仿生摆动机构的制作方法

1.本实用新型涉及水下动力装置领域，具体而言，涉及一种仿生摆动机构。


背景技术：

2.仿生水下机器人的主要动力机构是尾部的仿生摆动机构，动力来源一般是电机，仿生摆动机构把电机的转动转化为往复摆动运动，从而带动鱼尾完成类似鱼类的摆尾动作，给仿生机器鱼提供前进的动力。鱼类的尾鳍运动的前进方式是相对节能的运动方式，仿生摆动机构模拟鱼类的摆尾运动，提供了一种比较节能的运动转化方案，即把电机的圆周转动转化为模拟鱼类摆尾的往复摆动运动。通过简单的结构来完成这种转化。
3.随着仿生机器人的发展越来越受关注，仿生摆动鱼尾的实现方案较多，有齿轮实现鱼尾摆动的方案，多级齿轮传动，使得结构较为复杂；也有其他实现仿生鱼尾摆动的方案，比如直接使用防水舵机，舵机轴带动舵机盘往复转动，即可以模拟鱼尾的摆动，但是舵机的成本高，结构更为复杂。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种仿生摆动机构，其通过旋转臂、动力传输臂和动力输出轴体构成一个曲柄摇杆机构，在动力装置的作用下，实现鱼尾板的往复摆动，结构简单。
5.本实用新型的技术方案是这样的：
6.一种仿生摆动机构，其包括动力装置、固定架、动力输入轴体、旋转臂、动力传输臂、动力输出轴体、摆动臂和鱼尾板；
7.所述动力装置连接所述动力输入轴体；
8.所述传动机构设置在所述固定架上，所述动力装置通过传动机构与所述鱼尾板连接；
9.所述动力输入轴体转动设置在所述固定架上，所述动力装置与所述动力输入轴体的一端连接，所述旋转臂的一端与所述动力输入轴体的另一端连接；
10.所述旋转臂的另一端与所述动力传输臂的一端连接，所述动力传输臂的另一端与所述动力输出轴体转动连接；
11.所述动力输出轴体转动设置在所述固定架上，所述摆动臂的一端与所述动力输出轴体连接，所述摆动臂的另一端连接所述鱼尾板。
12.优选的，所述动力传输臂与所述动力输出轴体之间通过销钉转动连接。
13.优选的，所述销钉的轴线与所述动力输入轴体的轴线在同一平面上。
14.优选的，所述动力输出轴体通过轴承与所述固定架连接。
15.优选的，所述动力输出轴体的至少一端设置有连接件，所述摆动臂通过所述连接件与所述动力输出轴体连接。
16.优选的，所述连接件为方形块，所述方形块的一端嵌入在所述动力输出轴体的端
部，另一端嵌入在所述摆动臂上。
17.优选的，所述摆动臂包括上臂和下臂；
18.所述上臂的一端与所述动力输出轴体连接，所述上臂的另一端与所述鱼尾板连接；
19.所述下臂的一端与所述动力输出轴体连接，所述下臂的另一端与所述鱼尾板连接。
20.优选的，所述动力输入轴体的一端设置有定位槽，所述旋转臂的一端设置在所述定位槽内。
21.优选的，所述定位槽的槽底设置有螺纹孔，所述旋转臂上设置有固定孔，固定螺栓穿过所述固定孔后与所述螺纹孔螺纹连接。
22.优选的，所述旋转臂包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂之间所成的夹角为钝角；
23.所述第一臂的一端与所述动力输入轴体连接，所述第一臂的另一端与所述第二臂的一端连接，所述第二臂的另一端与所述动力传输臂连接，所述动力传输臂设置于所述夹角对应的区域内；
24.或，所述旋转臂为弧形臂，所述动力传输臂的一端与所述旋转臂连接，所述弧形臂的另一端通过所述弧形臂的弧形所对应的圆心。
25.本实用新型的有益效果是：
26.动力装置通过动力输入轴体将转动力传输给旋转臂，再经由旋转臂、动力传输臂和动力输出轴体构成曲柄摇杆机构，将旋转动力改变为往复摆动动作，并通过动力输出轴体输出，动力输入轴体进一步带动摆动臂和鱼尾板进行摆动，实现模拟鱼类摆尾的往复摆动运动；本实用新型只采用数量较少的杆结构来实现模拟鱼类摆尾的往复摆动运动，结构简单。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
28.图1为本实用新型实施例提供的仿生摆动机构的结构示意图；
29.图2为本实用新型实施例提供的仿生摆动机构的立体结构示意图；
30.图3为本实用新型实施例提供的仿生摆动机构的各部件的转动轴线位置示意图；
31.图4为本实用新型实施例提供的仿生摆动机构的动力输入轴体的结构示意图；
32.图5为图4的a
‑
a剖视图；
33.图6为本实用新型实施例提供的仿生摆动机构的动力输入轴体的立体结构示意图；
34.图7为本实用新型实施例提供的仿生摆动机构的旋转臂的结构示意图；
35.图8为本实用新型实施例提供的仿生摆动机构的旋转臂的另一种结构示意图；
36.图9为本实用新型实施例提供的仿生摆动机构的动力输出轴体的立体结构示意
图；
37.图10为本实用新型实施例提供的仿生摆动机构的固定架的第二横杆的结构示意图。
38.图中：
39.主要元件符号说明：1
‑
第一竖杆；2
‑
动力输入轴体；3
‑
旋转臂；4
‑
动力传输臂；5
‑
销钉；6
‑
动力输出轴体；7
‑
动力输出轴；8
‑
第一横杆；9
‑
上臂；10
‑
鱼尾板；11
‑
下臂；12
‑
第二竖杆；13
‑
第二横杆；14
‑
连接件；15
‑
第一轴线；16
‑
第二轴线；17
‑
第三轴线；18
‑
定位槽；19
‑
螺纹孔；20
‑
定位块；21
‑
第一臂；22
‑
第二臂；23
‑
固定孔；24
‑
连接孔；25
‑
转动孔；26
‑
销孔；27
‑
嵌入槽；28
‑
固定槽；29
‑
定位孔；30
‑
转动销。
具体实施方式
40.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
41.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
43.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
44.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
45.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
46.下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
47.本实用新型提供了一种仿生摆动机构，如图1和图2所示，其包括动力装置、固定架、动力输入轴体2、旋转臂3、动力传输臂4、动力输出轴体6、摆动臂和鱼尾板10；动力装置
连接动力输入轴体2；传动机构设置在固定架上，动力装置通过传动机构与鱼尾板10连接；动力输入轴体2转动设置在固定架上，动力装置与动力输入轴体2的一端连接，旋转臂3的一端与动力输入轴体2的另一端连接；旋转臂3的另一端与动力传输臂4的一端连接，动力传输臂4的另一端与动力输出轴体6转动连接；动力输出轴体6转动设置在固定架上，摆动臂的一端与动力输出轴体6连接，摆动臂的另一端连接鱼尾板10。
48.在本实施例中，如图3所示，动力输入轴体2的中心轴线为第一轴线15，动力传输臂4与动力输出轴体6转动连接，两者的转动轴线为第二轴线16，动力输出轴体6的中心轴线为第三轴线17，第一轴线15、第二轴线16和第三轴线17相交于同一点。
49.具体的，在本实施例中，第一轴线15和第二轴线16水平设置，第三轴线17竖直设置。
50.在使用时，动力装置启动，通过动力装置带动动力输入轴体2绕第一轴线15转动，动力输入轴体2带动旋转臂3绕第一轴线15转动，旋转臂3的一端经过第一轴线15，旋转臂3的另一端与动力传输臂4的一端连接，带动动力传输臂4的一端绕第一轴线15旋转，动力传输臂4另一端与动力输出轴体6转动连接，且能绕第二轴线16进行上下方向摆动，同时动力传输臂4带动动力输出轴体6绕第三轴线17进行水平方向摆动，构成曲柄摇杆结构。
51.在本实施例中，动力输出轴体6的摆动较大取决于动力传输臂4和旋转臂3的尺寸，动力输出轴体6的往复运动传递给摆动臂，从而带动鱼尾板10进行摆动。整个链路的开始端为动力装置，结束端为鱼尾板10，通过中间的曲柄药膏结构进行动力传输，把动力装置的转动转化为往复摆动传输给鱼尾板10，再通过鱼尾板10往复摆动给其他设备提供前进的动力。
52.在本实施例中，固定架包括第二竖杆12、第一竖杆1、第一横杆8和第二横杆13，第一横杆8的两端分别与第二竖杆12的下端、第一竖杆1的下端连接，第二竖杆12的上端连接第二横杆13的一端。
53.具体的，如图10所示，在第二横杆13的两端的上侧面上设置有至少两个定位孔29或定位槽18，在第一竖杆1和第二竖杆12的下端设置有定位杆，将定位杆插入到定位孔29或定位槽18内后，能够实现第一竖杆1和第二竖杆12在第二横杆13上的位置的定位准确性。
54.在第二竖杆12的上端的侧面上设置有至少两个定位孔29或定位槽18，第一横杆8的一端设置定位杆，通过定位杆与定位孔29或定位槽18的配合，保证了第一横杆8与第二竖杆12之间的位置的定位准确性。
55.动力输入轴体2转动设置在第一竖杆1上，动力输出轴体6的上下两端分别转动设置在第一横杆8和第二横杆13上。
56.在本实施例中，动力输出轴体6的上下两端均设置有动力输出轴7，通过动力输出轴7分别与第一横杆8和第二横杆13转动连接。
57.也就是说，在第一横杆8上设置有轴孔，在第二横杆13上设置有轴孔或轴槽，使得动力输出轴体6的上下两端能够分别通过动力输出轴7与第一横杆8和第二横杆13进行转动连接。
58.优选的，如图9所示，动力传输臂4与动力输出轴体6之间通过销钉5进行转动连接。
59.通过销钉5进行转动连接，能够便于动力传输臂4与动力输出轴体6之间的快速拆卸和安装。
60.具体的，在本实施例中，动力输出轴体6上设置有转动孔25，转动孔25上相对的两个侧壁上均设置有销孔26，且两个销孔26同轴对应设置。
61.更具体的，在本实施例中，转动孔25设置在动力输出轴体6的侧壁上，且贯穿动力输出轴体6设置。
62.在本实施例中，转动孔25为腰型孔，其长度方向为动力传输臂4的摆动方向。
63.更具体的，在本实施例中，销钉5依次穿过销孔26、转动孔25和另一个销孔26后，通过螺母进行固定，此时动力传输臂4能够绕销钉5进行转动，而此时销钉5的中心轴线为第二轴线16。
64.需要指出的是，在本实施例中，动力传输臂4与动力输出轴体6之间的转动连接方式为通过销钉5转动连接，但其不仅仅局限于这一种转动连接方式，其还可以是其他的转动连接方式，如还可以是球连接等，其只要能够实现动力传输臂4在第二轴线16上进行上下摆动即可。
65.具体的，在本实施例中，通过旋转臂3带动动力传输臂4转动时，动力传输臂4扫过的轨迹形成一个圆锥面，也就是说，动力传输臂4既能够进行上下方向的摆动，在同时还能进行水平方向的摆动。
66.当动力传输臂4进行上下方向摆动时，其绕第二轴线16转动，当动力传输臂4进行水平方向摆动时，其绕第三轴线17转动。
67.由于动力传输臂4与动力输出轴体6通过销钉5连接，当动力传输臂4绕第三轴线17摆动时，会带动动力输出轴体6一同绕第三轴线17摆动，进而带动摆动臂和鱼尾板10共同绕第三轴线17进行摆动，鱼尾式摆动。
68.在优选的实施方式中，动力输出轴体6通过轴承与固定架连接。
69.具体的，在固定架上设置有轴承，动力输出轴体6的下端与轴承的内圈连接，轴承的外圈固定在固定架上，实现降低动力输出轴体6与固定架之间的摩擦力，提高动力输出轴体6的转动效率。
70.动力输出轴体6的上端也可以通过轴承与固定架进行连接。
71.具体的，在本实施例中，如图10所示，第一横杆8上设置有固定槽28，轴承的外圈嵌入设置在固定槽28内。
72.优选的，动力输出轴体6的至少一端设置有连接件14，摆动臂通过连接件14与动力输出轴体6连接。
73.通过连接件14将摆动臂与动力输出轴体6进行连接后，实现摆动臂与动力输出轴体6同步摆动。
74.连接件14的设置方式有很多种，具体的，在本实施例中，连接件14为方形块，方形块的一端嵌入在动力输出轴体6的端部，另一端嵌入在摆动臂上。
75.更具体的，如图9所示，动力输出轴体6的上端具有嵌入槽27，摆动臂上设置有嵌入孔，方形块的一端插入到嵌入槽27内，方形块的另一端插入到嵌入孔内。在方形块的作用下，使得摆动臂能够跟随动力输出轴体6进行水平方向的摆动。
76.需要指出的是，连接件14可以是方形块，但其不仅仅局限于方形块这一种结构，其还可以是其他的结构，如还可以是通过螺栓连接、销轴连接等方式进行连接等，也就是说，只要能够通过动力输出轴体6的摆动，带动摆动臂进行摆动即可。
77.优选的，摆动臂包括上臂9和下臂11；上臂9的一端与动力输出轴体6连接，上臂9的另一端与鱼尾板10连接；下臂11的一端与动力输出轴体6连接，下臂11的另一端与鱼尾板10连接。
78.具体的，在本实施例中，上臂9和下臂11的结构相对，上下对称设置，能够增加鱼尾板10在摆动时的稳定性。
79.上臂9的一端与动力输出轴体6的上端通过连接件14进行连接，下臂11的一端与动力输出轴体6的下端进行固定连接，固定连接的方式可以是螺栓固定、销轴连接、焊接、铆接等。
80.上臂9的另一端与鱼尾板10固定连接，下臂11的另一端也与鱼尾板10固定连接。具体的连接方式包括但不限于螺栓固定、销轴连接、铆接、焊接等。
81.优选的，如图4、图5和图6所示，动力输入轴体2的一端设置有定位槽18，旋转臂3的一端设置在定位槽18内。
82.具体的，在本实施例中，定位槽18的贯穿槽，其定位槽18的长度方向为动力输入轴体2的直径方向。
83.旋转臂3的一端插入到定位槽18内后，通过定位槽18的设置，实现对旋转臂3的宽度方向的定位，避免其在旋转臂3的宽度方向上产生晃动或位移；以及实现了旋转臂3相对于动力输入轴体2的转动定位，保证了动力输入轴体2带动旋转臂3进行转动时，旋转臂3响应的及时性。
84.具体的，在本实施例中，定位槽18为贯穿槽，其贯穿设置在动力输入轴体2的端部，旋转臂3完全穿过定位槽18后，其端部从定位槽18伸出。
85.优选的，定位槽18的槽底设置有螺纹孔19，旋转臂3上设置有固定孔23，固定螺栓穿过固定孔23后与螺纹孔19螺纹连接。
86.通过固定螺栓和固定孔23的配合，将旋转臂3固定在动力输入轴体2上，进而实现了旋转臂3在动力输入轴体2上的沿旋转臂3长度方向上的定位。
87.在本实施例中，在螺纹孔19远离定位槽18的一端设置有凹槽，凹槽内设置有定位块20，定位块20上设置有与螺纹孔19相同的内螺纹，其能够与固定螺栓进行螺纹连接，进一步增加固定螺栓在螺纹孔19内的连接稳定性。
88.优选的，如图7所示，旋转臂3包括第一臂21和第二臂22，第一臂21和第二臂22之间所呈的夹角为钝角；第一臂21的一端与动力输入轴体2连接，第一臂21的另一端与第二臂22的一端连接，第二臂22的另一端与动力传输臂4连接，动力传输臂4设置夹角对应的区域内。
89.具体的，在本实施例中，固定孔23设置在第一臂21上，在第二臂22上设置有与动力传输臂4转动连接的连接孔24。
90.在本实施例中，将旋转臂3分为第一臂21和第二臂22两部分，且第一臂21和第二臂22之间具有一定的夹角，能够在减小整体旋转半径的情况下，保证摆动幅度。
91.需要指出的是，在本实施例中，旋转臂3设置为两部分，其也可以是设置为更多部分的连接结构，其只要能够通过具有夹角的设置，产生折弯效果，进而能够在保证摆动幅度的情况下，减小整体旋转的半径即可。
92.如图8所示，在本实施例中，第一臂21和第二臂22可以设置为转动连接，而在第一臂21上设置的固定孔23的数量设置为多个，多个固定孔23沿第一臂21的长度方向设置。
93.此时，通过不同固定孔23与螺纹孔19相对应设置，再经过对第一臂21和第二臂22的角度进行调节，能够实现对动力传输臂4的摆动角度进行调整，进而实现对动力输出轴体6的摆动角度的调整，最终实现对鱼尾板10的摆动角度的调整。
94.具体的，在本实施例中，第一臂21和第二臂22之间的转动连接方式为销轴连接，在角度调节后，通过螺母与转动销30进行螺纹连接，实现第一臂21和第二臂22之间的角度固定定位。
95.旋转臂3为弧形臂，动力传输臂4的一端与旋转臂3连接，弧形臂的另一端通过弧形臂的圆心。
96.同理，在本实施例中，将旋转臂3设置为弧形，也能够在减小整体旋转半径的情况下，保证摆动幅度。
97.本实用新型的有益效果是：
98.动力装置通过动力输入轴体2将转动力传输给旋转臂3，再经由旋转臂3、动力传输臂4和动力输出轴体6构成曲柄摇杆机构，将旋转动力改变为往复摆动动作，并通过动力输出轴体6输出，动力输入轴体2进一步带动摆动臂和鱼尾板10进行摆动，实现模拟鱼类摆尾的往复摆动运动；本实用新型只采用数量较少的杆结构来实现模拟鱼类摆尾的往复摆动运动，结构简单。
99.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。