柔性仿生推進器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種柔性仿生推進器，包括一個以上的柔性仿生擺動關節，所述柔性仿生擺動關節包括腔體、擺桿、轉軸和鰭條，所述擺桿安裝于腔體內并將腔體分隔成第一腔室和第二腔室，所述擺桿的一端為轉動端，所述擺桿的另一端為自由擺動端，通過自由擺動端的擺動使轉動端轉動；所述第一腔室和第二腔室上分別開設有連通油孔，所述轉軸連接于擺桿的轉動端，所述鰭條安裝于轉軸上。該柔性仿生推進器具有運動柔性和結構柔性。
【專利說明】柔性仿生推進器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種仿生運動器械，尤其涉及一種柔性仿生推進器。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展和科技的進步，研制新型水下航行器的仿生運動推進器的工作越來越顯得重要。仿生擺動關節既是仿生推進器的結構組成部分，又是其模擬各種仿生節律運動的基礎，仿生擺動關節的運動特性好壞將直接影響到整個仿生推進器的性能。
[0003]目前，現有的用于水下航行器的仿生推進器，一般由若干個獨立或者聯動的電機直驅式剛性仿生擺動關節，通過特定機械結構組合在一起，再通過剛性機械傳動結構來模擬水下生物的柔性節律運動。由于剛性仿生擺動關節一般由電機直接驅動或者通過運動變換機構驅動仿生關節，當機械結構固定后，擺動運動規律無法調整，造成仿生運動形式單一、可調參數少。更為嚴重的是，當仿生擺動關節受外界干擾時，容易造成運動卡死，甚至機械結構和電氣系統損壞。許多相關試驗表明，以剛性仿生擺動關節運動為基礎，仿生推進器所模擬的仿生運動比較僵硬，造成仿生推進效率低下。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題就在于:針對現有技術存在的技術問題，本實用新型提供一種具有運動柔性和結構柔性的柔性仿生推進器。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型提出的技術方案為:
[0006]一種柔性仿生推進器，包括一個以上的柔性仿生擺動關節，所述的柔性仿生擺動關節包括腔體、擺桿、轉軸和鰭條，所述擺桿安裝于腔體內并將腔體分隔成第一腔室和第二腔室，所述擺桿的一端為轉動端，所述擺桿的另一端為自由擺動端，通過自由擺動端的擺動使轉動端轉動；所述第一腔室和第二腔室上分別開設有連通油孔，所述轉軸連接于擺桿的轉動端，所述鰭條安裝于轉軸上。
[0007]作為上述技術方案的進一步改進:
[0008]所述擺桿上開設有允許流體從第一腔室向第二腔室流動的第一單向閥及允許液流從第二腔室向第一腔室流動的第二單向閥。
[0009]所述擺桿上開設有兩個單向閥孔，所述單向閥孔為階梯孔狀，所述第一單向閥、第二單向閥均包括安裝于單向閥孔內的閥芯、閥芯彈簧及調節螺釘，所述閥芯安裝于單向閥孔內并靠近階梯部，所述閥芯彈簧一端頂緊閥芯，另一端與調節螺釘相連；所述調節螺釘上開設有過油孔。
[0010]所述擺桿上自由擺動端的擺動行程上設置有兩根復位彈簧，分別對應安裝于第一腔室和第二腔室中，所述復位彈簧的一端與擺桿的自由擺動端相連，所述復位彈簧另一端與腔體的內壁相連。
[0011]所述腔體包括邊框和兩個密封端蓋，兩個密封端蓋位于邊框的兩端形成密封腔體。[0012]所述腔體上設有用來安裝轉動端的容置腔，所述容置腔由邊框、兩個密封端蓋扣合形成。
[0013]所述腔體的截面形狀為扇形，所述自由擺動端位于扇形腔體中較大的一端內。
[0014]所有柔性仿生擺動關節依次排列并固定安裝于支架組件上。
[0015]所述轉軸的一端伸出腔體，所述鰭條連接于轉軸上的伸出端上；靠近轉軸伸出端的密封端蓋上設有密封組件，所述密封組件包括密封圈、擠壓蓋及連接件，所述密封圈套設與轉軸上并通過連接件和壓蓋固定于密封端蓋上。
[0016]所述擺桿上自由擺動端的底部兩側分別設有凸臺。
[0017]與現有技術相比，本實用新型的優點在于:
[0018](I)本實用新型的具有一定的運動柔性和結構柔性。仿生擺動關節的運動柔性是指擺幅、擺頻、擺動規律等運動參數能夠動態調整，擺動換向時無運動速度或加速度沖擊；結構柔性是指當有外界干擾限制而無法正常擺動運動時，仿生柔性擺動關節能夠調整適應，自動切斷傳動鏈，避免機械結構或者電氣系統損壞。本實用新型通過簡單地改變液壓閥控制策略，即可改變液壓流量，由此實現柔性仿生擺動關節擺幅、擺頻參數的調整，以及實現不同的擺動規律，如正弦擺動規律、三角波擺動規律等；(2)本實用新型有效保護其結構安全，避免機械結構損壞，實現仿生結構柔性。柔性仿生擺動關節在發生過載時，能夠自動開啟泄流保護結構，而且它未過載的柔性仿生擺動關節的運動則不受影響。當過載消除后，其運動自行恢復；(3)本實用新型設置緩沖容腔、復位彈簧，有效降低了擺動換向時的液流沖擊；(4)本實用新型設計的邊框等部件的扇形外形，使得其沿軸向尺寸較小，而垂直于軸向尺寸較大，這種扁平扇形結構便于在緊湊的體積內實現大的轉矩輸出；(5)本實用新型在其工作過程中安全、可靠，具有很強的可移植性和實用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型柔性仿生擺動關節的分解結構示意圖。
[0020]圖2是本實用新型柔性仿生擺動關節的主視結構示意圖。
[0021]圖3是圖3的A-A截面的剖視圖。
[0022]圖4是本實用新型柔性仿生推進器的結構示意圖。
[0023]圖5是本實用新型柔性仿生推進器處于正常運動狀態的結構示意圖。
[0024]圖6是本實用新型柔性仿生推進器的鰭條處于受阻狀態的結構示意圖。
[0025]圖中各標號表示:
[0026]1、第一密封端蓋；2、邊框；21、容置腔；22、第一油孔；23、第二油孔；24、第一腔室；25、第二腔室；26、腔體；3、擺桿；31、第一閥孔；32、第二閥孔；33、凸臺；34、轉動端；4、第一單向閥；41、第一閥芯；42、第一閥芯彈簧；43、第一調節螺釘；5、第二單向閥；51、第二閥芯；52、第二閥芯彈簧；53、第二調節螺釘；6、轉軸；7、平鍵；8、復位彈簧；9、第二密封端蓋；10、密封圈；11、壓蓋；12、連接件；13、支架；14、鰭條；15、油管接頭。
【具體實施方式】
[0027]圖1至圖6示出了本實用新型的柔性仿生推進器的實施例，包括一個以上的柔性仿生擺動關節，柔性仿生擺動關節包括腔體26、擺桿3、轉軸6和鰭條14，擺桿3安裝于腔體26內并將腔體26分隔成第一腔室24和第二腔室25，擺桿3的一端為轉動端34，擺桿3的另一端為自由擺動端，通過自由擺動端的擺動使轉動端34轉動；第一腔室24和第二腔室25上分別開設有連通油孔，連通油孔用于注入或排除液壓油，連通油孔包括第一油孔22及第二油孔23，轉軸6連接于擺桿3的轉動端34，鰭條14安裝于轉軸6上。擺桿3在擺動過程中將腔體26分割為大小變化、總體積之和不變的第一腔室24和第二腔室25，通過連通油孔交替向這第一腔室24和第二腔室25內注入一定壓力的液流，即可推動擺桿3做周期性往復擺動，擺頻、擺幅和擺動規律可通過注入的液流控制，由此實現擺動運動的柔性。
[0028]本實施例中，擺桿3上開設有允許流體從第一腔室24向第二腔室25流動的第一單向閥4及允許液流從第二腔室25向第一腔室24流動的第二單向閥5 ;擺桿3上開設有兩個單向閥孔，單向閥孔為階梯孔狀，第一單向閥4、第二單向閥5均包括安裝于單向閥孔內的閥芯、閥芯彈簧及調節螺釘，閥芯安裝于單向閥孔內并靠近階梯部，閥芯彈簧一端頂緊閥芯，另一端與調節螺釘相連，調節螺釘上開設有過油孔。兩個單向閥孔包括第一閥孔31和第二閥孔32，第一閥孔31和第二閥孔32的階梯孔狀為相反布置，閥芯包括第一閥芯41及第二閥芯51，閥芯彈簧包括第一閥芯彈簧42及第二閥芯彈簧52，調節螺釘包括第一調節螺釘43及第二調節螺釘53，所述第一閥芯41、第一閥芯彈簧42及第一調節螺釘43設于第一閥孔31內，所述第二閥芯51、第二閥芯彈簧52及第二調節螺釘53設于第二閥孔32內。通過在第一腔室24和第二腔室25之間設置兩個反向安裝的第一單向閥4、第二單向閥5，使擺桿3在收到外界干擾使得無法繼續擺動時，其中一腔室(高壓腔室)中繼續注入的高壓液流，其中一單向閥開啟，液流流向另一個腔室(低壓腔室)，第一單向閥4、第二單向閥5開啟壓力可由閥芯彈簧通過調節螺釘分別調整。本實施例中，第一單向閥4、第二單向閥5為球形體閥，在其他實施例中，閥芯可選取圓錐臺形狀、圓柱形狀、膜片。
[0029]本實施例中，當液壓系統通過第一油孔22向第一腔室24注入一定壓力液壓時，擺桿3將繞轉軸6順時針轉動。若轉軸6所受負載力矩過大，或者受外界干擾而無法繼續順時針轉動，則第一腔室24中的液流壓力繼續升高，直至將第一單向閥4的第一閥芯41推開，使得高壓液流將經過第一調節螺釘43上的過油孔自動流向處于低壓的第二腔室25，避免機械結構或者液壓系統中電氣系統損壞。當繼續向第二油孔23中注入高壓液壓油時，若擺桿3和轉軸6所受負載力矩在正常范圍，則第二腔室25內的液流壓力不會升高到將第二單向閥5開啟，即擺桿3可以正常逆時針轉動，否則第二單向閥5將開啟，使得液流直接從高壓第二腔室25流向低壓第一腔室24，此時擺桿3停止擺動。當本實用新型所受正、反向負載力矩均未超過正常值，則第一單向閥4、第二單向閥5都處于關閉狀態，此時擺桿3可以正常往復擺動。
[0030]本實施例中，擺桿3上自由擺動端的擺動行程上設置有兩根復位彈簧8，分別對應安裝于第一腔室24和第二腔室25中，復位彈簧8的一端與擺桿3的自由擺動端相連，復位彈簧8另一端與腔體26的內壁相連，擺桿3在擺到極限位置時形成一個液流緩沖腔，并通過復位彈簧8約束擺桿3的運動，從而減小甚至消除擺動換向過程中的液流沖擊，同時確保無液流驅動時，擺桿3處于中間平衡位置。本實施例中，復位彈簧8為壓縮彈簧，在其他實施例中，復位彈簧8可為拉伸彈簧。
[0031]本實施例中，腔體26包括邊框2和兩個密封端蓋，兩個密封端蓋位于邊框2的兩端形成密封腔體。所述密封端蓋包括第一密封端蓋I及第二密封端蓋9，第一密封端蓋I及第二密封端蓋9通過連接件12固定在邊框2 —側，并保證兩者上的軸孔同軸，第一密封端蓋I及第二密封端蓋9的外形與邊框2外形相同，第一密封端蓋1、邊框2和第二密封端蓋9的外形設計為扁平扇形結構，用以在緊湊結構內實現較大的擺動轉矩輸出；
[0032]本實施例中，腔體26上設有用來安裝轉動端34的容置腔21，容置腔21由邊框2、第一密封端蓋I及第二密封端蓋9扣合形成，轉動端34的直徑與邊框2上的容置腔21軸孔直徑相同，轉動端34內部圓孔與轉軸6配合，且通過平鍵7使二者連接在一起。在第一密封端蓋I上設計有一定深度的封閉軸孔，在第二密封端蓋9的相應位置設有通孔，通孔與容置腔21直徑等大，轉軸6與封閉軸孔相配，與邊框2上容置腔21同軸，由此形成轉動副。
[0033]本實施例中，轉軸6的一端伸出腔體26，鰭條14連接于轉軸6上的伸出端上；靠近轉軸6伸出端的密封端蓋上設有密封組件，密封組件包括密封圈10、擠壓蓋11及連接件12，密封圈10套設與轉軸6上并通過連接件12和壓蓋11固定于密封端蓋上，有效避免了液流從轉軸6和第二密封端蓋9通孔的配合面處泄露。
[0034]本實施例中，腔體26的截面形狀為扇形，自由擺動端位于扇形腔體中較大的一端內，擺桿3下端為與邊框2內側相配合的等尺寸圓弧狀結構。
[0035]本實施例中，擺桿3上自由擺動端的底部兩側分別設有凸臺33，凸臺33的設置防止了擺桿3側面與邊框2側面貼合，避免造成換向時的液流壓力沖擊。本實施例中，所有柔性仿生擺動關節依次排列并固定安裝于支架組件上。
[0036]本實施例中，每個柔性仿生擺動關節上的第一油孔22和第二油孔23上安裝有一個油管接頭15，并通過油管接頭15連通有液壓系統，以方便連接液壓系統，實現液壓油的注入和排出。
[0037]如圖4至圖6所示，所有柔性仿生擺動關節依次排列并固定安裝于支架組件上，本實施例中，支架組件為兩個支架13，分別位于柔性仿生擺動關節的兩側，多個柔性仿生擺動關節上的鰭條14上蒙上柔軟蒙皮形成鰭面。
[0038]如圖4所示，支架13呈直線狀，一系列柔性仿生擺動關節通過螺釘及安裝孔安裝在支架13上，呈等間距排列，在其他實施例中，也可以非等間距排列。由于復位彈簧8的作用，所有鰭條14都處于中間平衡位置。圖5是柔性仿生推進器在液壓閥控制下擺動形成正常波形的結構示意圖；圖6是從左數第4、5柔性仿生擺動關節上安裝的鰭條14受外界干擾而無法正常擺動時的結構示意圖，其整體形成波形，由于造成對應的柔性仿生擺動關節內部擺桿3的擺動運動受阻，造成其內部一側容腔的油壓升高，使得擺桿3上的單向閥相應開啟并泄流，防止仿生擺動關節內部由于油壓升高而造成損壞，此時無液壓力作用于擺桿3使其擺動，對應鰭條14將不再擺動，防止鰭條14折斷。
[0039]雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本實用新型技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種柔性仿生推進器，其特征在于，包括一個以上的柔性仿生擺動關節，所述柔性仿生擺動關節包括腔體(26)、擺桿(3)、轉軸(6)和鰭條(14)，所述擺桿(3)安裝于腔體(26)內并將腔體(26)分隔成第一腔室(24)和第二腔室(25)，所述擺桿(3)的一端為轉動端(34)，所述擺桿(3)的另一端為自由擺動端，通過自由擺動端的擺動使轉動端(34)轉動；所述第一腔室(24)和第二腔室(25)上分別開設有連通油孔，所述轉軸(6)連接于擺桿(3)的轉動端(34 )，所述鰭條(14 )安裝于轉軸(6 )上。
2.根據權利要求1所述的柔性仿生推進器，其特征在于，所述擺桿(3)上開設有允許流體從第一腔室(24)向第二腔室(25)流動的第一單向閥(4)及允許液流從第二腔室(25)向第一腔室(24)流動的第二單向閥(5)。
3.根據權利要求2所述的柔性仿生推進器，其特征在于，所述擺桿(3)上開設有兩個單向閥孔，所述單向閥孔為階梯孔狀，所述第一單向閥(4)、第二單向閥(5)均包括安裝于單向閥孔內的閥芯、閥芯彈簧及調節螺釘，所述閥芯安裝于單向閥孔內并靠近階梯部，所述閥芯彈簧一端頂緊閥芯，另一端與調節螺釘相連；所述調節螺釘上開設有過油孔。
4.根據權利要求1或2或3所述的柔性仿生推進器，其特征在于，所述擺桿(3)上自由擺動端的擺動行程上設置有兩根復位彈簧(8)，分別對應安裝于第一腔室(24)和第二腔室(25)中，所述復位彈簧(8)的一端與擺桿(3)的自由擺動端相連，所述復位彈簧(8)另一端與腔體(26)的內壁相連。
5.根據權利要求1或2或3所述的柔性仿生推進器，其特征在于，所述腔體(26)包括邊框(2)和兩個密封端蓋，兩個密封端蓋位于邊框(2)的兩端形成密封腔體。
6.根據權利要求5所述的柔性仿生推進器，其特征在于，所述腔體(26)上設有用來安裝轉動端(34)的容置腔(21)，所述容置腔(21)由邊框(2)、兩個密封端蓋扣合形成。
7.根據權利要求1或2或3所述的柔性仿生推進器，其特征在于，所述腔體(26)的截面形狀為扇形，所述自由擺動端位于扇形腔體中較大的一端內。
8.根據權利要求1或2或3所述的柔性仿生推進器，其特征在于，所有柔性仿生擺動關節依次排列并固定安裝于支架組件上。
9.根據權利要求1或2或3所述的柔性仿生推進器，其特征在于，所述轉軸(6)的一端伸出腔體(26)，所述鰭條(14)連接于轉軸(6)上的伸出端上；靠近轉軸(6)伸出端的密封端蓋上設有密封組件，所述密封組件包括密封圈(10)、擠壓蓋(11)及連接件(12)，所述密封圈(10)套設與轉軸(6)上并通過連接件(12)和壓蓋(11)固定于密封端蓋上。
10.根據權利要求1或2或3所述的柔性仿生推進器，其特征在于，所述擺桿(3)上自由擺動端的底部兩側分別設有凸臺(33)。
【文檔編號】B63H1/30GK203623955SQ201320814446
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】徐海軍, 張雷, 張湘, 易聲耀, 鄒騰安 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學