置有光电耦合开关装置，并在每一个滑块两端设置遮光板，在第一导轨（11）的一端设置有第一电磁铁（1-1），于第二导轨（12）的一端设置有第二电磁铁（1-2），而第一电磁铁（1-1）及第二电磁铁（1-2）位于第一导轨（11）和第二导轨（12）同侧一端，且第一电磁铁（1-1）及第二电磁铁（1-2）都与电控制器连接。
2.如权利要求1所述的可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍，其特征在于，所述遮光板平行于水平面且垂直于相对应的滑块，并在遮光板上贴有厚海绵保护垫。
3.如权利要求1所述的可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍，其特征在于，所述光电耦合开关装置平行于水平面且垂直于相对应的滑块运动起止限位件。
4.如权利要求1所述的可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍，其特征在于，所述电控制器的控制电路是，与供电电源连接的集成芯片U1A和U1B的输入端接光电耦合开关装置，集成芯片U1A和U1B的输出端接SR触发器的输入端，而SR触发器的输出端与继电器J连接，该继电器J接供电电源，作为供电电源开关;
当光电耦合开关装置输出高电平“1”或低电平 “0”给集成芯片，集成芯片就输出信号给触发器，并驱动触发器工作;当触发器输出端输出高电平“1”时， 继电器的一组开关接通，使第一电磁铁（1-1）接通供电电源并工作，而第二个电磁铁（1-2）与供电电源断开不工作，第一滑块（7-1）在第一电磁铁（1-1）的吸引力下向第一电磁铁（1-1）运动，并通过传动件（3）迫使传动轴（4）向一侧转动，从而带动仿生尾鳍鱼尾（10）向一侧摆动；当触发器输出端输出低电平 “0”时，继电器的另一组开关接通，第二电磁铁（1-2）接通供电电源并工作，而第一电磁铁（1-1）与供电电源断开不工作，第二滑块（7-2）在第二电磁铁（1-2）吸引力下向第二电磁铁（1-2）运动，并通过传动件（3）迫使传动轴（4）向另一侧转动，从而带动仿生尾鳍鱼尾（10）向另一侧摆动；触发器能够对通过集成芯片不断接收到的光电耦合开关装置的信号进行处理，并控制触发器输出端不断输出低电平“0”或高电平“1”，实现控制电路的不断循环，并控制继电器开关不断切换位置，不断改变第一电磁铁（1-1）及第二电磁铁（1-2）的通、断，实现仿生尾鳍的鱼尾（10）周期性的左右摆动，以此驱动仿生尾鳍在水中前进。
5.如权利要求4所述的可用于水上测量设备动力的仿生尾鳍，其特征在于，所述的集成芯片为或非门，触发器为具有电路状态记忆功能的触发器。
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