(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN104925239A (43)申请公布日2015.09.23 (21)申请号201510383391.4 (22)申请日2015.07.03 (71)申请人国家深海基地管理中心 地址266061山东省青岛市崂山区仙霞岭路 6号 (72)发明人杨磊杨耀民景春雷高伟 王建村黄云明刘庆亮 (74)专利代理机构青岛中天汇智知识产权代理 有限公司37241 代理人万桂斌 (51)nt.Cl. B63G1100(2006.01) B63H1/362006.01) 权利要求书1页说明书4页附图2页 (54)发明名称 种新型水下仿生机器人推进装置 (57)摘要 本发明涉及一种新型水下仿生机器人推进装 置，属于水下机器人动力推进单元领域，包括受 力单元、施力单元、基座、上支撑板和下支撑板： 所述受力单元包括尾鳍、尾鳍连杆、旋转轴、永磁 体和永磁体紧固框架：所述施力单元包括磁性线 圈、铁芯和水密接插头。本发明的新型水下仿生机 器人推进装置，能够简化仿生机器人设计的难度， 改进传统螺旋桨和尾鳍配合的推进方式，增加其 实际应用性能，并解决水下供电与动力换向的具 体技术问题，对水下仿生机器人的研制具有重要 的理论意义和实际应用价值。 993939501
CN104925239A 权利要求书 1/1页 1.一种新型水下仿生机器人推进装置，其特征在于：包括受力单元、施力单元、基座 (11)、上支撑板(41)和下支撑板(42)：所述受力单元包括尾鳍(1)、尾鳍连杆(2)、旋转轴 (3)、永磁体(10)和永磁体紧固框架(5)：所述施力单元包括磁性线圈(8)、铁芯(7)和水密 接插头(9)：所述尾鳍(1)、尾鳍连杆(2)、旋转轴(3)和永磁体紧固框架(5)位于同一平面 内，所述尾鳍连杆(2)一端连接固定在永磁体紧固框架(5)上，另一端连接固定在尾鳍(1) 上，所述旋转轴(3)安装在尾鳍连杆(2)上，位于尾鳍(1)和永磁体紧固框架（⑤）之间，与 尾鳍连杆(2)垂直，所述尾鳍(1)采用对称结构，所述永磁体紧固框架（⑤）内嵌入安装有永 磁体(10)：所述基座(11)的横截面为U形，基座(11)左右两个侧边的内侧相对对称安装 有磁性线圈(8)和铁芯(7），外侧对称安装有水密接插头(9)，所述水密接插头(9)和磁性 线圈(8)电连接，基座(11)上下对称安装有上支撑板(41)和下支撑板(42)，所述上支撑 板(41)和下支撑板(42)的中心线上对称设有孔(6)，所述旋转轴(3)的两端安装在孔(6) 内。 2.根据权利要求1所述的新型水下仿生机器人推进装置，其特征在于：所述上支撑板 (41)和下支撑板(42)的形状大小完全相同。 3.根据权利要求1所述的新型水下仿生机器人推进装置，其特征在于：所述永磁体 (10)上涂有薄膜涂层。 4.根据权利要求1所述的新型水下仿生机器人推进装置，其特征在于：所述基座(11) 的材质为铝合金。 5.根据权利要求1所述的新型水下仿生机器人推进装置，其特征在于：所述支撑板(4) 通过防松螺钉紧固在基座(11)上。 6.根据权利要求1所述的新型水下仿生机器人推进装置，其特征在于：所述基座(11) 正面四角对称开有通孔(12)。 7.根据权利要求1所述的新型水下仿生机器人推进装置，其特征在于：所述水密接插 头(9)采用两芯结构。 8.根据权利要求1所述的新型水下仿生机器人推进装置，其特征在于：所述支撑板(4) 与旋转轴(3)之间采用间隙配合。 9.根据权利要求1所述的新型水下仿生机器人推进装置，其特征在于：所述尾鳍(1)、 尾鳍连杆(2)、旋转轴(3)和永磁体紧固框架(5)为一体成型。 2
CN104925239A 说明书 1/4页 一种新型水下仿生机器人推进装置 技术领域 [0001]本发明涉及水下机器人动力推进单元领域，尤其涉及一种新型水下仿生机器人推 进装置。 背景技术 [0002]目前水下仿生机器人具有航行噪声小，整体阻力低，隐身性能好，欺骗性强，突击 能力强，成本低，可批量生产等特点，在海军装备建设和海洋开发领域具有极为广阔的应用 前景。水下仿生机器人尤其以仿生鱼的研究最为广泛，通过设计模仿大自然中许多鱼类流 线型壳体，配合尾鳍推进和胸鳍联动才能实现灵活的操纵和自身姿态的随意控制。而在仿 生机器人研制中推进装置是最为关键的一环，现有的实现方式对推进机理和性能的研究还 很少，本发明在研究鱼类的推进机理和性能基础上，设计一种通用的仿生推进装置，实现仿 生水下机器人灵活操纵的目的。因此，本发明提供了一种技术方案来解决仿生机器人动力 推进这一问题，对水下仿生机器人的研制具有重要的理论意义和实际应用价值。 发明内容 [0003]本发明的目的是为了解决目前水下仿生机器人动力推进单元通用化设计的问题， 提供一种新型水下仿生机器人推进装置，用以简化仿生机器人设计的难度，改进传统螺旋 桨和尾鳍配合的推进方式，增加其实际应用性能，并解决水下供电与动力换向的具体技术 问题。 [0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种新型水下仿生机器人推进装 置，包括受力单元、施力单元、基座、上支撑板和下支撑板：所述受力单元包括尾鳍、尾鳍连 杆、旋转轴、永磁体和永磁体紧固框架：所述施力单元包括磁性线圈、铁芯和水密接插头； 所述尾鳍、尾鳍连杆、旋转轴和永磁体紧固框架位于同一平面内，所述尾鳍连杆一端连接固 定在永磁体紧固框架上，另一端连接固定在尾鳍上，所述旋转轴安装在尾鳍连杆上，位于尾 鳍和永磁体紧固框架之间，与尾鳍连杆垂直，所述尾鳍采用对称结构，所述永磁体紧固框架 内嵌入安装有永磁体：所述基座的横截面为U形，基座左右两个侧边的内侧相对对称安装 有磁性线圈和铁芯，外侧对称安装有水密接插头，所述水密接插头和磁性线圈电连接，基座 上下对称安装有上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板的中心线上对称设有孔， 所述旋转轴的两端安装在孔内。 [0005]尾鳍是动力推进的主要部件，按照仿生机器人动力推进原理，模拟鱼类尾鳍，通过 磁性动力吸合单元，即施力单元和受力单元，将电力转换为对永磁体的磁力，利用杠杆原理 将磁力通过尾鳍连杆转换为仿鱼形尾鳍的摆动力矩，推动尾部水流达到推进的目的，简化 了仿生机器人设计的难度，改进了传统螺旋桨和尾鳍配合的推进方式，增加了其实际应用 性能。 [0006] 优选地，所述上支撑板和下支撑板的形状大小完全相同。这样的设计增加了上支 撑板和下支撑板的互换性。 3
CN104925239A 说明书 2/4页 [0007] 优选地，所述永磁体上涂有薄膜涂层。永磁铁表层涂盖覆层，一方面涂层可起到防 水作用，避免永磁铁由于海水的锈蚀而造成寿命缩短：另一方面可以减缓撞击，起到缓冲的 作用。 [0008] 优选地，所述基座的材质为铝合金。所述基座整体采用铝合金材料，减轻了推进器 的水下重力。 [0009] 优选地，所述支撑板通过防松螺钉紧固在基座上。防松螺钉具有良好的紧固效果， 能够很好的满足水下仿生机器人推进装置对螺钉的需求。 [0010]优选地，所述基座正面四角对称开有通孔，可连接支撑法兰，配合长螺栓将仿生机 器人推进装置整体连接到水下机器人的基体上，该设计理念采用类似电机与基座安装方 式，可以实现连接的通用安装方式。 [0011]优选地，所述水密接插头采用两芯结构，按照标准水密接插头结构设计，该部分采 用公头结构，两根芯线接收母头提供的换向直流电源信号，通过上层控制电路输出方波信 号同步输送到通电线圈左右两端。 [0012] 优选地，所述支撑板与旋转轴之间采用间隙配合。支撑板与旋转轴之间采用间隙 配合，保证旋转灵活、阻力小，每次下水试验和回收后要在孔内壁涂抹润滑脂进行保养和维 护。 [0013] 优选地，所述尾鳍、尾鳍连杆、旋转轴和永磁体紧固框架为一体成型，减少了零件 的数量，增加了制作时的便利，一体成型能够增加零件的韧性和强度。 [0014]本发明的新型水下仿生机器人推进装置，能够简化仿生机器人设计的难度，改进 传统螺旋桨和尾鳍配合的推进方式，增加其实际应用性能，并解决水下供电与动力换向的 具体技术问题，对水下仿生机器人的研制具有重要的理论意义和实际应用价值。 附图说明 [0015] 图1本发明水下仿生机器人推进装置正视图： [0016] 图2本发明水下仿生机器人推进装置俯视图： [0017] 图3为本发明水下仿生机器人推进装置右视图； [0018] 图4本发明水下仿生机器人推进装置A向剖面图： [0019] 图5本发明水下仿生机器人推进装置B向剖面图； [0020] 图6是图2中C处放大图； [0021] 图7本发明水下仿生机器人推进装置立体图： [0022] 图中：1-尾鳍：2-尾鳍连杆：3-旋转轴：41-上支撑板：42下支撑板：5-永磁体 紧固框架：6-孔：7-铁芯；8-磁性线圈：9-水密接插头：10永磁体紧固框架：11-基座； 12-通孔。 具体实施方式 [0023] 实施例1 [0024] 一种新型水下仿生机器人推进装置，包括受力单元、施力单元、基座11、上支撑板 41和下支撑板42：所述受力单元包括尾鳍1、尾鳍连杆2、旋转轴3、永磁体10和永磁体紧固 框架5：所述施力单元包括磁性线圈8、铁芯7和水密接插头9：所述尾鳍1、尾鳍连杆2、旋 4
CN104925239A 说 明书 3/4页 转轴3和永磁体紧固框架5位于同一平面内，所述尾鳍连杆2一端连接固定在永磁体紧固 框架5上，另一端连接固定在尾鳍1上，所述旋转轴3安装在尾鳍连杆2上，位于尾鳍1和 永磁体紧固框架5之间，与尾鳍连杆2垂直，所述尾鳍1采用对称结构，所述永磁体紧固框 架5内嵌入安装有永磁体10：所述基座11的横截面为U形，基座11左右两个侧边的内侧 相对对称安装有磁性线圈8和铁芯7，外侧对称安装有水密接插头9，所述水密接插头9和 磁性线圈8电连接，基座11上下对称安装有上支撑板41和下支撑板42，所述上支撑板41 和下支撑板42的中心线上对称设有孔6，所述旋转轴3的两端安装在孔6内。 [0025]尾鳍是动力推进主要部件，按照仿生机器人动力推进原理，模拟鱼类尾鳍，通过磁 性动力吸合单元将电力转换为对永磁体的磁力，利用杠杆原理将磁力通过尾鳍连杆转换为 仿鱼形尾鳍的摆动力矩，推动尾部水流达到推进的目的。所述磁性动力吸合单元包括施力 单元和受力单元。所述受力单元主要由尾鳍、尾鳍连杆、旋转轴和永磁体组成。其中所采用 的永磁体安装在尾鳍前端的永磁体紧固框架，采用嵌入安装方式，并在永磁体表面涂胶粘 和。所述施力单元即动力换向单元主要包括通电线圈、水密接插头和铁芯。 [0026]所述尾鳍采用对称结构。所述仿生推进尾鳍采用对称结构设计，前端安装永磁铁， 后端外形仿照鱼类尾鳍，并按照流体中流线设计进行水动力学分析和设计，满足最小阻力 外形需要，尾鳍的摆动绕杠杆旋转轴摆动。 [0027刀实施例2 [0028] 一种新型水下仿生机器人推进装置，包括受力单元、施力单元、基座11、上支撑板 41和下支撑板42：所述受力单元包括尾鳍1、尾鳍连杆2、旋转轴3、永磁体10和永磁体紧固 框架5：所述施力单元包括磁性线圈8、铁芯7和水密接插头9；所述尾鳍1、尾鳍连杆2、旋 转轴3和永磁体紧固框架5位于同一平面内，所述尾鳍连杆2一端连接固定在永磁体紧固 框架5上，另一端连接固定在尾鳍1上，所述旋转轴3安装在尾鳍连杆2上，位于尾鳍1和 永磁体紧固框架5之间，与尾鳍连杆2垂直，所述尾鳍1采用对称结构，所述永磁体紧固框 架5内嵌入安装有永磁体10：所述基座11的横截面为U形，基座11左右两个侧边的内侧 相对对称安装有磁性线圈8和铁芯7，外侧对称安装有水密接插头9，所述水密接插头9和 磁性线圈8电连接，基座11上下对称安装有上支撑板41和下支撑板42，所述上支撑板41 和下支撑板42的中心线上对称设有孔6，所述旋转轴3的两端安装在孔6内。 [0029]所述上支撑板41和下支撑板42的形状大小完全相同。为增加互换性，上下支撑 板设计完全一致，在支撑板中心开通孔，安装仿生尾鳍杠杆旋转轴，安装顺序按照先安装旋 转轴与上下支撑板，然后将组件通过紧固螺钉整体安装到基座，完成仿生推进主体的装配。 [0030]所述永磁体10上涂有薄膜涂层。 [0031] 所述基座11的材质为铝合金。所述支撑板通过防松螺钉紧固在基座上。所述基 座整体采用铝合金材料，减轻推进器的水下重力，外观采用U型设计，U型连接左右两端对 称安装动力单元磁性线圈和铁芯，上下对称安装摆动尾鳍支撑板，支撑板与基座通过防松 螺钉紧固。 [0032]所述支撑板4通过防松螺钉紧固在基座11上 [0033] 所述基座11正面四角对称开有通孔12。 [0034]所述水密接插头9采用两芯结构。水密接插头采用两芯结构，按照标准水密接插 头结构设计，该部分采用公头结构，两根芯线接收母头提供的换向直流电源信号，通过上层 5
CN104925239A 说明书 4/4页 控制电路输出方波信号同步输送到通电线圈左右两端，由于提供的电源信号正好相反，故 产生磁场为顺向加强磁场，通电线圈产生的磁场经铁芯加强后对受力单元永磁体产生周期 性的吸力和排斥力，推动推进尾鳍永磁铁按照控制信号周期性的左右摆动，进而使尾鳍左 右摆动产生推进力，输出可控的推进动力。通过上层控制电路控制输入电压和频率，达到改 变仿生推动尾鳍的输出动力的目的。 [0035]所述支撑板4与旋转轴3之间采用间隙配合。 [0036] 所述尾鳍1、尾鳍连杆2、旋转轴3和永磁体紧固框架5为一体成型。 6
CN104925239A 说明书附图 1/2页 2 3 41 42 11 图1 6 7 9 B 8 A A 图2 12 0 图3 7
CN104925239A 说明书附图 2/2页 10 7 8 /12 图4 图5 图6 图7 8