一種低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)，包括本體即磁動力尾鰭，所述磁動力尾鰭包括U型連接架，磁感應(yīng)線圈，強磁擺子和新月形柔性尾鰭，所述磁感應(yīng)線圈由絲包線纏繞在PVC筒管上形成的，所述強磁擺子采用兩個圓形的強磁永磁體吸合安裝在旋轉(zhuǎn)軸的中心位置上，所述旋轉(zhuǎn)軸的兩端安裝在兩個小軸承上，且所述旋轉(zhuǎn)軸的末端通過卡銷把所述小軸承內(nèi)圈鎖住，所述U型連接架將魚身與所述新月形柔性尾鰭連接，所述新月形柔性尾鰭由尾柄和鰭面組成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，體積輕小，加工方便；有很好的絕緣防水功能；不需任何防水保護，大大降低了機構(gòu)的復(fù)雜度；采用電磁感應(yīng)原理，實現(xiàn)零噪聲驅(qū)動；推進效率高，磁動力推進機構(gòu)的工作電壓范圍較廣。
【專利說明】一種低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種磁動力推進機構(gòu)，具體涉及一種低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)，自主水下機器人已經(jīng)慢慢成為人類進行海洋探索和研究的重要平臺。而傳統(tǒng)的自主水下機器人大多采用螺旋槳和葉輪式等原理的常規(guī)推進器，這些推進器的推進效率一般徘徊在40%-60%，除此之外，結(jié)構(gòu)龐大、噪音大、對環(huán)境擾動大、靈活性差和隱蔽性差等缺點，制約了常規(guī)水下推進器的應(yīng)用。目前越來越多的自主水下機器人放棄了傳統(tǒng)的螺旋槳推進方式，而采用模仿魚類高性能的波動推進的游動方式來產(chǎn)生推進力。魚類在大自然中歷經(jīng)了至少5億年的進化，形成獨特的水下游動模式，具有運動效率高、機動性能高和噪聲小的特點。所以，模仿魚類的游動方式不但能提高水下機器人的航行效率和機動性能，更為水下機器人的發(fā)展和應(yīng)用提高了新的思路和方向。
[0003]目前仿生機器魚研究是國內(nèi)外水下機器人研究的熱點，大部分都采用電機驅(qū)動的模式，也有一些研究機構(gòu)采用形狀記憶合金、壓電陶瓷等智能材料作為驅(qū)動元件。如:美國MIT研制的RoboTuna和后續(xù)的仿魚推進器，日本運輸省船舶技術(shù)研究所研制的PF系列機器魚，英國Essex大學(xué)研制的仿生機器鯉魚，以及美國西北大學(xué)研制的波動鰭推進器等。國內(nèi)的仿生機器魚主要有北京大學(xué)的機器魚和仿生海豚、中科院自動化所的仿生機器魚、北京航空航天大學(xué)的SPC系列潛水器、哈爾濱工程大學(xué)的仿生藍鰭金槍魚和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的形狀記憶合金仿生烏賊以及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的仿生機器魚和形狀記憶合金仿生魚鰭。
[0004]以上提及的電機驅(qū)動或智能材料驅(qū)動的仿生機器魚，主要存在著體積冗余、難于防水、控制復(fù)雜的問題，特別是電機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)的防水問題，給仿生機器魚的應(yīng)用帶來很大的制約。針對以上問題，本發(fā)明提出一種新型的采用磁動力作為動力的仿生機器魚推進機構(gòu)，能耗低，不需要考慮驅(qū)動機構(gòu)的防水問題，而且控制方便簡單。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)。
[0006]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)，包括本體即磁動力尾鰭，所述磁動力尾鰭
包括U型連接架，磁感應(yīng)線圈，強磁擺子和新月形柔性尾鰭，所述磁感應(yīng)線圈由絲包線纏繞在PVC筒管上形成的，所述強磁擺子采用兩個圓形的強磁永磁體吸合安裝在旋轉(zhuǎn)軸的中心位置上，所述旋轉(zhuǎn)軸的兩端安裝在兩個小軸承上，且所述旋轉(zhuǎn)軸的末端通過卡銷把所述小軸承內(nèi)圈鎖住，所述U型連接架將魚身與所述新月形柔性尾鰭連接，其所述新月形柔性尾鰭由尾柄和鰭面組成。
[0007]進一步的，所述U型連接架采用硬鋁薄板加工而成，所述絲包線的絲徑為0.2mm。[0008]優(yōu)選的，所述機構(gòu)采用電磁動力擺動方式驅(qū)動，并且采用線圈電磁感應(yīng)和永磁強磁體相結(jié)合的方式，具有很好的導(dǎo)電性和表面絕緣性，在水中不需要做任何防水處理。
[0009]進一步的，所述強磁擺子和所述新月形柔性尾鰭采用磁場吸合與硅膠粘合的固定方式，所述新月形柔性尾鰭是新月形的柔性乳膠板，在擺動過程中通過變形具有合適的擊水角，能獲取較大的推動力。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
采用本發(fā)明技術(shù)方案，結(jié)構(gòu)簡單，體積輕小，加工方便；磁感應(yīng)線圈是采用常見的漆包線繞制而成，具有很好的絕緣防水功能，使得加工簡單便捷；本發(fā)明不需要任何防水保護，直接置于水中便能工作，大大降低了機構(gòu)的復(fù)雜度；本發(fā)明沒有用到電機，采用電磁感應(yīng)原理，實現(xiàn)零噪聲驅(qū)動；推進效率高；與常用的舵機作為驅(qū)動源相比，本發(fā)明的能耗功率僅為舵機的1/4，換言之，推進效率是舵機的4倍，同時，磁動力推進機構(gòu)的工作電壓范圍較廣，從6V-12V都能適應(yīng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明一種低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明一種低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)的結(jié)構(gòu)剖視圖；
圖3是本發(fā)明提供前進推進力的運動控制示意圖；
圖4是本發(fā)明提供右轉(zhuǎn)彎動力的運動控制示意圖；
圖5是本發(fā)明提供左轉(zhuǎn)彎動力的運動控制示意圖。
[0012]圖中標號說明:1、魚身，2、磁動力尾鰭，3、U型連接架，4、漆包線，5、PVC筒管，6、小軸承，7、卡銷,8、旋轉(zhuǎn)軸,9、強磁永磁體,10、新月形尾鰭。
【具體實施方式】
[0013]下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細說明本發(fā)明。
[0014]參照圖1和圖2所示，一種低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)，包括本體即磁動力尾鰭2，所述磁動力尾鰭2包括U型連接架3，磁感應(yīng)線圈，強磁擺子和新月形柔性尾鰭10，所述磁感應(yīng)線圈由絲包線4纏繞在PVC筒管5上形成的，所述強磁擺子采用兩個圓形的強磁永磁體9吸合安裝在旋轉(zhuǎn)軸8的中心位置上，所述旋轉(zhuǎn)軸8的兩端安裝在兩個小軸承6上，且所述旋轉(zhuǎn)軸8的末端通過卡銷7把所述小軸承6內(nèi)圈鎖住，所述U型連接架3將魚身與所述新月形柔性尾鰭10連接，其所述新月形柔性尾鰭10由尾柄和鰭面組成。
[0015]進一步的，所述U型連接架3采用硬鋁薄板加工而成，所述絲包線4的絲徑為0.2mmο
[0016]優(yōu)選的，所述機構(gòu)采用電磁動力擺動方式驅(qū)動，并且采用線圈電磁感應(yīng)和永磁強磁體相結(jié)合的方式，具有很好的導(dǎo)電性和表面絕緣性，在水中不需要做任何防水處理。
[0017]進一步的，所述強磁擺子和所述新月形柔性尾鰭10采用磁場吸合與硅膠粘合的固定方式，所述新月形柔性尾鰭10是新月形的柔性乳膠板，在擺動過程中通過變形具有合適的擊水角，能獲取較大的推動力。
[0018]本發(fā)明的原理:
本發(fā)明是基于電磁感應(yīng)原理而研制出來的，主要包括磁感應(yīng)線圈、強磁擺子和新月形尾鰭10。所述的磁感應(yīng)線圈是采用絲徑0.2mm的漆包線4在PVC筒管5上緊密纏繞而成；所述的強磁擺子是采用圓形汝鐵硼強磁鐵，安裝于磁感應(yīng)線圈某一極磁場最強處的轉(zhuǎn)動軸上，通過交替地改變線圈的電流方向來改變磁場極性，從而實現(xiàn)左右自由擺動；所述的新月形尾鰭10，尾柄部分采用較硬的PVC薄板制成，鰭面采用乳膠材料制成，連接在所述的強磁擺子上，當線圈中通過方向交替變化的電流時，強磁擺子就會帶著柔性尾鰭左右擺動擊水，產(chǎn)生向前游動的推進力。
[0019]如圖3所示，本發(fā)明提供前進推進力的運動控制主要分成四個節(jié)拍，3.A為右靜止狀態(tài)(圖中向上為右，向下為左)，3.B為左擺驅(qū)動，3.C為左靜止狀態(tài)，3.D為右擺驅(qū)動。線圈的電流方向i如3.E控制信號圖所示，當處于3.A狀態(tài)時，此時線圈中不接入電流，當向左擺動時，此時線圈接入+/電流，則尾鰭運動到達最左邊，推進機構(gòu)處于3.C的左靜止狀態(tài)，當向右擺動時，此時線圈接入-J的電流，則尾鰭運動到達最右邊。如此反復(fù)，磁動力推進機構(gòu)就能實現(xiàn)左右來回擺動，提供向前推進的動力，同時通過改變線圈電流i的大小和頻率，就能改變擺動的快速和幅度，從而改變推進力的大小。
[0020]如圖4所示，本發(fā)明提供右轉(zhuǎn)動力的運動控制主要分成四個節(jié)拍，4.A為右靜止狀態(tài)，4.B為左擺驅(qū)動，4.C為中間靜止狀態(tài)，4.D為右擺驅(qū)動。線圈的電流方向i如4.E控制信號圖所示，當處于4.A狀態(tài)時，此時線圈中不接入電流，當向左擺動時，此時線圈接入+/電流，則尾鰭運動向左擺動到達中間位置，推進機構(gòu)處于4.C的中間靜止狀態(tài)，當向右擺動時，此時線圈接入_/的電流，則尾鰭運動到達最右邊。如此反復(fù)，磁動力推進機構(gòu)就能實現(xiàn)在右翼區(qū)域來回擺動，提供向右轉(zhuǎn)彎的動力，同時通過改變線圈電流i的大小和頻率，就能改變擺動的快速和幅度，從而改變轉(zhuǎn)彎角度的大小。此種情況與上述前進情況的控制信號的不同就在于前進推進時向左向右擺動的時間是一樣的，而右轉(zhuǎn)彎時向左擺動的時間只是向右擺動的一半，所以柔性尾鰭就只在右翼區(qū)域來回擺動，從而實現(xiàn)了右轉(zhuǎn)彎。
[0021]如圖5所示，本發(fā)明提供左轉(zhuǎn)動力的運動控制主要分成四個節(jié)拍，5.A為右靜止狀態(tài)，5.B為左擺驅(qū)動，5.C為中間靜止狀態(tài)，5.D為右擺驅(qū)動。此種情況與上述右轉(zhuǎn)彎的情況原理一樣，只是控制信號的方向恰好相反。
[0022]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)，包括本體即磁動力尾鰭(2)，其特征在于，所述磁動力尾鰭(2)包括U型連接架(3)，磁感應(yīng)線圈，強磁擺子和新月形柔性尾鰭(IO )，所述磁感應(yīng)線圈由絲包線(4 )纏繞在PVC筒管(5 )上形成的，所述強磁擺子采用兩個圓形的強磁永磁體(9)吸合安裝在旋轉(zhuǎn)軸(8)的中心位置上，所述旋轉(zhuǎn)軸(8)的兩端安裝在兩個小軸承(6)上，且所述旋轉(zhuǎn)軸(8)的末端通過卡銷(7)把所述小軸承(6)內(nèi)圈鎖住，所述U型連接架(3 )將魚身與所述新月形柔性尾鰭(10 )連接，其所述新月形柔性尾鰭(10 )由尾柄和鰭面組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)，其特征在于，所述U型連接架(3)采用硬鋁薄板加工而成，所述絲包線(4)的絲徑為0.2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)，其特征在于，所述機構(gòu)采用電磁動力擺動方式驅(qū)動，并且采用線圈電磁感應(yīng)和永磁強磁體相結(jié)合的方式，具有很好的導(dǎo)電性和表面絕緣性，在水中不需要做任何防水處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗仿生機器魚的磁動力推進機構(gòu)，其特征在于，所述強磁擺子和所述新月形柔性尾鰭(10)采用磁場吸合與硅膠粘合的固定方式，所述新月形柔性尾鰭(10)是新月形的柔性乳膠板，在擺動過程中通過變形具有合適的擊水角，能獲取較大的推動力。
【文檔編號】B63H1/36GK103950525SQ201410166857
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】顏欽, 曹致榮, 沃增亞, 黃朋, 王書文 申請人:蘇州科技學(xué)院