CN203876970U - 一种仿生游动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种仿生游动装置，包括一能游动的身体、至少两个驱动器、至少两个与所述驱动器有效连接的推进器，电池及控制电路，所述驱动器设置于身体的两侧，每一驱动器包含相互对应的线圈及磁铁，并由于线圈与磁铁的相互作用而被驱动，所述推进器由柔性材料制成，自身体向外伸出且呈现向后弯曲或弯折的形态，所述推进器连动于所述驱动器并相对于所述身体作摆动运动，所述电池向所述控制电路供电，通过所述控制电路可以控制所述线圈中电流的通断、方向和通断时间的长短。本实用新型逼真地模仿了海龟或与海龟有相似运动特性的生物的动作，使其实现前进、后退、左右转、爬行及跳跃等功能。

Description

一种仿生游动装置

技术领域

本实用新型涉及一种既能在水中游动又能在陆地上爬行的仿生游动装置及其驱动的方法。

背景技术

近几年来，既能在水中游动又能在陆地上爬行的仿生游动装置得到了广泛的技术研究，并取得了较大的进展，但总体来讲主要是针对科学研究，其存在成本高、推进机构复杂、能耗大，并不利于推广和实用。

对于水陆两栖仿生中研究得较多的海龟，或者只能在单一环境下运动，或者是采用传统旋转轮驱动方式，缺乏趣味性和逼真感。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种不使用马达驱动的模拟海龟在水中游动和陆地上爬行的装置。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案为：一种仿生游动装置，包括一能游动的身体、至少两个驱动器、至少两个与所述驱动器有效连接的推进器，电池及控制电路，其特征在于：所述驱动器设置于身体的两侧，每一驱动器包含相互对应的线圈及磁铁，并由于线圈与磁铁的相互作用而被驱动，所述推进器由柔性材料制成，自身体向外伸出且呈现向后弯曲或弯折的形态，所述推进器连动于所述驱动器并相对于所述身体作摆动运动，

所述电池向所述控制电路供电，通过所述控制电路可以控制所述线圈中电流的通断、方向和通断时间的长短，从而控制所述线圈与所述磁铁相互作用的力的方向和作用时间，从而控制驱动器的作用力的方向和作用时间。

优选地，所述身体的两侧各设置有一驱动器，每一驱动器包含一根轴，该轴自身体内部伸向外前方，且轴在摆动的中间位置时与身体的纵轴线成40～80度角。

优选地，所述身体具有由密封壳体包裹的内腔，所述电池、线圈及磁铁安置于密封壳体内腔，所述轴通过一柔性密封件密封地贯穿过所述密封壳体，所述柔性密封件固定于内、外双层刚性衬套中，其柔性密封件外壁的内表面紧套于刚性内衬套外壁，其柔性密封件外壁的外表面紧贴在刚性外衬套内壁。

进一步地，所述刚性外衬套具有限制其自身绕轴线转动的凸台结构。

优选地，所述身体具有由密封壳体包裹的内腔，所述轴位于身体之外的一端安装有推进器，所述轴位于密封壳体内腔的一端安装有（a）所述线圈或（b）所述磁铁的其中之一，（a）所述线圈或（b）所述磁铁的另外之一固定安装在所述身体内，并使所述线圈和所述磁铁能有效的相互作用驱动所述驱动器摆动。

优选地，所述轴位于身体之外的一端设置有推进器支架，所述推进器安装于推进器支架，所述推进器支架上设置有垂直于所述轴轴线的轴形结构，所述轴形结构限定于密封壳体和衬套之间的空隙中，使驱动器的轴只能在一个方向上摆动；或者，

所述轴位于密封壳体内腔的一端设置有支架，所述（a）所述线圈或（b）所述磁铁安装于支架之上，所述支架上有垂直于所述轴线的轴形结构，所述轴形结构限定于密封壳体和刚性衬套之间的空隙中，使所述轴只能绕固定的轴线摆动。

优选地，所述线圈支架具有用于固定线圈的环形或半环形支架、连轴端以及用以定位缠绕线圈引线的定位结构，所述连轴端设置有轴孔供所述轴穿过，所述轴的轴端固定于连轴端的轴孔之内。

优选地，所述身体具有大致平坦的底面，从底面凸伸出若干支撑点，所述支撑点可以与所述底面一体成形，也可以是固定连接于所述底面的凸点或柱。

优选地，所述推进器包括本体和位于本体底部的向后下方倾斜的柔性支撑结构，当推进器没有受到来自下方的约束力时，所述柔性支撑结构的最低点低于所述身体的最低点，当推进器相对于行走平面向前划动时，柔性支撑结构受行走平面阻力而向后下方倾斜，当推进器相对于行走平面向后划动时，柔性支撑结构向上变形顶起仿生游动装置的身体。

优选地，所述控制电路包括若干负极导电弹簧，所述负极导电弹簧从密封壳体内腔贯穿过密封壳体到电池仓中，负极导电弹簧在密封壳体内腔的一侧与PCB板形成电路接触或焊于PCB上。

本实用新型的仿生装置能够在水里游动，也能陆地上行走。当在水里游动时，位于身体两侧的推进器相对身体摆动、划水，使身体前进。当在陆地上行走时，推进器相对身体向前摆动时，向后的摩擦力使推进器底部的弧形柔性支撑结构向后弯曲变形，此时弧形柔性支撑结构可以正常滑动；当推进器相对身体向后摆动时，弧形柔性支撑结构由于受到摩擦力挤压而产生向前弯曲压缩变形，这种变形产生向上的分力作用于所述推进器及仿生游动装置，随着该作用力的增大，弧形柔性支撑结构受到向下的反作用力也增大，弧形柔性支撑结构受到的摩擦力也增大，同时分布于浮游身体下方的支撑点压力减小，支撑点受到的摩擦力也减小，当弧形柔性支撑结构受到的摩擦力之和大于浮游身体下方的支撑点受到的摩擦力之和时，所述浮游身体就会以弧形柔性支撑结构为支点向前移动。

本实用新型的仿生游动装置逼真地模仿了自然界中海龟或与海龟有相似运动特性的生物活动时的动作，使用者可以通过多种控制手段方便、快捷的使其实现前进、后退、左右转、爬行及跳跃等功能。本实用新型结构简单，能耗低，灵活性高，可靠性强，支持遥控及自编程控制。

下面结合附图与实施例，对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1是所述仿生游动装置的俯视图

图2是所述仿生游动装置的主视图

图3是所述仿生游动装置的仰视图

图4是所述仿生游动装置的一个侧视图

图5是所述仿生游动装置去除上壳体的俯视图

图6是所述仿生游动装置图1的A-A横向剖视图

图7是所述仿生游动装置图5的D-D向局部剖视图

图8是所述仿生游动装置侧向剖视图

图9是所述仿生游动装置图7的螺丝位局部放大视图E

图10是所述仿生游动装置图5的中驱动器局部放大视图

图11是所述仿生游动装置图10的C-C剖视图

图12是所述仿生游动装置图11的F-F剖视图

图13是所述仿生游动装置的下壳的轴测图

图14是所述仿生游动装置的密封部件外衬套的轴测图

图15是所述仿生游动装置的桨叶安装方向正视图

图16是所述仿生游动装置的推进器支架的轴测图

图17是所述仿生游动装置的线圈支架的轴测图

具体实施方式

参见图1至图17，本实用新型的仿生游动装置是仿生海龟。所述仿生海龟具有一浮游身体1，浮游身体一密封的壳体，从而使浮游身体成为可浮起的结构。密封的壳体由上壳10与下壳11通过超声装配或胶水粘接而成，密封件2夹持于上下壳之间，驱动控制电路4安置于密封的壳体内腔。

至少两个驱动器3对称地分布于浮游身体1的左右两侧。每一驱动器3包含相互对应的线圈和磁铁，并由于线圈与磁铁的相互作用而被驱动。本实施例中是线圈固定于支架，磁铁固定于壳体，也可以线圈固定于壳体，磁铁固定于支架。每一驱动器3还包含有一根轴35。轴35从密封壳体内腔穿过柔性密封件23的中心孔伸到密封壳体以外。轴35在密封壳体之外的一端通过推进器支架36固定有推进器，即桨叶34。两侧桨叶34分别连动于相应的轴35并相对于所述浮游身体作同一前进方向的摆动运动。桨叶34是柔性零件，其与推进器支架36采用倒扣配合，可以在外力的作用下装入和拆出，但其自身则不易脱落。

轴35通过柔性密封件23密封地贯穿过密封壳体，柔性密封件23固定于内、外双层刚性衬套中，其柔性密封件23外圈的内壁紧套于刚性内衬套22外壁，其柔性密封件23外壁紧贴在刚性外衬套21内壁，外衬套21再与密封壳体之间通过超声熔接或胶水形成密封连接，所述外衬套21具有凸台结构21a，其与上下壳的扁形槽位配合防止周向转动，其孔21b与壳体和柔性密封件23之间形成的空间正好容纳推进器支架36的摆动轴36a。

轴35从密封壳体内部向身体外前方伸出，轴处于摆动的中间位置时与浮游身体的纵轴线成40～80度角。

轴35在密封壳体之内的一端则安装有（a）线圈或（b）磁铁的其中之一。两根轴位于同一平面上。在优选结构中，如图10，11，12，17等所示，线圈支架33具有用于固定线圈31的环形或半环形支架、连轴端33a以及用以定位缠绕线圈引线的定位结构33b。连轴端33a设置有轴孔供轴35穿过，轴35的轴端固定于连轴端33a的轴孔内。

所述线圈31为环形线圈，其两侧对应称设置有两块磁铁32，两块磁铁32相对面的极性相同，磁铁的外径小于线圈31内孔直径，使磁铁能被吸入线圈内孔中。

当驱动控制电路4把电流供给线圈31时，在线圈31中所产生的磁场就会与两块磁铁32所产生的磁场相互作用，会在线圈31的一侧产生吸引力，而在线圈31的另一侧产生排斥力,这会造成线圈31和线圈支架33转向或倾斜向其中一块磁铁32，使轴35的另一端在与线圈和支架运动的相反方向摆动。当改变线圈中的电流方向时，其施加力的方向也随之改变，轴35也随之向相反方向运动。因此，随着线圈31中电流的连续变化，线圈中的磁场的极性也随之改变，轴35也因此而作摆动形式的运动。轴35的摆动会带动桨叶34摆动，从而推动浮游身体1运动。

由于驱动器3被装配在柔性密封件23上，当线圈中通电时，与磁铁间就会产生相互作用的力，在此力作用时就会绕推进器支架36的摆动轴36a前后摆动。由于推进器支架36的摆动轴36a限定于外衬套21的孔21b中，使摆动部件只能以36a为轴摆动。

在优选实例中，浮游身体1靠前设置两组左右对称的可相对身体前后摆动的翼状桨叶34，通过控制桨叶34的前后摆动速度和时间可获取不同的驱动力，并因此在水中推进仿生海龟运动。桨叶34由柔性材料制成，从身体向外伸出且呈现向后弯曲或弯折的形态。所谓向后，是指桨叶34的外侧端位于桨叶34内侧端的轴线（即轴35的延长线）的后方。如图3所示，为桨叶的三种实现方式，第I种向后状态中，桨叶34的外侧端位于内侧端之后，且桨叶呈向后弧形弯曲如34。在第二种向后状态中，桨叶34的外侧端位于内侧端之前，桨叶呈向后弧形弯曲如34B。在第三种向后状态中，桨叶34向斜前方外伸后向水平方向延伸而呈弯折状态如34A。这三种方式，都可以通过桨叶的摆动而产生划水动作使身体前进。

优选地，浮游身体1底部有2个前支撑点11a和2个后支撑点11b，翼状桨叶34底部具有相对身体斜向后的弧形柔性支撑结构34a。弧形柔性支撑结构34a低于前支撑点11a、后支撑点11b所在平面。在处于行走状态时，当桨叶34相对浮游身体1向前摆动时，行走平面对桨叶产生向后的摩擦力使弧形柔性支撑结构34a向后变形，此时桨叶34表现为滑动状态；当桨叶34相对浮游身体1向后摆动时，弧形柔性支撑结构34a由于受到行走平面的阻力而产生向前弯曲压缩变形，这种变形由于受柔性材料形变复位的需求而产生向上的支撑力并作用于桨叶34，随着该向上作用力的增大，弧形柔性支撑结构34a受到向下的反作用力也增大，弧形柔性支撑结构34a受到的摩擦力也增大，同时分布于浮游身体1下方的前支撑点11a承受的重力减小，前支撑点11a受到的摩擦力也减小，当两侧弧形柔性支撑结构34a受到的摩擦力之和大于浮游身体下方的前支撑点11a、后支撑点11b受到的摩擦力之和时，所述浮游身体1就会以弧形柔性支撑结构34a为支点向前支撑移动。

如图5、图6、图7所示，驱动控制电路4在其PCB板41连接一负极导电弹簧42，负极导电弹簧42紧压电池44的负极，其PCB板41连接另两个正极导电弹簧43压于电池44的侧面，也即是正极，这样就给驱动控制电路4提供持续的电流。

机牙螺丝19穿过电池门12后再紧配地穿过PP垫圈17，再与螺母18锁紧，连接机牙螺丝19的螺母18固定于下壳11中孔结构内，孔结构出口端紧配有密封胶塞15，胶塞与下壳之间填以胶水达到密封效果；此外电池门12和下壳11之间也需紧压密封胶圈16。

驱动控制电路4包括两条导电橡胶柱45，两条电橡胶柱45从密封壳体内腔延伸到壳体外，当装置在水中时导电橡胶柱45触发相应的操作；不在水中时可以通过手动触摸触发陆地运动模式。

上述导电橡胶柱45为柔性材料，其易与壳体之间通过过盈配合形成密封，其与PCB板41通过一定压力的接触即达到导电的目的，从而简化工艺和结构。

如果其中的电池44更换为可充电电池，并增加相应的接口、元件并修改相应的结构，则本产品可不用更换电池，没电时只需充电，这样一次性购买成本会高一些，但后续使用成本会低一些。

具体控制与操作

更换电池

先完全松开两颗机牙螺丝19，打开电池门12，取出使用过的电池44，按照电池正负极标识正确装入新电池，确认密封胶圈16装到位后，盖上电池门12，锁紧两颗机牙螺丝19即可。

控制

本实用新型的仿生游动装置可以采用各种遥控方式，还可以通过程序自动控制，或在浮游身体内置能感应声光变化或触碰等的各种传感器和能处理这些传感器信号的微处理器就能实现对外界感应并执行不同的动作。

动作

通过改变驱动线圈31的脉冲电流方向和频率，可以改变仿生游动装置的运动模式：

水中直行：当两个线圈同步动作时将会形成直行的效果；

水中后退：当两个线圈通电电流和直行时反相将会产生后退的效果；

转小弯：当只是单个桨叶快速动作时将会产生转小弯的效果；

转大弯：当只是单个桨叶慢速动作，或者两个桨叶差速运动时将会产生转大弯的效果；

陆地爬行：当两个线圈通电电流同波形180°相位差时会产生爬行的效果；

陆地跳跃：当两个线圈通电电流同波形同相位时会产生跳跃的效果。

对两组线圈中的通电方向，通电时间（脉冲宽度）进行不同的组合，还可以得到其他不同的动作或动作组合。

优点

本实用新型的仿生游动装置可以逼真地模仿海龟在水中前进、转弯、滑翔及在地面爬行的动作，其可通过多种驱动电路程序控制或遥控。

如本实用新型实施例所述，与本实用新型相同或相似结构的其他仿生游动装置的驱动与控制方法均在本实用新型保护范围内。

Claims (10)

1.一种仿生游动装置，包括一能游动的身体、至少两个驱动器、至少两个与所述驱动器有效连接的推进器，电池及控制电路，其特征在于：所述驱动器设置于身体的两侧，每一驱动器包含相互对应的线圈及磁铁，并由于线圈与磁铁的相互作用而被驱动，所述推进器由柔性材料制成，自身体向外伸出且呈现向后弯曲或弯折的形态，所述推进器连动于所述驱动器并相对于所述身体作摆动运动，

所述电池向所述控制电路供电，通过所述控制电路可以控制所述线圈中电流的通断、方向和通断时间的长短，从而控制所述线圈与所述磁铁相互作用的力的方向和作用时间，从而控制驱动器的作用力的方向和作用时间。

2.根据权利要求1所述的仿生游动装置，其特征在于：身体的两侧各设置有一驱动器，每一驱动器包含一根轴，该轴自身体内部伸向外前方，且轴在摆动的中间位置时与身体的纵轴线成40～80度角。

3.根据权利要求1和2所述的仿生游动装置，其特征在于：所述身体具有由密封壳体包裹的内腔，所述电池、线圈及磁铁安置于密封壳体内腔，所述轴通过一柔性密封件密封地贯穿过所述密封壳体，所述柔性密封件固定于内、外双层刚性衬套中，其柔性密封件外壁的内表面紧套于刚性内衬套外壁，其柔性密封件外壁的外表面紧贴在刚性外衬套内壁。

4.根据权利要求3所述的仿生游动装置，其特征在于：所述刚性外衬套具有限制其自身绕轴线转动的凸台结构。

5.根据权利要求2所述的仿生游动装置，其特征在于：所述身体具有由密封壳体包裹的内腔，所述轴位于身体之外的一端安装有推进器，所述轴位于密封壳体内腔的一端安装有（a）所述线圈或（b）所述磁铁的其中之一，（a）所述线圈或（b）所述磁铁的另外之一固定安装在所述身体内，并使所述线圈和所述磁铁能有效的相互作用驱动所述驱动器摆动。

6.根据权利要求3所述的仿生游动装置，其特征在于：所述轴位于身体之外的一端设置有推进器支架，所述推进器安装于推进器支架，所述推进器支架上设置有垂直于所述轴轴线的轴形结构，所述轴形结构限定于密封壳体和衬套之间的空隙中，使驱动器的轴只能在一个方向上摆动；或者，

所述轴位于密封壳体内腔的一端设置有支架，所述（a）所述线圈或（b）所述磁铁安装于支架之上，所述支架上有垂直于所述轴线的轴形结构，所述轴形结构限定于密封壳体和刚性衬套之间的空隙中，使所述轴只能绕固定的轴线摆动。

7.根据权利要求6所述的仿生游动装置，其特征在于：所述用于固定线圈的支架具有用于固定线圈的环形或半环形支架、连轴端以及用以定位缠绕线圈引线的定位结构，所述连轴端设置有轴孔供所述轴穿过，所述轴的轴端固定于连轴端的轴孔之内。

8.根据权利要求1所述的仿生游动装置，其特征在于：所述身体具有大致平坦的底面，从底面凸伸出若干支撑点，所述支撑点可以与所述底面一体成形，也可以是固定连接于所述底面的凸点或柱。

9.根据权利要求1所述的仿生游动装置，其特征在于：所述推进器包括本体和位于本体底部的向后下方倾斜的柔性支撑结构，当推进器没有受到来自下方的约束力时，所述柔性支撑结构的最低点低于所述身体的最低点，当推进器相对于行走平面向前划动时，柔性支撑结构受行走平面阻力而向后下方倾斜，当推进器相对于行走平面向后划动时，柔性支撑结构向上变形顶起仿生游动装置的身体。

10.根据权利要求3所述的仿生游动装置，其特征在于：所述控制电路包括若干负极导电弹簧，所述负极导电弹簧从密封壳体内腔贯穿过密封壳体到电池仓中，负极导电弹簧在密封壳体内腔的一侧与PCB板形成电路接触或焊于PCB上。