本发明属于仿生试验领域，具体涉及一种仿生扑翼推进试验平台。
背景技术：
扑翼推进由于其效率高、灵活性好、噪声低等优点，成为最近海洋学科研究的热点。而鳐鱼作为扑动推进鱼类中杰出的代表，其运动形式得到了广泛的关注。人们通过高速相机对鳐鱼的运动形态进行捕捉，并且建立了其运动的数学模型。基于数学模型，研究人员利用众多形式的运动机构对鳐鱼的运动形态进行了模拟，以此来分析其运动过程中的相关特性。由于实际的鳐鱼运动形态极其复杂，现有的实验装置都是将其运动形态简化为单个轴的俯仰运动、升沉运动或两者的结合，并且通过将运动轴固定在推进方向的某个位置来降低测量难度。采用这样的测试方法，并不能得到鱼类在推进时真正的相关物理特性，限制了人们对鳐鱼推进机理的了解。
技术实现要素：
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种仿生扑翼推进试验平台，通过双轴联动，更好的模拟扑翼推进的运动形式，同时借助气浮导轨，实现仿生扑翼在推进方向的自由移动，更真实精确的模拟鳐鱼的直线运动过程。
本发明的技术方案是：一种仿生扑翼推进试验平台，其特征在于：包括运动模块、气浮导轨和气浮导轨支架；所述气浮导轨支架用于支撑整个试验平台，其两端平行固定有两个气浮导轨；所述运动模块的两端分别和两个气浮导轨滑动连接，用于实现仿生扑翼的水平平动以及转动；
所述运动模块包括横向电机、旋转电机、旋转电机支架、限位开关、六轴力/力矩传感器、第一联轴器、第二联轴器、运动轴和运动轴支撑架；所述运动轴支撑架垂直于所述气浮导轨，其底面的两端分别和两个气浮导轨滑动连接，两端能够同时沿导轨长度方向水平运动；所述运动轴为丝杠，其两端分别通过轴承与所述运动轴支撑架两端连接，所述旋转电机支架通过丝杠螺母垂直安装于所述丝杠的下方，所述横向电机同轴安装于所述运动轴的一端，用于控制所述丝杠的旋转，进一步控制所述旋转电机支架沿丝杠的水平运动；所述旋转电机固定于所述旋转电机支架上，其输出轴依次同轴安装有第一联轴器、六轴力/力矩传感器和第二联轴器；通过所述第二联轴器与被测仿生扑翼连接，所述旋转电机用于控制被测仿生扑翼的旋转运动。
本发明的进一步技术方案是：所述旋转电机输出轴上安装有光电感应限位开关，能够随所述输出轴旋转，通过光电感应限位开关上的遮光板对光的感应控制所述光电感应限位开关的通断，用于当扑翼旋转失控时对其旋转速度和角度进行调整。
本发明的进一步技术方案是：包括盖板和两个所述运动模块，两个所述运动模块并列设置，上表面通过所述盖板固定为整体，用于同时模拟胸鳍和尾鳍协同运动。
本发明的进一步技术方案是：所述气浮导轨采用花岗岩材质，并通过空压机从孔内向气浮导轨充入压力空气，同时通过抽气机将多余压力空气抽出，保持气浮导轨内部气压饱和，使得试验平台在所述气浮导轨上进行自由运动。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明中仿生扑翼推进平台通过两套运动模块来实现仿鳐鱼扑翼运动；每个运动模块均包含两个步进电机，用来控制夹持扑翼的水平平动以及转动，可实现运动模块的单独运动，也可以实现多个运动模块的协同运动；能够更加真实的模拟鳐鱼的运动规律。并通过气浮导轨来支撑运动部分，能实现试验平台在推进方向的自由移动，提高整个推进装置的精度；在适用于其他仿生扑翼推进实验时可直接增加运动模块的组数来达到实验效果。
试验平台中各旋转轴均加装限位开关，采用限位开关来对扑翼旋转运动进行实时监控，可以及时发现并杜绝扑翼旋转失控的情况发生，可保证实验平台长时间保持高精度的运动。旋转轴下方连接了六轴力/力矩传感器，在控制运动的同时还能记录下扑翼各方向的受力情况。
附图说明
图1为一种仿生扑翼推进试验平台的结构示意图；
图2为一种仿生扑翼推进试验平台的运动部分示意图；
图3为一种仿生扑翼推进试验平台的运动模块示意图；
附图标记说明：1—盖板，2—运动模块，3—气浮导轨，4—气浮导轨支架，5—横向电机，6—旋转电机，7—光电感应限位开关，8—六轴力/力矩传感器，9-运动轴，10-运动轴支撑架，11-旋转电机电源接头，12-横向电机电源接头，13-旋转电机支架，14-第一联轴器，15-第二联轴器。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种仿生扑翼推进试验平台包括运动模块、气浮导轨3和气浮导轨支架4；气浮导轨支架4用于支撑整个试验平台，其两端平行固定有两个气浮导轨3；所述运动模块的两端分别和两个气浮导轨3滑动连接，用于实现仿生扑翼的水平平动以及转动。
本实施例中仿生扑翼推进试验平台包括盖板1、两个运动模块2、两个气浮导轨3和气浮导轨支架4；两个运动模块2并列设置，上表面通过盖板1固定为整体，用于同时模拟胸鳍和尾鳍协同运动，通过协同控制来实现模拟鳐鱼的运动规律。气浮导轨支架4为钢框架结构，用于搭载气浮导轨3和运动模块2；将两个运动模块2安装在气浮导轨3上，当运动模块2带动扑翼在水下运动时产生前进力，可使整个运动部分在气浮导轨3上低摩擦自由运动，能更加真实的反映鱼类在推进时的相关物理特性。气浮导轨3采用花岗岩材质，并通过空压机从小孔向气浮导轨充入压力空气，同时通过抽气机将多余压力空气抽出，保持气浮导轨内部气压饱和，使得实验平台可以在气浮导轨上进行低摩擦自由运动，达到更高的精度。
运动模块2包括横向电机5、旋转电机6、光电感应限位开关7、六轴力/力矩传感器8、运动轴9、运动轴支撑架10、旋转电机电源接头11、横向电机电源接头12、旋转电机支架13、第一联轴器14和第二联轴器15。运动轴支撑架10垂直于两个气浮导轨3，并设置于其上方，其底面的两端分别和两个气浮导轨3滑动连接，两端能够同时沿导轨长度方向水平运动；运动轴9为丝杠，其两端分别通过轴承与运动轴支撑架10两端连接，旋转电机支架13通过丝杠螺母垂直安装于所述丝杠的下方，横向电机5同轴安装于运动轴9的一端，用于控制所述丝杠的旋转，进一步控制旋转电机支架13沿丝杠的水平运动；旋转电机6固定于旋转电机支架13上，其输出轴依次同轴安装有第一联轴器14、六轴力/力矩传感器8和第二联轴器15；通过第二联轴器15与被测仿生扑翼连接。横向电机5和旋转电机6用以实现对扑翼的水平平动及旋转运动的控制；本试验平台中共采用了两个运动模块，两运动模块可单独工作也可协同作业。研究单个扑翼水动力特性时仅使用一个运动模块2；两运动模块协同作业时，可实现对鱼类胸鳍、尾鳍的同时运动仿真。当用于其他仿生扑翼推进试验时还可通过继续增加运动模组数来达到实验效果。
本仿生扑翼推进试验平台在运动模块中所有旋转电机的输出轴上安装了光电感应限位开关7，限位开关采用光电式接近开关，原理是当有反光物体接近时，光电器件接收到反射光后便有信号输出，感知有物体靠近。仿生扑翼在水下长时间运动时会引起水面剧烈波动，随着运动时间的增加，水面波动效应也增强，会出现扑翼旋转失控的情况，通过光电感应限位开关7上的遮光板对光的感应控制限位开关7的通断，进而对扑翼旋转运动进行实时监控，并当扑翼旋转失控时对其旋转速度和角度进行调整，可以及时发现并杜绝扑翼旋转失控的情况发生，从而保证实验平台高精度运动。
本仿生扑翼推进试验平台在旋转轴下方通过螺钉连接了六轴力/力矩传感器8，在控制运动的同时还能记录下扑翼各方向的受力情况。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
技术特征：
1.一种仿生扑翼推进试验平台，其特征在于：包括运动模块、气浮导轨和气浮导轨支架；所述气浮导轨支架用于支撑整个试验平台，其两端平行固定有两个气浮导轨；所述运动模块的两端分别和两个气浮导轨滑动连接，用于实现仿生扑翼的水平平动以及转动；
所述运动模块包括横向电机、旋转电机、旋转电机支架、限位开关、六轴力/力矩传感器、第一联轴器、第二联轴器、运动轴和运动轴支撑架；所述运动轴支撑架垂直于所述气浮导轨，其底面的两端分别和两个气浮导轨滑动连接，两端能够同时沿导轨长度方向水平运动；所述运动轴为丝杠，其两端分别通过轴承与所述运动轴支撑架两端连接，所述旋转电机支架通过丝杠螺母垂直安装于所述丝杠的下方，所述横向电机同轴安装于所述运动轴的一端，用于控制所述丝杠的旋转，进一步控制所述旋转电机支架沿丝杠的水平运动；所述旋转电机固定于所述旋转电机支架上，其输出轴依次同轴安装有第一联轴器、六轴力/力矩传感器和第二联轴器；通过所述第二联轴器与被测仿生扑翼连接，所述旋转电机用于控制被测仿生扑翼的旋转运动。
2.根据权利要求1所述仿生扑翼推进试验平台，其特征在于：所述旋转电机输出轴上安装有光电感应限位开关，能够随所述输出轴旋转，通过光电感应限位开关上的遮光板对光的感应控制所述光电感应限位开关的通断，用于当扑翼旋转失控时对其旋转速度和角度进行调整。
3.根据权利要求1所述仿生扑翼推进试验平台，其特征在于：包括盖板和两个所述运动模块，两个所述运动模块并列设置，上表面通过所述盖板固定为整体，用于同时模拟胸鳍和尾鳍协同运动。
4.根据权利要求1所述仿生扑翼推进试验平台，其特征在于：所述气浮导轨采用花岗岩材质，并通过空压机从孔内向气浮导轨充入压力空气，同时通过抽气机将多余压力空气抽出，保持气浮导轨内部气压饱和，使得试验平台在所述气浮导轨上进行自由运动。
技术总结
本发明一种仿生扑翼推进试验平台，属于仿生试验领域；包括运动模块、气浮导轨和气浮导轨支架；所述气浮导轨支架用于支撑整个试验平台，其两端平行固定有两个气浮导轨；所述运动模块的两端分别和两个气浮导轨滑动连接，用于实现仿生扑翼的水平平动以及转动；通过两套运动模块来实现仿鳐鱼扑翼运动；每个运动模块均包含两个步进电机，用来控制夹持扑翼的水平平动以及转动，可实现运动模块的单独运动，也可以实现多个运动模块的协同运动；能够更加真实的模拟鳐鱼的运动规律。并通过气浮导轨来支撑运动部分，能实现试验平台在推进方向的自由移动，提高整个推进装置的精度；在适用于其他仿生扑翼推进实验时可直接增加运动模块的组数来达到实验效果。
技术研发人员：黄桥高;潘光;赵嘉祯;高鹏骋;曹永辉;曹勇
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：.09.04
技术公布日：.11.12
