[发明专利]一种基于折纸原理的自适应仿生脚蹼及伸缩运动方法

说明书

一种基于折纸原理的自适应仿生脚蹼及伸缩运动方法，仿生脚蹼主要由形变折展单元连接而成，每组形变折展单元包含两个动脚蹼、两排定脚蹼组和多个形变限位块；每排定脚蹼组的多个定脚蹼从近端到远端呈逐渐增大的方式排列，近端的定脚蹼内布置有单向摆动的动脚蹼，每排定脚蹼组中的横线折痕由近端至远端为峰线和谷线交替设置，相邻定脚蹼上有峰线折痕处的位置各设有呈横向布置的形变限位块，相邻两排定脚蹼组的竖线折痕由近端至远端为峰线和谷线交替设置；相邻两组形变折展单元的竖线折痕由近端至远端为谷线和峰线交替设置。本发明可实现脚蹼的伸展和收缩运动，在实现形态改变的同时，优化了机器人的结构，提高了机器人的运动效率。

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，具体涉及一种基于折纸原理的自适应性仿生脚蹼及伸缩运动方法。

背景技术

随着人们对海洋资源的不断探索，水下软体机器人倍受科研人员的关注，仿生游动机器人伴随着水下机器人技术、材料技术的迅速发展，成为新兴领域的研究热点，在资源勘探和环境监测领域等有着广阔的应用前景。

目前，仿生脚蹼作为水下游动机器人的主要驱动方式之一，其结构的柔顺性和自适应性对机器人的运动效率有着很大的影响，现已研制的机器人的仿生脚蹼的结构较大且复杂，无法根据运动形式随时自主调整脚蹼结构，适应性差，存在的少有的脚蹼在改变运动形态时，还需要添加舵机或者气源驱动等外界装置来实现，这导致机器人的结构比较复杂，质量较重，大大降低了水下机器人的运动效率。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种基于折纸原理的自适应仿生脚蹼及伸缩运动方法，

方案一：一种基于折纸原理的自适应仿生脚蹼主要由N组形变折展单元连接而成，每组形变折展单元包含两个动脚蹼、两排定脚蹼组和多个形变限位块；每排定脚蹼组包含多个定脚蹼，每排定脚蹼组的多个定脚蹼从近端到远端呈逐渐增大的方式排列，近端的定脚蹼内布置有单向摆动的动脚蹼，每排定脚蹼组中的横线折痕由近端至远端为峰线和谷线交替设置，相邻定脚蹼上有峰线折痕处的位置各设有呈横向布置的形变限位块，纵向上相邻两个形变限位块在脚蹼被推进展开后并在一起，相邻两排定脚蹼组的竖线折痕由近端至远端为峰线和谷线交替设置；相邻两组形变折展单元的竖线折痕由近端至远端为谷线和峰线交替设置，所述脚蹼展开后的外形呈扇形。

方案二：一种基于折纸原理的自适应仿生脚蹼的伸缩运动方法，所述方法的步骤为：初始状态时，脚蹼在介质中漂浮，动脚蹼置于推进运动时的受力一侧，在进行推进运动时，介质首先对脚蹼近端的峰线、动脚蹼和定脚蹼产生作用力，由于动脚蹼单向闭合，三者共同带动脚蹼开始沿峰线和谷线伸展，当脚蹼完全展开后，限位线张紧，阻止脚蹼的远端沿谷线收缩，同时峰线处的形变限位块开始闭合挤压，通过产生挤压作用力保证脚蹼不会产生过度形变，进而完成推进运动；在进行恢复运动时，动脚蹼在介质作用力下打开，形成单向排水，同时限位线和形变限位块瞬时失去作用力，在介质的挤压作用下，各个单元沿折痕自主收缩，减小了恢复阻力，如此反复操作无需提供额外的动力，实现脚蹼的伸展和收缩运动。

本发明相比现有技术的有益效果是：

一、本发明基于折纸原理，结合动脚蹼、定脚蹼、形变限制块、限位线以及峰线和谷线的折痕路径仅仅依靠水的作用力即可实现脚蹼的伸展和收缩运动，在实现形态改变的同时，除去了外部驱动装置，优化了机器人的结构，提高了机器人的运动效率。

二、本发明在各个定脚蹼之间折痕柔性连接，与外界刚体接触时可以产生自适应形变，可以避免碰撞损伤，增强了其对外部环境的适应性。

三、本发明结构简单、重量轻、自适应性好、加工方便且成本低。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1为本发明的仿生脚蹼展开示意图；

图2为从近端看的本发明仿生脚蹼收缩示意图；