基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置

本发明涉及一种推进器中的类鱼式推进器，具体涉及一种基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置。

背景技术：

类鱼式推进相比于传统的推进方式，具有效率高、噪声低等优点。目前，在机器鱼上较为常用的摆动机构是舵机，但是舵机的频率较低，难以实现快速摆动，采用舵机的机器人往往速率较低。也有人采用连杆机构将电机的转动转换为摆动运动，但是往往体积较大，难以保持鱼类的流线型外形。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提出一种基于磁驱动的快速摆动式水下推进装置，该装置是一种小体积快速摆动机构，能够模仿鱼尾的快速摆动，从而实现快速的摆动式推进。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置，所述装置包括仿生鳍，支架，摆动连杆，设于支架上的水下电机；所述仿生鳍通过转动副与摆动连杆相连，摆动连杆可带动仿生鳍绕转动副的轴摆动，转动副的轴固定于支架上；所述摆动连杆包括两个臂，两个臂上分别设有磁铁a和磁铁c，且二者朝向电机轴的一端的极性相同；所述水下电机连接有电机轴，所述电机轴位于摆动连杆的两个臂之间，电机轴上固定设有磁铁b和磁铁d，且二者朝向电机轴外侧的一端的极性相反。

上述技术方案中，进一步地，所述的磁铁材料不限，要能提供足够磁力，最好是钕铁硼磁铁磁铁材料。

进一步地，所述的装置采用防水设计。

进一步地，所述磁铁a和磁铁c、磁铁b和磁铁d分别相对于电机轴的轴线平行。

进一步地，所述的基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置可作为水下机器人的螺旋桨，或作为机器鱼的尾鳍。

上述仿生鳍为硅胶仿生鳍。

装置对摆动连杆有限位，防止出现摆动连杆碰到电机轴造成摩擦磨损，影响电机旋转，减少寿命的不利情况：具体为：通过在转动副上设置限位槽，在转动副的轴上设置凸起，限位槽与凸起配合用于限制摆动连杆的旋转角度。当转动的仿生鳍转动超过一定角度，凸起就会卡住限位槽边缘从而阻止转动副转动，进而阻止摆动连杆的旋转，从而达到限位效果。

本发明装置的有益效果在于：

本发明的基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置是一种高频率、小体积的类鱼式推进器，能够模仿鱼尾的快速摆动，从而实现快速的摆动式推进。

附图说明

图1为推进装置俯视图；

图2为推进装置立体图；

图中：1是硅胶仿生鳍，2是转动副，3是支架，4是磁铁a，5是磁铁b，6是水下电机，7是电机轴，8是摆动连杆，9是磁铁c，10是磁铁d，11是限位槽。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一种基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置，其结构如图1～2所示。该装置包括仿生鳍1，支架3，摆动连杆8，设于支架3上的转动副2和水下电机6；所述仿生鳍1通过转动副2与摆动连杆8相连，摆动连杆8可带动仿生鳍1绕转动副2的轴摆动，转动副2的轴固定于支架3上；所述摆动连杆8包括两个臂，两个臂上分别设有磁铁a4和磁铁c9，且二者朝向电机轴7的一端的极性相同；所述水下电机6连接有电机轴7，所述电机轴7位于摆动连杆8的两个臂之间，电机轴7上固定设有磁铁b5和磁铁d10，且二者朝向电机轴7外侧的一端的极性相反。所述转动副2上设有限位槽11，所述的转动副2的轴上设有凸起，限位槽11与凸起配合用于防止摆动连杆8的旋转角度过大而对电机轴7造成磨损。限位槽11的角度可根据实际情况进行设计，只要能保证转动副2转动到最大角度时摆动连杆8不会碰到电机轴7即可。

所述的磁铁a4、磁铁b5、磁铁c9、磁铁d10的材料为钕铁硼磁铁。所述的水下推进装置采用防水设计。所述磁铁a4和磁铁c9、磁铁b5和磁铁d10分别相对于电机轴7的轴线平行。所述的基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置可作为水下机器人的螺旋桨，或作为机器鱼的尾鳍。

以下对本装置的工作原理和工作过程进行描述：

为了叙述方便，假定初始时磁铁a4和磁铁c9朝向电机轴7的一端的极性都是s极；磁铁b5和磁铁d10朝向电机轴7外侧的一端的极性相反，磁铁b5朝磁铁a4的那端是s极，磁铁d10朝磁铁c9的那端是n极。

本发明的基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置的工作原理如下：

电机6转到图1所示位置时，磁铁a4和磁铁b5产生斥力，磁铁c9和磁铁d10产生吸力，仿生鳍1逆时针摆动；电机转过180度后，磁铁b5转到了磁铁d10的位置，而磁铁d10转到了磁铁b5的位置，上方的两块磁铁(磁铁a4和磁铁d10)产生吸力，下方的两块磁铁(磁铁b5和磁铁c9)产生斥力，仿生鳍1顺时针摆动。如此循环往复，电机每旋转1周，仿生鳍来回摆动1次，最终实现仿生鳍1的快速摆动。

本发明装置的具体工作过程如下：

1、水下电机6上电之后电机轴7旋转；

2、如图1，当电机轴7旋转到磁铁a4和磁铁b5相对，磁铁c9和磁铁d10相对的时候，磁铁a4和磁铁b5同性相斥，磁铁c9和磁铁d10异性相吸，仿生鳍1、转动副2、摆动连杆8会一起绕2转动副的轴逆时针旋转；

水下电机6旋转180度之后，磁铁b5转到了磁铁d10的位置，磁铁d10转到了磁铁b5的位置，上方的两块磁铁(磁铁a4和磁铁d10)产生吸力，下方的两块磁铁(磁铁b5和磁铁c9)产生斥力，仿生鳍1顺时针摆动；

3、水下电机6一直旋转，步骤2的过程不断重复，仿生鳍1可实现来回摆动。水下电机6每旋转1圈为1个周期，水下电机6的转速越高，周期越短，仿生鳍1的摆动频率也就越高。

技术特征：

1.一种基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置，其特征在于，所述装置包括仿生鳍，支架，摆动连杆，设于支架上的水下电机；所述仿生鳍通过转动副与摆动连杆相连，摆动连杆可带动仿生鳍绕转动副的轴摆动，所述的转动副的轴固定设于支架上；所述摆动连杆包括两个臂，两个臂上分别设有磁铁a和磁铁c，且二者朝向电机轴的一端的极性相同；所述水下电机连接有电机轴，所述电机轴位于摆动连杆的两个臂之间，电机轴上固定设有磁铁b和磁铁d，且二者朝向电机轴外侧的一端的极性相反。

2.如权利要求1所述的基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置，其特征在于，所述的磁铁a、磁铁b、磁铁c、磁铁d的材料为钕铁硼磁铁。

3.如权利要求1所述的基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置，其特征在于，所述的水下推进装置采用防水设计。

4.如权利要求1所述的基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置，其特征在于，所述磁铁a和磁铁c、磁铁b和磁铁d分别相对于电机轴的轴线平行。

5.如权利要求1所述的基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置，其特征在于，所述转动副上设有限位槽，所述的转动副的轴上设有凸起，所述限位槽与凸起配合用于防止摆动连杆的旋转角度过大而对电机轴造成磨损。

6.如权利要求1-5任一项所述的基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置，其特征在于，可作为水下机器人的螺旋桨，或作为机器鱼的尾鳍。

技术总结
本发明公开了一种基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置，所述装置包括仿生鳍，支架，摆动连杆，设于支架上的水下电机；所述仿生鳍通过转动副与摆动连杆相连，摆动连杆可带动仿生鳍绕转动副的轴摆动，所述的转动副的轴固定设于支架上；所述摆动连杆包括两个臂，两个臂上分别设有磁铁A和磁铁C，且二者朝向电机轴的一端的极性相同；所述水下电机连接有电机轴，所述电机轴位于摆动连杆的两个臂之间，电机轴上固定设有磁铁B和磁铁D，且二者朝向电机轴外侧的一端的极性相反。本发明的基于磁驱动机构的快速摆动式水下推进装置是一种高频率、小体积的类鱼式推进器，能够模仿鱼尾的快速摆动，从而实现快速的摆动式推进。

技术研发人员：张锋;宁扬
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2021.02.05
技术公布日：2021.06.01