[发明专利]一种仿生波动鳍的制作方法

说明书

本发明公开了一种仿生波动鳍的制作方法，该制作方法依据波动鳍波动时其内外弧为空间曲线，先对波动鳍整体的波动形态和参数特性进行准确的分析和判断，依据波动鳍的波动形态参数计算获得波动鳍的内弧长和外弧长，再计算得到波动鳍所对应平面扇形的内径、宽度和扇形角度，最后在橡胶板上裁剪获得与平面扇形相应形状的扇形波动鳍。该制作方法采用逆推方法，通过更为准确的计算模型分析并准确计算，使得长度计算更符合实际，能够制作出精度更高的仿生波动鳍，从而更好地适应水陆两栖领域的波动鳍推进。

技术领域

本发明涉及仿生运动装备技术领域，具体涉及一种仿生波动鳍的制作方法。

背景技术

现有水下机器人多采用螺旋桨推进为主，随着对机器人的稳定性、隐蔽性、高效性要求的增加，传统螺旋桨推进器难以满足更高的要求。波动鳍是鱼类经过长久的演变和进化所拥有的独特形态结构，其独特的运行方式，有着对环境极强的适应能力，运动平稳，效率高，机动性好，不易产生游动尾迹和隐蔽性好的特点。所以对波动鳍作为推进器的研究一直是研究的热点。

水陆两栖机器人相比于水下机器人有着更大的活动范围和应用领域，该种机器人的研究与开发亦得到了广泛的关注和研究。其中，仿生波动鳍同时作为陆地和水下推进的单元的设计是相比传统采用两套不同机构分别进行水陆推进更为先进的设计。

传统的仿生波动鳍只利用于水中，在柔性液体中对波动鳍的形态要求不高，且常常保持过于松弛的状态。作为水陆两栖推进时，仿生波动鳍同时需要应对刚性地面，所以需要对波动鳍需要有恰当的刚度和柔度，对波动鳍的制作需要更为精准。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种仿生波动鳍的制作方法，该制作方法能够制作出精度更高的仿生波动鳍，从而更好地适应水陆两栖领域的波动鳍推进。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种仿生波动鳍的制作方法，包括以下步骤：

(S1)根据波动鳍的预期波动形态，确定波动鳍的波动形态参数，该波动形态参数包括内弧到摆动中心的距离R₁、外弧到摆动中心的距离R₂、摆动角度θ、波长λ和波动水平总长度ΔX；

(S2)依据波动鳍的波动形态参数计算获得波动鳍的内弧长L₁和外弧长L₂；

(S3)依据波动鳍的内弧长L₁和外弧长L₂，按照以下公式(1)计算得到波动鳍所对应平面扇形的内径R、宽度d和扇形角度β，

式中，R为波动鳍所对应平面扇形的内径，d为波动鳍所对应平面扇形的宽度，β为波动鳍所对应平面扇形的扇形角度，L₁为波动鳍的内弧长，L₂为波动鳍的外弧长；

(S4)依据波动鳍所对应平面扇形的内径R、宽度d和扇形角度β，在橡胶板上裁剪获得与平面扇形相应形状的扇形波动鳍。

上述的制作方法，优选的，

所述步骤(S2)中，波动鳍的内弧长L₁和外弧长L₂的计算方法具体是，先建立空间坐标系，将波动鳍置于该空间坐标系中，使波动鳍的一端与Z轴重合，波动鳍各摆动单元的摆动中心与X轴重合，波动鳍各摆动单元的摆动对称轴与Z轴平行，得到内弧长L₁和外弧长L₂的空间曲线方程(2)如下：

式中，x为空间坐标系中x轴向上的坐标，y为空间坐标系中y轴向上的坐标，z为空间坐标系中z轴向上的坐标，R为波动鳍内弧或外弧到波动鳍摆动中心的距离，θ为波动鳍的摆动角度，λ为波动鳍的波长，ΔX为波动鳍的波动水平总长度，t为0到ΔX范围内的参变量；