CN109398697A - 一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，包括呈对称分布的前部半形支架、后部半形支架、套接于半形支架外的螺线圈、围绕永磁体布置的永磁体支架，以及连接半形支架与永磁体支架的弹性储能发条，通过弹性储能发条实现永磁体支架与半形支架的弹性限位连接；所述半形支架通过固定圈和连接盖进行固定，永磁体支架上连接有延伸至半形支架外的运动杆件，通过固定螺栓、开口螺纹固定块、专用螺母的配合实现运动杆件与永磁体支架的连接。本发明结构简单，操作方便，通过电磁控制实现每一个驱动结构的独立性，能够完成一定范围内任意的摆动幅度，能够自由更替被驱动机构的外形，并在不同的流体环境下具有自适应的扭转效果。

Description

一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构

技术领域

本发明涉及一种往复驱动机构，具体涉及一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构。

背景技术

往复式运动机构多用于具有往复运动的仿生结构，比如鸟类尾翼的摆动，以及鱼尾的左右摆动，目前应用最广的是鸟类的扑翼运动。本发明具体应用于扑翼机构，但不局限于此。扑翼飞行器是一种能够模仿鸟类飞行的新型飞行器。相比于传统的固定翼飞行器以及旋翼飞行器，扑翼飞行器更易微型化。根据仿生学和空气动力学的研究表明，在尺度不超过15cm的情况下，扑翼飞行更具优势，在军事以及民用上都有着广泛的应用前景。扑翼的驱动机构是扑翼飞行器的关键结构，同时也决定了扑翼飞行器的整体尺寸大小。

目前存在的扑翼驱动机构多为传统的齿轮传动和连杆的配合使用，对于单自由度扑翼驱动，较为常见的有共轴双翅扑翼驱动结构、减速齿轮组及偏心齿轮式扑翼结构、减速齿轮组及曲柄式扑翼结构等等，其中曲柄式扑翼结构又可细分单曲柄式和双曲柄式；对于新型结构有压电陶瓷驱动结构、电磁振动式扑翼机构以及往复式化学肌肉驱动等等。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，通过电磁控制实现每一个驱动结构的独立性，能够完成一定范围内任意的摆动幅度，同时具备自适应微扭转的功能。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，包括前部半形支架、后部半形支架、永磁体支架、永磁体、固定圈、连接盖、运动杆件、专用螺母、弹性储能发条；

其中，所述前部半形支架、后部半形支架呈对称分布，且拼接为完整的圆筒形支架；所述固定圈、连接盖分别套接于圆筒形支架的两端，用于实现前部半形支架及后部半形支架的相对固定，且固定圈、连接盖之间的圆筒形支架外侧套接有螺线圈；

所述永磁体支架呈围绕永磁体布置的边框结构，且永磁体支架设置于圆筒形支架内；所述永磁体支架靠近固定圈的一侧中部设置有带沉孔的连接套，且沉孔内设置有相适配的开口螺纹固定块，通过贯穿沉孔的固定螺栓与开口螺纹固定块的螺纹配合实现开口螺纹固定块与连接套的套接固定，同时开口螺纹固定块与运动杆件上的专用螺母相配合压紧运动杆件；

所述前部半形支架、后部半形支架的内侧中部分别设置有带凸台的内孔，且与之相对应的永磁体支架两侧分别设置有带中间槽的销轴；所述弹性储能发条不完全充盈于内孔与销轴之间的空间，其一端卡接于中间槽内，另一端通过末端小孔与凸台配合实现限位，通过两侧弹性储能发条实现永磁体支架与圆筒形支架的弹性连接。

进一步的，所述开口螺纹固定块向外延伸的外螺纹管为开槽管，且运动杆件穿过专用螺母后延伸至开口螺纹固定块的外螺纹管内；所述专用螺母与开口螺纹固定块向外延伸的外螺纹管螺纹配合，从而压紧外螺纹管内的运动杆件。

进一步的，为了达到小程度的过盈配合，防止运动杆件在摆动过程中滑脱，所述开口螺纹固定块向外延伸的外螺纹管孔径略小于运动杆件的轴径。

进一步的，所述永磁体支架与永磁体形成过盈配合，保证连接的稳定性。

进一步的，由于弹性储能发条的弧形结构，所述弹性储能发条末端与中间槽形成间隙配合，具有一定的变形空间。

进一步的，所述固定圈、连接盖分别与圆筒形支架两端的边缘凸台过盈配合。

进一步的，所述螺线圈为单根连续绝缘导线，形成稳定高效的电磁控制。

有益效果：本发明提供的一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，相对于现有技术，具有以下优点：1、结构简单，操作方便，通过电磁控制实现每一个驱动结构的独立性，能够完成一定范围内任意的摆动幅度，同时具备自适应微扭转的功能；2、能够自由更替被驱动机构的外形，并在不同的流体环境下具有自适应的扭转效果，同时可适用于配置两个、四个或者多个运动杆件的运动机构。

附图说明

图1为本发明实施例的分解示意图；

图2为本发明实施例的整体示意图；

图3为本发明实施例中永磁体支架的结构示意图；

图4为本发明实施例中半形支架的结构示意图；

图5为本发明实施例中运动杆件与连接套连接结构的分解示意图；

图中包括：1、运动杆件，2、固定圈，3、专用螺母，4、开口螺纹固定块，5、螺线圈，6、前部半形支架，7、弹性储能发条，8、永磁体支架，9、永磁体，10、固定螺栓，11、后部半形支架，12、连接盖，13、沉孔，14、连接套，15、凸台，16、内孔，17、中间槽，18、销轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1-2所示为一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，包括前部半形支架6、后部半形支架11、永磁体支架8、永磁体9、固定圈2、连接盖12、运动杆件1、专用螺母3、弹性储能发条7；

其中，所述前部半形支架6、后部半形支架11呈对称分布，且拼接为完整的圆筒形支架；所述固定圈2、连接盖12分别套接于圆筒形支架的两端，且固定圈2、连接盖12之间的圆筒形支架外侧套接有螺线圈5；

如图3所示，所述永磁体支架8呈围绕永磁体9布置的边框结构，且永磁体支架8设置于圆筒形支架内；所述永磁体支架8靠近固定圈2的一侧中部设置有带沉孔13的连接套14，且沉孔13内设置有相适配的开口螺纹固定块4，通过贯穿沉孔13的固定螺栓10与开口螺纹固定块4的螺纹配合实现开口螺纹固定块4与连接套14的套接固定，同时开口螺纹固定块4与运动杆件1上的专用螺母3相配合压紧运动杆件1；

如图4所示，所述前部半形支架6、后部半形支架11的内侧中部分别设置有带凸台15的内孔16，且与之相对应的永磁体支架8两侧分别设置有带中间槽17的销轴18；所述弹性储能发条7不完全充盈于内孔16与销轴18之间的空间，其一端卡接于中间槽17内，另一端通过末端小孔与凸台15配合实现限位。

如图5所示，所述开口螺纹固定块4向外延伸的外螺纹管为开槽管，且运动杆件1穿过专用螺母3后延伸至开口螺纹固定块4的外螺纹管内；所述专用螺母3与开口螺纹固定块4向外延伸的外螺纹管螺纹配合，并压紧外螺纹管内的运动杆件1；所述开口螺纹固定块4向外延伸的外螺纹管孔径小于运动杆件1的轴径。

本实施例中，所述永磁体支架8与永磁体9形成过盈配合，且弹性储能发条7末端与中间槽17形成间隙配合；所述固定圈2、连接盖12分别与圆筒形支架两端的边缘凸台15过盈配合；所述螺线圈5为单根连续绝缘导线，并将其两端引出接控制电路。

所述前部半形支架6、后部半形支架11、永磁体支架8与弹性储能发条7存在装配顺序，其具体顺序为：首先装配永磁体支架8与弹性储能发条7，并分别旋转前后两个弹性储能发条7，使其处在弹性势能合适并使末端小孔处在同一水平面；然后分别装配前部半形支架6、后部半形支架11，并使其贴合成一个整圆，最后通过固定圈2与连接盖12固定。

本发明的具体实施方式如下：

所述机构的电磁驱动过程主要分为三个部分：a.初始状态：由于弹性储能发条的弹性势能作用，初始状态下翼杆处在上扑的极限状态；

b.当给通电螺线管一个顺时针的电流时，通电螺线管产生相应的磁场，强力磁铁在磁场的作用下做下扑运动，同时此时弹性储能发条的弹性势能削弱下扑运动；

c.当给通电螺线管一个逆时针的电流时，通电螺线管产生相反的磁场，强力磁铁在磁场的作用下做上扑运动，同时此时弹性储能发条的弹性势能加强上扑运动。

如此反复运动(杆件的运动幅度可调，由于给定的通电时长和其他条件因环境而改变，并不是周期性的运动)。

所述弹性储能发条用于初始扑翼位置，并调节上扑与下扑行程比，同时在下扑过程中储能，上扑时释放弹性势能。所述弹性储能发条不完全充盈半形支架内孔与永磁体支架前后销轴之间的空间，因此在扑动过程中因气流状态而自行发生微扭转以适应当前状态。所述半形支架通过固定圈和连接盖进行固定。

本发明不局限于所述的扑翼机构，同时可以应用于鸟类尾翼或鱼尾等一系列做往复摆动运动的机构。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，其特征在于，包括前部半形支架(6)、后部半形支架(11)、永磁体支架(8)、永磁体(9)、固定圈(2)、连接盖(12)、运动杆件(1)、专用螺母(3)、弹性储能发条(7)；

其中，所述前部半形支架(6)、后部半形支架(11)呈对称分布，且拼接为完整的圆筒形支架；所述固定圈(2)、连接盖(12)分别套接于圆筒形支架的两端，且固定圈(2)、连接盖(12)之间的圆筒形支架外侧套接有螺线圈(5)；

所述永磁体支架(8)呈围绕永磁体(9)布置的边框结构，且永磁体支架(8)设置于圆筒形支架内；所述永磁体支架(8)靠近固定圈(2)的一侧中部设置有带沉孔(13)的连接套(14)，且沉孔(13)内设置有相适配的开口螺纹固定块(4)，通过贯穿沉孔(13)的固定螺栓(10)与开口螺纹固定块(4)的螺纹配合实现开口螺纹固定块(4)与连接套(14)的套接固定，同时开口螺纹固定块(4)与运动杆件(1)上的专用螺母(3)相配合压紧运动杆件(1)；

所述前部半形支架(6)、后部半形支架(11)的内侧中部分别设置有带凸台(15)的内孔(16)，且与之相对应的永磁体支架(8)两侧分别设置有带中间槽(17)的销轴(18)；所述两侧弹性储能发条(7)安装于销轴(18)与内孔(16)之间，其一端卡接于中间槽(17)内，另一端通过末端小孔与凸台(15)配合实现限位。

2.根据权利要求1所述一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，其特征在于，所述开口螺纹固定块(4)向外延伸的外螺纹管为开槽管，且运动杆件(1)穿过专用螺母(3)后延伸至开口螺纹固定块(4)的外螺纹管内；所述专用螺母(3)与开口螺纹固定块(4)向外延伸的外螺纹管螺纹配合，并压紧外螺纹管内的运动杆件(1)。

3.根据权利要求2所述一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，其特征在于，所述开口螺纹固定块(4)向外延伸的外螺纹管孔径小于运动杆件(1)的轴径。

4.根据权利要求1所述一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，其特征在于，所述永磁体支架(8)与永磁体(9)形成过盈配合。

5.根据权利要求1所述一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，其特征在于，所述弹性储能发条(7)末端与中间槽(17)形成间隙配合。

6.根据权利要求1所述一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，其特征在于，所述固定圈(2)、连接盖(12)分别与圆筒形支架两端的边缘凸台(15)过盈配合。

7.根据权利要求1所述一种自适应微扭转的独立式电磁驱动往复运动机构，其特征在于，所述螺线圈(5)为单根连续绝缘导线。