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一种基于交流 液压技术的仿生鱼尾推进装置

阅读：648发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，包括电机、脉冲泵、机架、脉冲泵安装部分、电磁溢流阀、液压系统集成块、集成块安装部分、单向阀、蓄能器、摆动液压马达、摆动马达安装部分、仿生鱼尾鳍、第一电磁溢流阀和第二电磁溢流阀；脉冲泵、液压系统集成块和摆动液压马达固定安装在机架上；电机固定安装在脉冲泵的壳体上，脉冲泵连接到液压系统集成块,第一电磁溢流阀、第二电磁溢流阀、单向阀和蓄能器安装在液压系统集成块上，液压系统集成块与摆动液压马达相连，摆动液压马达与仿生鱼尾鳍固定连接。本发明提供的基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，基于交流液压系统体积小、重量轻、控制方便等优势。，下面是一种基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，其特征在于：包括脉冲泵、机架、脉冲泵安装部分、电磁溢流阀、液压系统集成块、集成块安装部分、单向阀、蓄能器、摆动液压马达、摆动马达安装部分、仿生鱼尾鳍、电机、第一电磁溢流阀和第二电磁溢流阀，脉冲泵、液压系统集成块和摆动液压马达固定安装在机架上；
电机固定安装在脉冲泵的壳体上，电机的输出轴和脉冲泵中的凸轮的偏心固定安装，凸轮跟随电机旋转；脉冲泵连接到液压系统集成块的第一油液通道的第一端口和第二油液通道的第一端口；
第一电磁溢流阀安装在液压系统集成块的第一油液通道上，第二电磁溢流阀安装在液压系统集成块的第二油液通道上，第一电磁溢流阀通过调节所给电信号的大小来控制第一油液通道内的油液的压力，第二电磁溢流阀通过调节所给电信号的大小来控制第二油液通道内的油液的压力；蓄能器安装在液压系统集成块上部，用于为液压系统补油，通过液压系统集成块内的一个三通油液通道与第一油液通道和第二油液通道相连通，单向阀安装在液压系统集成块上，用于防止蓄能器中的油液倒吸；
液压系统集成块中的第一油液通道的第二端口与摆动液压马达内部第一腔室的第一进/出油口相连，液压系统集成块中的第二油液通道的第二端口与摆动液压马达内部的第二腔室的第二进/出油口相连，第一腔室和第二腔室都与摆动液压马达的输出轴相连接；马达的输出轴与仿生鱼尾鳍相连接。
2.根据权利要求1所述的基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，其特征在于：
蓄能器在仿生鱼游动前充满油液，需要完成摆尾动作时，电机启动，使电机的输出轴旋转，电机的输出轴旋转带动脉冲泵中的凸轮旋转，凸轮循环压缩第一活塞和第二活塞，当凸轮压缩第一活塞时，第一活塞内的油液从脉冲泵的第一油液输出端口输出，经脉冲泵的第一油液输出端口输出的油液经第一油管进入液压系统集成块的第一油液通道，第一油液通道中的油液在第一电磁溢流阀的控制下进入摆动液压马达的第一腔室，同时摆动液压马达第二腔室的油液进入液压系统集成块的第二油液通道，再通过第二油管进入脉冲泵的左侧第二活塞中，使第二活塞抬起，在第一腔室和第二腔室的共同作用下，推动摆动液压马达，摆动液压马达带动仿生鱼尾鳍摆动，当凸轮压缩第二活塞时，第二活塞内的油液从脉冲泵的第二油液输出端口输出，经脉冲泵的第二油液输出端口输出的油液经第二油管进入液压系统集成块的第二油液通道，第二油液通道中的油液在第二电磁溢流阀的控制下进入摆动液压马达的第二腔室，同时摆动液压马达第一腔室的油液进入液压系统集成块的第一油液通道，再通过第一油管进入脉冲泵的第一活塞中，使第一活塞抬起，此时在第二腔室和第一腔室的共同作用下，摆动液压马达向另一方向摆动；凸轮旋转一周，仿生鱼尾鳍完成一次往复运动。
3.根据权利要求1所述的基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，其特征在于：
机架为长方形，包括脉冲泵安装部分、集成块安装部分和摆动马达安装部分,脉冲泵固定安装在机架的脉冲泵安装部分上，液压系统集成块固定安装在机架的集成块安装部分上，摆动液压马达固定安装在机架的摆动马达安装部分上。
4.根据权利要求1所述的基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，其特征在于：
通过控制电机转速可改变脉冲泵的转速，从而改变仿生鱼尾鳍的摆动频率。
5.根据权利要求1所述的基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，其特征在于：
第一电磁溢流阀和第二电磁溢流阀通过控制给定的电信号来改变摆动液压马达的工作压力，进而改变摆动液压马达的输出力矩，从而控制鱼体实现转向。
6.根据权利要求1所述的基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，其特征在于：
液压系统集成块采用铝合金材料制造，电机选用铝合金外壳，所述脉冲泵和机架均采用铝合金制造，所述单向阀采用螺纹插装式。
7.根据权利要求1所述的基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，其特征在于：
所述仿生鱼尾鳍包括仿生鱼尾鳍摆动马达连接部与仿生鱼尾鳍仿形部，仿生鱼尾鳍摆动马达连接部与摆动液压马达输出轴同心装配并刚性连接，仿生鱼尾鳍摆动马达连接部与仿生鱼尾鳍仿形部连接。

说明书全文

一种基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置

技术领域

[0001] 本发明涉及机械液压技术领域，具体涉及一种基于交流液压的仿生鱼尾推进装置。

背景技术

[0002] 水下仿生技术是一种以仿生学为基础并结合鱼类长期进化所形成的具有高效运动模式的新技术，涉及到仿生学、机器人学、新材料学等学科。鱼类的推进模式的研究成为仿生鱼的基础，仿生学者已经设计出多种游动形式的仿生机器鱼，大致分为身体/尾鳍摆动(Body and/or caudal fin，BCF)和中央鳍/对鳍(median and/or paired fin，MPF)，其中身体/尾鳍摆动(Body and/or caudal fin，BCF)是借助身体波动运动或尾鳍摆动运动产生大推进力，因其控制方式控制方便、可实现性强和游动高效而成为仿生机器鱼设计中的主要游动形式。但是现存的已经研制成功的仿生机器鱼摆动方式一般为机械往复机构，机械结构控制方式虽然具有可靠性强的优势，但是一般结构复杂，控制性能差。另外一些学者也开始将一些新型材料应用到仿生机器鱼的摆动中，例如压电材料、形状记忆合金等。从研究趋势中可以得出：为了提高仿生机器鱼的控制性能，仿生机器鱼尾部的摆动开始渐渐地从机械控制变成电控。但是靠这种智能材料产生驱动力较小，而且驱动效率低。

发明内容

[0003] 本发明内容目的在于解决目前仿生机器鱼所存在的控制性能差的问题，提供一种基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置。

[0004] 为实现上述目的，本发明实行的方案为：一种基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，包括脉冲泵、机架、脉冲泵安装部分、电磁溢流阀、液压系统集成块、集成块安装部分、单向阀、蓄能器、摆动液压马达、摆动马达安装部分、仿生鱼尾鳍、电机、第一电磁溢流阀和第二电磁溢流阀，脉冲泵、液压系统集成块和摆动液压马达固定安装在机架上；电机固定安装在脉冲泵的壳体上，电机的输出轴和脉冲泵中的凸轮的偏心固定安装，凸轮跟随电机旋转；脉冲泵连接到液压系统集成块的第一油液通道的第一端口和第二油液通道的第一端口；第一电磁溢流阀安装在液压系统集成块的第一油液通道上，第二电磁溢流阀安装在液压系统集成块的第二油液通道上，第一电磁溢流阀通过调节所给电信号的大小来控制第一油液通道内的油液的压力，第二电磁溢流阀通过调节所给电信号的大小来控制第二油液通道内的油液的压力；蓄能器安装在液压系统集成块上部，用于为液压系统补油，通过液压系统集成块内的一个三通油液通道与第一油液通道和第二油液通道相连通，单向阀安装在液压系统集成块上，用于防止蓄能器中的油液倒吸；液压系统集成块中的第一油液通道的第二端口与摆动液压马达内部第一腔室的第一进/出油口相连，液压系统集成块中的第二油液通道的第二端口与摆动液压马达内部的第二腔室的第二进/出油口相连，第一腔室和第二腔室都与摆动液压马达的输出轴相连接；马达的输出轴与仿生鱼尾鳍相连接。

[0005] 优选的，蓄能器在仿生鱼游动前充满油液，需要完成摆尾动作时，电机启动，使电机的输出轴旋转，电机的输出轴旋转带动脉冲泵中的凸轮旋转，凸轮循环压缩第一活塞和第二活塞，当凸轮压缩第一活塞时，第一活塞内的油液从脉冲泵的第一油液输出端口输出，经脉冲泵的第一油液输出端口输出的油液经第一油管进入液压系统集成块的第一油液通道，第一油液通道中的油液在第一电磁溢流阀的控制下进入摆动液压马达的第一腔室，同时摆动液压马达第二腔室的油液进入液压系统集成块的第二油液通道，再通过第二油管进入脉冲泵的左侧第二活塞中，使第二活塞抬起，在第一腔室和第二腔室的共同作用下，推动摆动液压马达，摆动液压马达带动仿生鱼尾鳍摆动，当凸轮压缩第二活塞时，第二活塞内的油液从脉冲泵的第二油液输出端口输出，经脉冲泵的第二油液输出端口输出的油液经第二油管进入液压系统集成块的第二油液通道，第二油液通道中的油液在第二电磁溢流阀的控制下进入摆动液压马达的第二腔室，同时摆动液压马达第一腔室的油液进入液压系统集成块的第一油液通道，再通过第一油管进入脉冲泵的第一活塞中，使第一活塞抬起，此时在第二腔室和第一腔室的共同作用下，摆动液压马达向另一方向摆动；凸轮旋转一周，仿生鱼尾鳍完成一次往复运动。

[0006] 优选的，机架为长方形，包括脉冲泵安装部分、集成块安装部分和摆动马达安装部分,脉冲泵固定安装在机架的脉冲泵安装部分上，液压系统集成块固定安装在机架的集成块安装部分上，摆动液压马达固定安装在机架的摆动马达安装部分上。

[0007] 优选的，通过控制电机转速可改变脉冲泵的转速，从而改变仿生鱼尾鳍的摆动频率。

[0008] 优选的，第一电磁溢流阀和第二电磁溢流阀通过控制给定的电信号来改变摆动液压马达的工作压力，进而改变摆动液压马达的输出力矩，从而控制鱼体实现转向。

[0009] 优选的，液压系统集成块采用铝合金材料制造，电机选用铝合金外壳，所述脉冲泵和机架均采用铝合金制造，所述单向阀采用螺纹插装式。

[0010] 优选的，所述仿生鱼尾鳍包括仿生鱼尾鳍摆动马达连接部与仿生鱼尾鳍仿形部，仿生鱼尾鳍摆动马达连接部与摆动液压马达输出轴同心装配并刚性连接，仿生鱼尾鳍摆动马达连接部与仿生鱼尾鳍仿形部连接。

[0011] 本发明的有益效果是：

[0012] 本发明提供的一种基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，基于交流液压系统体积小、重量轻、控制方便等优势，本发明所提供的仿生鱼尾推进装置也具有结构简单、体积小、重量轻的优势，而且可以通过高压液体提供较大的驱动力，鱼体的转向可以通过控制电磁溢流阀的控制压力，进而改变尾部的摆动输出力，使得鱼体的左右摆动力变化，实现鱼体转向。附图说明

[0013] 图1为本发明一种基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置的正视图；

[0014] 图2为本发明一种基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置的俯视图；以及[0015] 图3为本发明的液压原理图。

具体实施方式

[0016] 为了更好的了解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。

[0017] 如图1至2所示，本发明的一种基于交流液压技术的仿生鱼尾推进装置，包括脉冲泵18、机架19、脉冲泵安装部分2、液压系统集成块4、集成块安装部分5、单向阀6、蓄能器7、摆动液压马达8、摆动马达安装部分9、仿生鱼尾鳍、电机12、第一电磁溢流阀3、第二电磁溢流阀13。

[0018] 机架19用于将其它部件组合成一个整体，本实施例中机架19为长方形，包括脉冲泵安装部分2、集成块安装部分5和摆动马达安装部分9共三部分。脉冲泵18固定安装在机架19的脉冲泵安装部分2上，液压系统集成块4固定安装在机架的集成块安装部分5上，摆动液压马达8固定安装在机架19的摆动马达安装部分9上。

[0019] 脉冲泵18包括壳体1、凸轮14、第一油液输出端口16、第二油液输出端口17、第一活塞、第二活塞、第一油管和第二油管。其中壳体1为扁平圆筒形，壳体1内安装有凸轮14，第一活塞和第二活塞穿过脉冲泵的壳体分别位于凸轮14两侧，使得凸轮14以电机12的输入轴15中心旋转时可以循环挤压到第一活塞和第二活塞，第一活塞通过第一油液输出端口16与第一油管的第一端相连，第二活塞通过第二油液输出端口17与第二油管的第一端相连。第一油管的第二端连接到液压系统集成块4的第一油液通道的第一端口，第二油管的第二端连接到液压系统集成块4的第二油液通道的第一端口。

[0020] 电机12固定安装在脉冲泵的壳体1上，电机12的输出轴15和脉冲泵中的凸轮14偏心固定安装，凸轮14能跟随电机12旋转。

[0021] 第一电磁溢流阀3安装在液压系统集成块4的第一油液通道上，第二电磁溢流阀13安装在液压系统集成块4的第二油液通道上，第一电磁溢流阀3通过调节所给电信号的大小来控制第一油液通道内的油液的压力，第二电磁溢流阀13通过调节所给电信号的大小来控制第二油液通道内的油液的压力。蓄能器7安装在液压系统集成块4上部，用于为液压系统补油，通过液压系统集成块4内的一个三通油液通道与第一油液通道和第二油液通道相连通，单向阀6安装在液压系统集成块4上，用于防止蓄能器7中的油液倒吸，液压系统集成块4中的第一油液通道的第二端口与摆动液压马达8内部第一腔室的第一进/出油口相连，液压系统集成块4中的第二油液通道的第二端口与摆动液压马达8内部的第二腔室的第二进/出油口相连，第一腔室和第二腔室都与摆动液压马达8的输出轴相连接。

[0022] 仿生鱼尾鳍包括摆动马达连接部10和仿生鱼尾鳍仿形部11，摆动液压马达8的输出轴与仿生鱼尾鳍摆动马达连接部10固定安装。摆动液压马达8的输出轴与仿生鱼尾鳍摆动马达连接部10同心装配并刚性连接。仿生鱼尾鳍摆动马达连接部10与仿生鱼尾鳍仿形部11连接。

[0023] 脉冲泵18的转速可以通过改变电机12的转速控制。

[0024] 本实施例的一个具体应用为：蓄能器7在仿生鱼游动前充满油液，起到为交流液压系统补油的作用。需要完成摆尾动作时，电机12启动，使电机12的输出轴旋转，电机12的输出轴旋转带动脉冲泵18中的凸轮14旋转，凸轮14以电机12的输入轴15为中心顺时针转动，凸轮15右侧的第一活塞将被凸轮挤压，做缩回运动，第一活塞内的油液从脉冲泵的第一油液输出端口16输出。经脉冲泵的第一油液输出端口16输出的油液经第一油管进入液压系统集成块4的第一油液通道，第一油液通道中的油液在第一电磁溢流阀3的控制下进入摆动液压马达8的第一腔室，同时摆动液压马达8第二腔室的油液进入液压系统集成块4的第二油液通道，再通过第二油管进入脉冲泵18的左侧第二活塞中，使第二活塞抬起。在第一腔室和第二腔室的共同作用下，推动摆动液压马达8摆动一定角度，摆动液压马达8的摆动带动仿生鱼尾鳍仿形部11的摆动，完成拍水动作。在脉冲泵18凸轮14旋转的前半个周期内，鱼尾朝着一个方向摆动，随着凸轮14的旋转，脉冲泵18的右侧的第二活塞会被压缩，此时凸轮15左侧的第二活塞将被凸轮挤压，做缩回运动，第二活塞内的油液从脉冲泵的第二油液输出端口17输出。经脉冲泵的第二油液输出端口17输出的油液经第二油管进入液压系统集成块4的第二油液通道，第二油液通道中的油液在第二电磁溢流阀13的控制下进入摆动液压马达8的第二腔室，同时摆动液压马达8第一腔室的油液进入液压系统集成块4的第一油液通道，再通过第一油管进入脉冲泵18的左侧第一活塞中，使第一活塞抬起，此时在第二腔室和第一腔室的共同作用下，摆动液压马达8向另一方向摆动一定角度，摆动液压马达8的摆动带动仿生鱼尾鳍仿形部11的摆动，完成鱼尾回程运动。凸轮14旋转一周，鱼尾完成一次往复运动。电机12带动脉冲泵18转动，脉冲泵18通过循环挤压活塞，从而使得液压管道中的液压油产生往复振动。液压管道中的液压油的往复振动驱动摆动液压马达摆动，摆动液压马达与仿生鱼尾鳍连接，带动尾鳍摆动，从而推动鱼体向前游动。

[0025] 显而易见的，若增大电机12的转速，脉冲泵18的凸轮14的旋转速度也会随着增加，从而仿生鱼尾的摆动频率也会增加，从而增加鱼体的游动速度。显而易见的，第二电磁溢流阀13和第一电磁溢流阀3可以通过控制给定的电信号来改变摆动液压马达8的工作压力，进而改变摆动液压马达8的输出力矩。可以通过改变第一电磁溢流阀3和第二电磁溢流阀13的电信号，控制鱼尾摆出和回程这一个周期中的摆动力矩不同，进而控制鱼体实现转向。

[0026] 液压系统集成块采用铝合金材料制造，电机选用铝合金外壳，脉冲泵和机架均采用铝合金制造，所述单向阀采用螺纹插装式。

[0027] 以上所述为本发明的较佳实施例的说明，是为了更好地解释本发明的原理和应用，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征。本发明可以有多种形式的变化，凡在本发明的原则范围内进行的替换和修改，均应该在本发明的保护范围内。

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