CN220924478U - 一种基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及仿生机械技术领域，一种基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构，包括固定座、电源、第一扑动组件和第二扑动组件；第一扑动组件和第二扑动组件均包括扑动支架、第一伸缩式电磁铁、第二伸缩式电磁铁和扑动模块；扑动支架内侧设置有电磁铁安装槽，第一伸缩式电磁铁和第二伸缩式电磁铁设置在电磁铁安装槽内；第一伸缩式电磁铁和第二伸缩式电磁铁与电源连接；扑动支架外侧设置有连接活动槽；扑动模块转动连接在连接活动槽内，第一伸缩式电磁铁的第一伸缩杆穿过固定座侧板与扑动模块连接，第二伸缩式电磁铁的第二伸缩杆穿过固定座侧板与扑动模块连接。本实用新型的优点是实现了结构简洁巧妙，占用空间小，减小重量并且不容易出现故障的效果。

Description

一种基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构

技术领域

本实用新型涉及仿生机械技术领域，尤其涉及一种基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构。

背景技术

仿生机器鱼指以鱼类游动的推进机理为仿生对象，利用机械、电子元器件或智能材料来实现水下推进功能的运动装备。近年来，仿生鱼在海底资源勘探、水文信息采集、海洋生态调查以及军事侦察中的迫切需求，使它成为研究热点之一。

根据仿生机器鱼游动所依靠的仿生部位和推进原理，可分为两大类：BCF类和MPF类，BCF—尾鳍(body and/or caudal fin)，这类机器鱼主要依靠身体和尾部的摆动来推进，MPF———胸鳍(median and/or paired fin)，这类机器鱼依靠身体中部的胸鳍推进。与尾鳍推进的严重艏摇现象相比，胸鳍推进具有低能耗滑翔、高机动扑翼推进，利于广域巡游、原位转向，游动过程身体躯干部分稳定性好，利于探测设备成像等显著优势。蝠鲼作为典型的MPF鱼类，采用胸鳍机动推进和低能耗滑翔运动，其高稳定、高机动、高效率、长航程等优点，使其成为不可多得的仿生对象，国内外学者竞相研究。蝠鲼身体扁平，体呈菱形，体长可达8米，体重可达1吨以上，其具有强大的胸鳍，通过胸鳍的波动运动来产生前进的推力，不仅拥有高效的巡游性能，其机动性也非常强，可以快速灵活地实现原地转向。蝠鲼胸鳍的运动呈现强烈的三维特征，可认为是侧向(即翼展方向)与前进方向(即弦向)的波动运动的合成。仿蝠鲼胸鳍机构是基于蝠鲼生物原型，模仿蝠鲼柔性胸鳍的运动特性，利用特殊的机械驱动结构与柔性材料制作而成的一种推进机构。仿蝠鲼胸鳍机构能模仿蝠鲼在水中完成波动拍打运动，从而产生驱动力。但是在目前的仿蝠鲼扑动机构中，多采用复杂的螺杆传动，增加了航行器的总重量，降低了航行器的灵活性。

现有的仿蝠鲼扑动机构采用靠螺杆传动的机械构成(如公开号为CN115924044A的胸鳍模块和仿生机器蝠鲼，公开号为CN114889788A的一种仿生蝠鲼专利中都存在大量传动机械，导致占用了大量空间，又自重较大，容易出现故障的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的现有的仿生蝠鲼中存在大量传动机械，即占用了大量空间，又自重较大，且容易出现故障的技术问题，提供了一种结构简洁巧妙，占用空间小，减小重量并且不容易出现故障的基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构。

为本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构，包括固定座、电源、第一扑动组件和第二扑动组件；所述固定座上设置有安装槽；所述电源设置在安装槽内；所述第一扑动组件和第二扑动组件对称设置在固定座的左右两侧；所述第一扑动组件和第二扑动组件均包括扑动支架、第一伸缩式电磁铁、第二伸缩式电磁铁和扑动模块；所述扑动支架固定连接在固定座的侧板上；所述扑动支架内侧设置有电磁铁安装槽，且电磁铁安装槽位于固定座侧板的内侧；所述第一伸缩式电磁铁和第二伸缩式电磁铁分别设置在电磁铁安装槽内；且第一伸缩式电磁铁和第二伸缩式电磁铁分别与电源连接；所述扑动支架外侧设置有连接活动槽；所述连接活动槽位于固定座侧板的外侧；所述扑动模块转动连接在连接活动槽内，且第一伸缩式电磁铁的第一伸缩杆穿过固定座侧板与扑动模块铰接，第二伸缩式电磁铁的第二伸缩杆穿过固定座侧板与扑动模块铰接，通过第一伸缩式电磁铁和第二伸缩式电磁铁相配合驱动扑动模块来回转动，从而达到上下扑动的运动效果。通过第一伸缩式电磁铁和第二伸缩式电磁铁与扑动模块相结合，实现了结构简洁巧妙，占用空间小，减小重量并且不容易出现故障的效果，同时以扑动的形式也能够更好的效仿蝠鲼的运动状态，达到更好的运动效果。

作为优选，所述电源通向第一伸缩式电磁铁的交流电流相位与通向第二伸缩式电磁铁的交流电流相位之间相差180°；使第一伸缩式电磁铁的第一伸缩杆与第二伸缩式电磁铁的第二伸缩杆动作相反。通过反向动作能够使扑动模块达到扑动的效果，从而能够更好的效仿蝠鲼的运动状态。

作为优选，所述扑动模块包括扑动块、扑动转轴和扑动偏心轮；所述扑动块上设置有贯穿的配合孔；所述扑动转轴的两端分别与连接活动槽的两侧壁固定连接；所述扑动偏心轮偏心转动连接在扑动转轴上；所述扑动块套设在扑动偏心轮外，且扑动偏心轮的外壁与配合孔的内壁相抵；所述第一伸缩式电磁铁与第二伸缩式电磁铁上下对称设置；所述扑动块的内侧通过第一转动组与第一伸缩式电磁铁的第一伸缩杆转动连接；所述扑动块的内侧通过第二转动组与第二伸缩式电磁铁的第二伸缩杆转动连接；所述扑动块的外侧设置有传动杆。通过扑动块与扑动偏心轮相配合，实现扑动块的偏心转动，从而便于更好的效仿蝠鲼的运动形态，从而达到水下潜行的效果。

作为优选，所述第一转动组和第二转动组均包括第一连接块、第二连接块和连接轴；所述第一连接块和第二连接块水平对称设置在扑动块的内侧壁上；所述连接轴的两端分别固定连接在第一连接块和第二连接块上；所述连接轴与伸缩式电磁铁的伸缩杆铰接。通过连接轴与伸缩杆铰接，能够使伸缩杆伸缩时使连接轴带动扑动块进行偏心转动。

作为优选，所述第一扑动组件的数量为三个，所述第二扑动组件的数量为三个，三个第一扑动组件等间隔排列设置在固定座的左侧，三个第二扑动组件等间隔排列设置在固定座的右侧，且三个第一扑动组件与三个第二扑动组件对称设置。通过三组能够更好的进行控制，达到更好的支撑效果以及控制状态。

作为优选，还包括第一蝠鲼蒙皮和第二蝠鲼蒙皮，所述第一蝠鲼蒙皮包裹在三个第一扑动组件上，所述第二蝠鲼蒙皮包裹在三个第二扑动组件上。通过第一蝠鲼蒙皮和第二蝠鲼蒙皮便于更好达到蝠鲼一样的外形，以及达到更好的运动效果，并且柔性蒙皮采用硅胶、橡胶或TPU制作而成。

作为优选，三个所述第一扑动组件的电流相位依次相差-70°～-20°，三个所述第一扑动组件的电流相位依次相差-70°～-20°。通过相位差能够进一步更好的达到和蝠鲼一样的运动状态。

作为优选，所述扑动支架与固定座呈一体成型。通过一体成型设置进一步提升结构的稳定性和牢固性，同时也方便安装。

综上所述，本实用新型的优点是通过第一伸缩式电磁铁和第二伸缩式电磁铁与扑动模块相结合，实现了结构简洁巧妙，占用空间小，减小重量并且不容易出现故障的效果，同时以扑动的形式也能够更好的效仿蝠鲼的运动状态，达到更好的运动效果。

附图说明

图1是本实用新型的基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构的结构示意图。

图2是本实用新型中的扑动组件的结构示意图。

图3是本实用新型中的扑动组件的剖视图。

图4是本实用新型中的电流相位波动图。

其中：1、固定座；11、安装槽；2、电源；3、第一扑动组件；31、扑动支架；311、电磁铁安装槽；312、连接活动槽；32、第一伸缩式电磁铁；321、第一伸缩杆；33、第二伸缩式电磁铁；331、第二伸缩杆；4、第二扑动组件；5、扑动模块；51、扑动块；511、配合孔；52、扑动转轴；53、扑动偏心轮；54、传动杆；55、第一连接块；56、第二连接块；57、连接轴。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

如图1至图3所示，一种基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构，包括固定座1、电源2、第一扑动组件3和第二扑动组件4；固定座1的中部设置有开口向下的安装槽11；电源2设置在安装槽11前侧内；第一扑动组件3和第二扑动组件4对称设置在固定座1的左右两侧；第一扑动组件3和第二扑动组件4均包括扑动支架31、第一伸缩式电磁铁32、第二伸缩式电磁铁33和扑动模块5；扑动支架31固定连接在固定座1的侧板上；且扑动支架31与固定座1呈一体成型。通过一体成型设置进一步提升结构的稳定性和牢固性，同时也方便安装。扑动支架31内侧设置有电磁铁安装槽311，且电磁铁安装槽311位于固定座1侧板的内侧；第一伸缩式电磁铁32和第二伸缩式电磁铁33分别设置在电磁铁安装槽311内；第一伸缩式电磁铁32和第二伸缩式电磁铁33呈纵向对齐设置，且第一伸缩式电磁铁32和第二伸缩式电磁铁33分别与电源2连接；如图4所示，电源2通向第一伸缩式电磁铁32的交流电流相位与通向第二伸缩式电磁铁33的交流电流相位之间相差180°；使第一伸缩式电磁铁32的第一伸缩杆321与第二伸缩式电磁铁33的第二伸缩杆331动作相反。通过反向动作能够使扑动模块5达到扑动的效果，从而能够更好的效仿蝠鲼的运动状态。扑动支架31外侧设置有连接活动槽312；连接活动槽312位于固定座1侧板的外侧；扑动模块5转动连接在连接活动槽312内，且第一伸缩式电磁铁32的第一伸缩杆321穿过固定座1侧板与扑动模块5铰接，第二伸缩式电磁铁33的第二伸缩杆331穿过固定座1侧板与扑动模块5铰接，通过第一伸缩式电磁铁32和第二伸缩式电磁铁33相配合驱动扑动模块5来回转动，从而达到上下扑动的运动效果。通过第一伸缩式电磁铁32和第二伸缩式电磁铁33与扑动模块5相结合，实现了结构简洁巧妙，占用空间小，减小重量并且不容易出现故障的效果，同时以扑动的形式也能够更好的效仿蝠鲼的运动状态，达到更好的运动效果。

如图2和图3所示，扑动模块5包括扑动块51、扑动转轴52和扑动偏心轮53；扑动块51上设置有贯穿的矩形的配合孔511；扑动转轴52的两端分别与连接活动槽312的两侧内壁固定连接；扑动偏心轮53偏心转动连接在扑动转轴52上；扑动块51套设在扑动偏心轮53外，且扑动偏心轮53的外壁与配合孔511的内壁相抵；第一伸缩式电磁铁32与第二伸缩式电磁铁33上下对称设置；扑动块51的内侧通过第一转动组与第一伸缩式电磁铁32的第一伸缩杆321转动连接；扑动块51的内侧通过第二转动组与第二伸缩式电磁铁33的第二伸缩杆331转动连接；扑动块51的外侧设置有传动杆54，且传动杆54与扑动块51一体成型。通过扑动块51与扑动偏心轮53相配合，实现扑动块51的偏心转动，从而便于更好的效仿蝠鲼的运动形态，从而达到水下潜行的效果。第一转动组和第二转动组均包括第一连接块55、第二连接块56和连接轴57；第一连接块55和第二连接块56水平对称设置在扑动块51的内侧壁上；连接轴57的两端分别固定连接在第一连接块55和第二连接块56上；连接轴57与伸缩式电磁铁的伸缩杆铰接。通过连接轴57与伸缩杆铰接，能够使伸缩杆伸缩时使连接轴57带动扑动块51进行偏心转动。

第一扑动组件3的数量为三个，第二扑动组件4的数量为三个，三个第一扑动组件3等间隔排列设置在固定座1的左侧，三个第二扑动组件4等间隔排列设置在固定座1的右侧，且三个第一扑动组件3与三个第二扑动组件4对称设置。通过三组能够更好的进行控制，达到更好的支撑效果以及控制状态。还包括第一蝠鲼蒙皮和第二蝠鲼蒙皮，第一蝠鲼蒙皮包裹在三个第一扑动组件3上，第二蝠鲼蒙皮包裹在三个第二扑动组件4上。通过第一蝠鲼蒙皮和第二蝠鲼蒙皮便于更好达到蝠鲼一样的外形，以及达到更好的运动效果，并且柔性蒙皮采用硅胶、橡胶或TPU制作而成。三个第一扑动组件3的电流相位(弦向波动)依次相差-20°，三个第一扑动组件3的电流相位(弦向波动)依次相差-20°。通过相位差能够进一步更好的达到和蝠鲼一样的运动状态。

如图4所示，第一伸缩式电磁铁32的第一伸缩杆321与第二伸缩式电磁铁33的第二伸缩杆331通电流相位差为180°的交流电流，点a处为初始状态，若第一伸缩杆321的运动方向向左时，则第二伸缩杆331的运动方向向右，则在两根杆子的作用下，会使扑动块51向上转动，进而达到向上扑动的效果，然后先到达平行位置(点b、c)，当到达最高振幅位置时(点d)，两根杆子的电流反向，当第一伸缩杆321的运动方向向右时，则第二伸缩杆331的运动方向向左，会使扑动块51向下转动，进而达到向下扑动的效果，然后恢复到平行位置(点e、f)，最后回到初始位置(点g)，完成一个周期，从而实现连续上下扑动的效果。

综上所述，本实用新型的优点是通过第一伸缩式电磁铁32和第二伸缩式电磁铁33与扑动模块5相结合，实现了结构简洁巧妙，占用空间小，减小重量并且不容易出现故障的效果，同时以扑动的形式也能够更好的效仿蝠鲼的运动状态，达到更好的运动效果。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构，其特征在于，包括固定座(1)、电源(2)、第一扑动组件(3)和第二扑动组件(4)；所述固定座(1)上设置有安装槽(11)；所述电源(2)设置在安装槽(11)内；所述第一扑动组件(3)和第二扑动组件(4)对称设置在固定座(1)的左右两侧；所述第一扑动组件(3)和第二扑动组件(4)均包括扑动支架(31)、

第一伸缩式电磁铁(32)、第二伸缩式电磁铁(33)和扑动模块(5)；

所述扑动支架(31)固定连接在固定座(1)的侧板上；所述扑动支架(31)内侧设置有电磁铁安装槽(311)，且电磁铁安装槽(311)位于固定座(1)侧板的内侧；所述第一伸缩式电磁铁(32)和第二伸缩式电磁铁(33)分别设置在电磁铁安装槽(311)内；且第一伸缩式电磁铁(32)和第二伸缩式电磁铁(33)分别与电源(2)连接；所述扑动支架(31)外侧设置有连接活动槽(312)；所述连接活动槽(312)位于固定座(1)侧板的外侧；所述扑动模块(5)转动连接在连接活动槽(312)内，且第一伸缩式电磁铁(32)的第一伸缩杆(321)穿过固定座(1)侧板与扑动模块(5)铰接，第二伸缩式电磁铁(33)的第二伸缩杆(331)穿过固定座(1)侧板与扑动模块(5)铰接，通过第一伸缩式电磁铁(32)和第二伸缩式电磁铁(33)相配合驱动扑动模块(5)来回转动，从而达到上下扑动的运动效果。

2.根据权利要求1所述的基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构，其特征在于，

所述电源(2)通向第一伸缩式电磁铁(32)的交流电流相位与通向第二伸缩式电磁铁(33)的交流电流相位之间相差180°；使第一伸缩式电磁铁(32)的第一伸缩杆(321)与第二伸缩式电磁铁(33)的第二伸缩杆(331)动作相反。

3.根据权利要求1所述的基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构，其特征在于，

所述扑动模块(5)包括扑动块(51)、扑动转轴(52)和扑动偏心轮(53)；

所述扑动块(51)上设置有贯穿的配合孔(511)；所述扑动转轴(52)的两端分别与连接活动槽(312)的两侧壁固定连接；所述扑动偏心轮(53)偏心转动连接在扑动转轴(52)上；所述扑动块(51)套设在扑动偏心轮(53)外，且扑动偏心轮(53)的外壁与配合孔(511)的内壁相抵；所述第一伸缩式电磁铁(32)与第二伸缩式电磁铁(33)上下对称设置；所述扑动块(51)的内侧通过第一转动组与第一伸缩式电磁铁(32)的第一伸缩杆(321)转动连接；所述扑动块(51)的内侧通过第二转动组与第二伸缩式电磁铁(33)的第二伸缩杆(331)转动连接；所述扑动块(51)的外侧设置有传动杆(54)。

4.根据权利要求3所述的基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构，其特征在于，

所述第一转动组和第二转动组均包括第一连接块(55)、第二连接块(56)和连接轴(57)；所述第一连接块(55)和第二连接块(56)水平对称设置在扑动块(51)的内侧壁上；所述连接轴(57)的两端分别固定连接在第一连接块(55)和第二连接块(56)上；所述连接轴(57)与伸缩式电磁铁的伸缩杆铰接。

5.根据权利要求1所述的基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构，其特征在于，

所述第一扑动组件(3)的数量为三个，所述第二扑动组件(4)的数量为三个，三个第一扑动组件(3)等间隔排列设置在固定座(1)的左侧，三个第二扑动组件(4)等间隔排列设置在固定座(1)的右侧，且三个第一扑动组件(3)与三个第二扑动组件(4)对称设置。

6.根据权利要求5所述的基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构，其特征在于，

还包括第一蝠鲼蒙皮和第二蝠鲼蒙皮，所述第一蝠鲼蒙皮包裹在三个第一扑动组件(3)上，所述第二蝠鲼蒙皮包裹在三个第二扑动组件(4)上。

7.根据权利要求5所述的基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构，其特征在于，

三个所述第一扑动组件(3)的电流相位依次相差-70°～-20°。

8.根据权利要求1所述的基于电磁驱动的仿蝠鲼扑动机构，其特征在于，

所述扑动支架(31)与固定座(1)呈一体成型。