[发明专利]仿蝠鲼胸鳍机构及仿蝠鲼机器人

说明书

本发明涉及一种仿蝠鲼胸鳍机构及仿蝠鲼机器人，其中，仿蝠鲼胸鳍机构，包括胸鳍骨架、前缘绳、后缘绳和柔性鳍皮；胸鳍骨架包括根部支撑骨架和多级摆动支撑骨架，每级摆动支撑骨架均对应安装有一差速驱动单元，每级差速驱动单元均包括连接件，以及固定连接于连接件的驱动组件；其中，第一级差速驱动单元的连接件固定连接于根部支撑骨架，其他各级差速驱动单元的连接件均固定连接于其上一级摆动支撑骨架；每级差速驱动单元的驱动组件驱动其同级的摆动支撑骨架以该摆动支撑骨架撑起的胸鳍截面上的一直线为轴转动，并以胸鳍截面的一垂线为轴转动。本发明仿蝠鲼胸鳍机构具有多自由度，且其运动完全可控。

技术领域

本发明属于水下仿生机器人技术领域，尤其涉及一种仿蝠鲼胸鳍机构及仿蝠鲼机器人。

背景技术

蝠鲼身体扁平，体呈菱形，体长可达8米，体重可达1吨以上，其具有强大的胸鳍，通过胸鳍的波动运动来产生前进的推力，不仅拥有高效的巡游性能，其机动性也非常强，可以快速灵活地实现原地转向。蝠鲼胸鳍的运动呈现强烈的三维特征，可认为是侧向(即翼展方向)与前进方向(即弦向)的波动运动的合成。仿蝠鲼胸鳍机构是基于蝠鲼生物原型，模仿蝠鲼柔性胸鳍的运动特性，利用特殊的机械驱动结构与柔性材料制作而成的一种推进机构。仿蝠鲼胸鳍机构能模仿蝠鲼在水中完成波动拍打运动，从而产生驱动力。

目前，大部分的仿蝠鲼胸鳍机构主要由沿弦向排列的多根鳍条与柔性鳍皮组成，多根鳍条之间的摆动具有一定的超前或者滞后的相位差，从而带动固定在其上的柔性鳍皮产生波动运动。然而，该类仿蝠鲼胸鳍机构一般自由度较少，仿生效果较差，并且鳍条之间的鳍皮容易发生拉扯，产生较大的形变和应力。专利CN110576957A公开了一种展向弯曲与弦向摆动可控的多骨架仿蝠鲼胸鳍推进机构，其是一种以中部横梁为基础、以骨架作为框架的仿蝠鲼胸鳍机构。然而，该机构的不足之处在于以柔性绳进行驱动，具有较多不确定的自由度，在水下工作时，胸鳍的拍打运动难以被准确控制。

总之，仿蝠鲼胸鳍机构相关技术中存在自由度少或运动不可控的问题。

发明内容

针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种仿蝠鲼胸鳍机构及仿蝠鲼机器人，该仿蝠鲼胸鳍机构具有多自由度，且其运动完全可控，以解决现有仿蝠鲼胸鳍机构中存在的自由度少和运动不可控的技术问题。

本发明提供一种仿蝠鲼胸鳍机构，包括：

胸鳍骨架，胸鳍骨架包括自胸鳍根部至尖部沿翼展方向均布的多个支撑骨架；

前缘绳，前缘绳依次连接各支撑骨架的前缘；

后缘绳，后缘绳依次连接各支撑骨架的后缘；

柔性鳍皮，柔性鳍皮包覆于胸鳍骨架外，并与各支撑骨架、前缘绳和后缘绳均固定连接；

胸鳍骨架中，位于根部的支撑骨架为根部支撑骨架，其他支撑骨架中，自与根部支撑骨架相邻的支撑骨架至胸鳍尖部的支撑骨架依次为逐级设置的摆动支撑骨架，每级摆动支撑骨架均对应安装有一差速驱动单元；

每级差速驱动单元均包括连接件，以及固定连接于连接件的驱动组件；其中，第一级差速驱动单元的连接件固定连接于根部支撑骨架，其他各级差速驱动单元的连接件均固定连接于其上一级摆动支撑骨架；每级差速驱动单元的驱动组件驱动其同级的摆动支撑骨架以该摆动支撑骨架撑起的胸鳍截面上的一直线为轴转动，并以胸鳍截面的一垂线为轴转动。

本技术方案中，同级的摆动支撑骨架和差速驱动单元构成一级摆动单元，每级摆动单元的摆动支撑骨架由差速驱动单元的驱动组件驱动实现两个方向的转动，从而使每个摆动单元具有两个自由度，而多级摆动单元之间通过差速驱动单元的连接件串联连接，使整个仿蝠鲼胸鳍机构具有多个自由度，同时，每级摆动单元的运动可通过每级差速驱动单元的驱动组件准确控制，从而使仿胸鳍机构弦向及翼展方向的波动运动完全可控，可实现多种运动，提供了对蝠鲼生物的模仿的真实性。

在其中一些实施例中，差速驱动单元中，驱动组件包括：