(19)中华人民共和国国家知识产权局 ▣张▣ (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN105539793A (43)申请公布日2016.05.04 (21)申请号201610136596.7 (22)申请日2016.03.10 (71)申请人上海海洋大学 地址201306上海市浦东新区沪城环路999 的 (72)发明人张丽珍李维维 杨朦朦邵祺 杨加庆 (51)Int.C. B63H1/36(2006.01) B63H23022006.01) 权利要求书1页说明书3页附图4页 (54)发明名称 巡游及充电模式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹 角变动机构 (57)摘要 本发明的巡游及充电模式可互换的尾鳍夹角 可变动机构由外壳、电磁开关、销、变棘轮机构、齿 条、齿轮、轴、尾鳍、弹簧构成，齿轮和尾鳍关于齿 条对称设置。当仿生机器鱼需要处于巡游（充电） 状态时，电磁开关通电，电磁开关的活动铁芯带动 左棘轮向右移动，左棘轮的齿状右端接触到右棘 轮之后将右棘轮上的定位块带离定位槽（滑动 槽)并迫使右棘轮旋转，电磁开关失电后，活动铁 35 6.3 芯带动左棘轮向左移动到初始位置，右棘轮的定 位块在弹簧的作用下向左移动，被锁定在滑动槽 (定位槽)左端，进而带动齿条向左（右)移动， 齿条的运动带动齿轮旋转使尾鳍相对于鱼身后倾 达到巡游（充电）状态。通过本发明，提高了机器 鱼的续航能力，保证了机器鱼的工作质量。 石
CN105539793A 权利要求书 1/1页 1.一种巡游及充电模式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹角变动机构，包括外壳(1)、电磁开 关(2)、销(3)、变棘轮机构(4)、齿条(5)、齿轮(6)、轴(7)、尾鳍(8)、弹簧(9)，其特征在于所 述外壳(1)包含左边腔体(11)和右边腔体(12)，所述右边腔体(12)上设有四个固定孔 (121),所述固定孔(121)中装有轴承，所述左边腔体(11)内安装有电磁开关(2)，所述电磁 开关(2)的活动铁芯(21)处设有连接孔(211)，所述变棘轮机构(4)包括左棘轮(41)、棘轮筒 (42)和右棘轮(43)，所述左棘轮(41)上设有定位孔(411)、滑块(412)和齿形端头(413)，所 述定位孔(411)和连接孔(211)通过销(3)连接，所述棘轮筒(42)上设有滑动槽(421)和限位 块(422)，所述限位块(422)上开有导向槽(4221)、导向斜面(4222)和凹槽(4223)，所述左棘 轮(41)的滑块(412)插入棘轮筒(42)的滑动槽(421)和导向槽(4221)中，所述右棘轮(43)上 设有定位块(431)和轴头(432)，所述定位块(431)的端头开有定位斜面(4311)，所述定位块 (431)安装在棘轮筒(42)的滑动槽(421)中，所述棘轮筒(42)固定在外壳(1)上，所述齿条 (5)上开有装配孔(51)和导杆(52)，所述右棘轮(43)的轴头(432)和齿条(5)左端的装配孔 (51)通过过盈配合固定，所述导杆(52)上套有弹簧(9)，所述弹簧(9)压缩在齿条(5)和外壳 (1)之间，所述齿条(5)与齿轮(6)啮合，所述齿轮(6)安装在轴(7)上，所述轴(7)固定连接在 尾鳍(8)的连接板(81)上，所述轴(7)安装在外壳(1)上固定孔(121)的轴承中，所述齿轮 (6)、轴(7)和尾鳍(8)各有两个，关于齿条(5)对称布置。 2.根据权利要求1所述巡游及充电模式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹角变动机构，其特 征在于所述齿轮(6)、轴(7)和尾鳍(8)关于齿条(5)对称设置。 2
CN105539793A 说明书 1/3页 巡游及充电模式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹角变动机构 技术领域 [0001] 本发明涉及一种巡游及充电模式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹角变动机构，尤其是 涉及一种基于振荡水翼海（潮）流能发电的仿生机器鱼的尾鳍夹角变动机构。 背景技术 [0002]仿生机器鱼主要运用在海洋环境的探测等领域中。目前机器鱼大多采用电机驱 动，通过本身储备的能源来工作。受限于目前蓄电池的技术，储存的能源有限，导致仿生机 器鱼的续航能力差。因此要想延长仿生机器鱼的续航能力，进一步提高它的使用空间，必须 要解决能源这一瓶颈问题。若仿生机器鱼自身能利用海洋能进行补充能源就能解决这一问 题，为了实现仿生机器鱼利用海（潮）流能的自充电功能，仿生机器鱼的尾鳍必须在巡游模 式和充电模式时处于不同的位置状态（尾鳍与鱼身的夹角不同），这就需要一种能实现尾鳍 在二种模式之间切换的机构，本发明就是这样产生的。 发明内容 [0003]本发明所要解决的技术问题是，为仿生机器鱼实现自充电提供一种巡游及充电模 式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹角变动机构，当仿生机器鱼尾鳍处于巡游状态（尾鳍相对于 鱼身后倾)时，电机驱动尾鳍摆动，给巡游提供动力：当仿生机器鱼尾鳍处于充电状态（尾鳍 垂直于鱼身)时，在海（潮）流作用下利用尾鳍振荡发电，实现自充电储能。 [0004]为达到上述目的本发明的技术实现方案是：设计一种巡游及充电模式可互换的仿 生机器鱼尾鳍夹角变动机构，包括外壳、电磁开关、销、变棘轮机构、齿条、齿轮、轴、尾鳍、弹 簧，所述电磁开关置于外壳中，所述电磁开关的活动铁芯与变棘轮机构通过销联结，所述变 棘轮机构与齿条通过过盈配合固定，所述齿条带动一对齿轮转动，所述齿轮关于齿条对称 布置且安装在轴上，所述轴固定连接在尾鳍的连接板上且安装在外壳的固定孔中，所述固 定孔中装有轴承，所述齿条的另一端为导杆，所述导杆上套有一根弹簧，所述弹簧压缩在齿 条和外壳之间。 [0005] 所述外壳有一个左部腔体和一个右部腔体，左部腔体安装电磁开关，右部腔体安 装变棘轮机构和齿轮齿条，并供齿轮齿条运动。 [0006] 所述尾鳍关于齿条对称设置。 [0007]本发明的巡游及充电模式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹角变动机构安装在仿生机 器鱼的尾部，利用变棘轮机构的伸缩特性使尾鳍夹角在巡游和充电模式之间转换。当仿生 机器鱼需要处于巡游状态时，电磁开关通电，电磁开关的活动铁芯带动左棘轮向右移动，左 棘轮的齿状右端接触到右棘轮之后将右棘轮上的定位块带离定位槽并迫使右棘轮旋转，电 磁开关失电后，活动铁芯带动左棘轮向左移动到初始位置，右棘轮的定位块在弹簧的作用 下向左移动，被锁定在滑动槽左端，进而带动齿条向左移动，齿条的运动带动齿轮旋转使尾 鳍相对于鱼身后倾达到巡游状态；当仿生机器鱼需要处于充电状态时，电磁开关通电，电磁 开关的活动铁芯带动左棘轮向右移动，左棘轮的锯齿状右端接触到右棘轮之后将右棘轮上 3
CN105539793A 说明书 2/3页 的定位块带离滑动槽并迫使右棘轮发生旋转，电磁开关失电后，活动铁芯带动左棘轮向左 移动到初始位置，在弹簧的作用下，右棘轮的定位块被锁定在棘轮筒上的限位块的凹槽内， 此时齿条相对于巡游状态时己经向右移动一段距离，齿条的运动带动齿轮旋转使尾鳍垂直 于鱼身达到充电状态 [0008] 本发明的巡游及充电模式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹角变动机构特点如下： [0009]1、本发明的巡游及充电模式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹角变动机构通过对称设 置齿轮，可以将齿条的平移运动转化为齿轮的旋转运动，以达到尾鳍变角的功能。 [0010]2、本发明的巡游及充电模式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹角变动机构的变棘轮机 构配合弹簧可以实现尾鳍两个工位（巡游模式和充电模式）的自锁，简单有效，稳定性好。 附图说明 [0011] 本发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出。 [0012] 图1为本发明巡游及充电模式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹角变动机构整体结构示 意图。 [0013] 图2为本发明电磁开关示意图。 [0014] 图3为本发明外壳示意图。 [0015] 图4为本发明变棘轮机构结构整体示意图。 [0016] 图5为本发明变棘轮机构左棘轮示意图。 [0017] 图6为本发明变棘轮机构棘轮筒示意图。 [0018] 图7为本发明变棘轮机构右棘轮示意图。 [0019] 图8为本发明去掉外壳的齿轮齿条机构示意图。 具体实施方式 [0020] 以下将结合附图对本发明的巡游及充电模式可互换的仿生机器鱼尾鳍夹角变动 机构作进一步的详细描述。 [0021]参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，该发明的巡游及充电模式可互换的仿 生机器鱼尾鳍夹角变动机构，包括外壳(1)、电磁开关(2)、销(3)、变棘轮机构(4)、齿条(5)、 齿轮(6)、轴(7)、尾鳍(8)、弹簧(9)，所述外壳(1)包含左边腔体(11)和右边腔体(12)，所述 右边腔体(12)上设有四个固定孔(121)，所述固定孔(121)中装有轴承，所述左边腔体(11) 内安装有电磁开关(2)，所述电磁开关(2)的活动铁芯(21)处设有连接孔(211)，所述齿条 (5)左端开有装配孔(51)，所述齿条(5)右端的导杆(52)上套有弹簧(9)，所述弹簧(9)压缩 在齿条(5)和外壳(1)之间。 [0022]所述变棘轮机构(4)包括左棘轮(41)、棘轮筒(42)和右棘轮(43)，所述左棘轮(41) 上设有定位孔(411)、滑块(412)和齿形端头(413)，所述定位孔(411)和连接孔(211)通过销 (3)连接，所述棘轮筒(42)上设有滑动槽(421)和限位块(422)，所述限位块(422)上开有导 向槽(4221)、导向斜面(4222)和凹槽(4223)，所述左棘轮(41)的滑块(412)插入棘轮筒(42) 的滑动槽(421)和导向槽(4221)中，所述右棘轮(43)上设有定位块(431)和轴头(432)，所述 定位块(431)的端头开有定位斜面(4311)，所述定位块(431)安装在棘轮筒(42)的滑动槽 (421)中，所述棘轮筒(42)固定在外壳(1)上，所述变棘轮机构(4)的运动过程为：左棘轮
CN105539793A 说明书 3/3页 (41)向右移动时，左棘轮(41)上的滑块(412)在棘轮筒(42)的滑动槽(421)和导向槽(4221) 中右移，齿形端头(413)推动同样在滑动槽(421)中的右棘轮(43)的定位块(431)右移，从而 推动右棘轮(43)右移。当右棘轮(43)的定位块(431)右移至最右端位置后，在弹簧(9)的弹 力以及导向斜面(4222)和定位斜面(4311)的共同作用下，将定位块(431)顶死在限位块 (422)的凹槽(4221)中。 [0023]所述右棘轮(43)的轴头(432)和齿条(5)左端的装配孔(51)通过过盈配合固定，所 述齿条(5)与齿轮(6)啮合，所述齿轮(6)安装在轴(7)上，所述轴(7)固定连接在尾鳍(8)的 连接板(81)上，所述轴(7)安装在外壳(1)上固定孔(121)的轴承中。 [0024]所述齿轮(6)、轴(7)和尾鳍(8)各有两个，关于齿条(5)对称布置。 5
CN105539793A 说明书附图 1/4页 8 9 1 2 3/4/5/ 67 图1 2 21211 图2 6
CN105539793A 说明书附图 2/4页 11 12 121 图3 41 42 43 ② 图4 7
CN105539793A 说明书附图 3/4页 411 41 412 413 图5 42 4214224221 4223 4222 图6 8
CN105539793A 说明书附图 4/4页 4311 431 43 432 图7 85181 56752 图8 9