[发明专利]一种可控变刚度仿生鳍式推进机构

说明书

本发明提出一种变刚度仿生鳍式推进机构，用作仿生鳍式推进机器人的前肢机构，所述推进机构包括变刚度柔性前肢水翼，所述前肢水翼的远端为多关节水翼，近端为刚度调节机构；所述刚度调节机构包括依次连接的刚度调节器、弹簧牵引绳、弹簧、多关节水翼牵引绳，多关节水翼牵引绳的远端连接所述多关节水翼。其中，弹簧本身具有一定的弹性，可对多关节水翼形成柔性连接，此外，可通过刚度调节器主动拉伸弹簧，改变弹簧的长度并进一步改变被弹性牵引的多关节水翼的刚度。如此设计，可在机器人的滑翔模式、扑翼划水模式、爬行模式下自由切换水翼刚度，以适应不同模式的需求。

技术领域

本申请涉及水下机器人领域，具体涉及一种可控变刚度仿生鳍式推进机构。

背景技术

随着海洋开发活动越来越频繁和深入，对海洋探测技术和设备的需求也越来越高。在超越潜水极限的恶劣水下环境中，搭载传感器、仪器设备的水下机器人很自然地成为人类延伸自己感知能力的主要工具之一。水下机器人作为一种高技术手段在海洋开发和利用领域的重要性不亚于宇宙火箭在探索宇宙空间中的作用，在勘测海底矿产资源和发现新物种上有巨大的潜力和开发的空间。

AUV(autonomous underwater vehicle，自行式水下航行器)是水下机器人的典型代表，各国研究机构已开展大量研究。AUV通常采用鱼雷状的外形，并采用螺旋桨驱动方式。但是，螺旋桨驱动方式转弯半径大，不够灵活，且具有高噪声、难以实现小型化、容易形成湍流等问题，不但增加了能耗，还在很大程度上影响了周围的水生物环境。

发明内容

因此，本申请的目的在于提供一种用于仿生机器人的变刚度仿生鳍式推进机构，将海龟的肢体结构与运动机理运用到机器人的机构设计与运动控制中，从而提高水下机器人的隐蔽性和推进效率。

为此，本申请提供一种变刚度仿生鳍式推进机构，用作仿生鳍式推进机器人的前肢机构，所述推进机构包括变刚度柔性前肢水翼，所述前肢水翼的远端为多关节水翼，近端为刚度调节机构。

进一步的，所述刚度调节机构包括依次连接的刚度调节器、弹簧牵引绳、弹簧、多关节水翼牵引绳，多关节水翼牵引绳的远端连接所述多关节水翼。

进一步的，所述刚度调节器为舵机，所述刚度调节器的输出轴通过舵盘连接所述弹簧牵引绳。

进一步的，所述推进机构还包括前肢驱动关节，所述前肢驱动关节包括前肢摆旋关节、前肢位旋关节、前肢拍旋关节，用于驱动前肢水翼的摆旋、位旋、拍旋运动。

进一步的，所述推进机构还包括前肢连接件、前肢关节外壳，所述前肢连接件与所述前肢关节外壳形成水平方向的转动副，所述前肢关节外壳与所述变刚度柔性前肢水翼形成垂直方向的转动副和前肢水翼轴向的转动副。

进一步的，所述前肢摆旋关节由前肢摆旋舵机驱动，所述前肢摆旋舵机装配于所述前肢连接件内，所述前肢摆旋舵机的输出轴通过前肢摆旋舵机舵盘、前肢摆旋驱动绳将摆旋运动传递至所述前肢关节外壳上。

进一步的，所述前肢位旋关节由前肢位旋舵机驱动，所述前肢位旋舵机装配于所述前肢关节外壳内，所述前肢位旋舵机的输出轴通过前肢位旋舵机舵盘、前肢位旋驱动绳、斜角齿轮组将位旋运动传递至前肢水翼上。

进一步的，所述前肢拍旋关节由前肢拍旋舵机驱动，所述前肢拍旋舵机装配于前肢关节外壳内，所述前肢拍旋舵机的输出轴通过前肢拍旋舵机舵盘、前肢拍旋驱动绳、前肢滚轴连接件将拍旋运动传递至前肢水翼上。

进一步的，所述前肢滚轴连接件为T型构件，所述前肢滚轴连接件的上侧横杆中空，中空部与拍旋运动的旋转轴连接；所述前肢水翼连接于所述前肢滚轴连接件的中间竖杆末端。

进一步的，所述斜角齿轮组包括相啮合的第一斜角齿轮和第二斜角齿轮，所述第一斜角齿轮可旋转的连接于所述前肢滚轴连接件的上侧横杆一端，所述第二斜角齿轮可旋转的连接于所述前肢滚轴连接件的中间竖杆末端，且前肢水翼与第二斜角齿轮固定连接。