[發明專利]仿蝠鲼胸鰭機構及仿蝠鲼機器人

有效

• 申請號: 202110405472.5
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113044194B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 黃豪彩;盛超武;吳建楠;孫祺軒;周春琳
• 申請（專利權）人: 青島海洋科學與技術國家實驗室發展中心
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36;B63C11/52
• 代理公司: 青島聯信知識產權代理事務所(普通合伙) 37227
• 代理人: 潘晉祥

本發明涉及一種仿蝠鲼胸鰭機構及仿蝠鲼機器人，其中，仿蝠鲼胸鰭機構，包括胸鰭骨架、前緣繩、后緣繩和柔性鰭皮；胸鰭骨架包括根部支撐骨架和多級擺動支撐骨架，每級擺動支撐骨架均對應安裝有一差速驅動單元，每級差速驅動單元均包括連接件，以及固定連接于連接件的驅動組件；其中，第一級差速驅動單元的連接件固定連接于根部支撐骨架，其他各級差速驅動單元的連接件均固定連接于其上一級擺動支撐骨架；每級差速驅動單元的驅動組件驅動其同級的擺動支撐骨架以該擺動支撐骨架撐起的胸鰭截面上的一直線為軸轉動，并以胸鰭截面的一垂線為軸轉動。本發明仿蝠鲼胸鰭機構具有多自由度，且其運動完全可控。

技術領域

本發明屬于水下仿生機器人技術領域，尤其涉及一種仿蝠鲼胸鰭機構及仿蝠鲼機器人。

背景技術

蝠鲼身體扁平，體呈菱形，體長可達8米，體重可達1噸以上，其具有強大的胸鰭，通過胸鰭的波動運動來產生前進的推力，不僅擁有高效的巡游性能，其機動性也非常強，可以快速靈活地實現原地轉向。蝠鲼胸鰭的運動呈現強烈的三維特征，可認為是側向(即翼展方向)與前進方向(即弦向)的波動運動的合成。仿蝠鲼胸鰭機構是基于蝠鲼生物原型，模仿蝠鲼柔性胸鰭的運動特性，利用特殊的機械驅動結構與柔性材料制作而成的一種推進機構。仿蝠鲼胸鰭機構能模仿蝠鲼在水中完成波動拍打運動，從而產生驅動力。

目前，大部分的仿蝠鲼胸鰭機構主要由沿弦向排列的多根鰭條與柔性鰭皮組成，多根鰭條之間的擺動具有一定的超前或者滯后的相位差，從而帶動固定在其上的柔性鰭皮產生波動運動。然而，該類仿蝠鲼胸鰭機構一般自由度較少，仿生效果較差，并且鰭條之間的鰭皮容易發生拉扯，產生較大的形變和應力。專利CN110576957A公開了一種展向彎曲與弦向擺動可控的多骨架仿蝠鲼胸鰭推進機構，其是一種以中部橫梁為基礎、以骨架作為框架的仿蝠鲼胸鰭機構。然而，該機構的不足之處在于以柔性繩進行驅動，具有較多不確定的自由度，在水下工作時，胸鰭的拍打運動難以被準確控制。

總之，仿蝠鲼胸鰭機構相關技術中存在自由度少或運動不可控的問題。

發明內容

針對相關技術中存在的不足之處，本發明提供了一種仿蝠鲼胸鰭機構及仿蝠鲼機器人，該仿蝠鲼胸鰭機構具有多自由度，且其運動完全可控，以解決現有仿蝠鲼胸鰭機構中存在的自由度少和運動不可控的技術問題。

本發明提供一種仿蝠鲼胸鰭機構，包括：

胸鰭骨架，胸鰭骨架包括自胸鰭根部至尖部沿翼展方向均布的多個支撐骨架；

前緣繩，前緣繩依次連接各支撐骨架的前緣；

后緣繩，后緣繩依次連接各支撐骨架的后緣；

柔性鰭皮，柔性鰭皮包覆于胸鰭骨架外，并與各支撐骨架、前緣繩和后緣繩均固定連接；

胸鰭骨架中，位于根部的支撐骨架為根部支撐骨架，其他支撐骨架中，自與根部支撐骨架相鄰的支撐骨架至胸鰭尖部的支撐骨架依次為逐級設置的擺動支撐骨架，每級擺動支撐骨架均對應安裝有一差速驅動單元；

每級差速驅動單元均包括連接件，以及固定連接于連接件的驅動組件；其中，第一級差速驅動單元的連接件固定連接于根部支撐骨架，其他各級差速驅動單元的連接件均固定連接于其上一級擺動支撐骨架；每級差速驅動單元的驅動組件驅動其同級的擺動支撐骨架以該擺動支撐骨架撐起的胸鰭截面上的一直線為軸轉動，并以胸鰭截面的一垂線為軸轉動。

本技術方案中，同級的擺動支撐骨架和差速驅動單元構成一級擺動單元，每級擺動單元的擺動支撐骨架由差速驅動單元的驅動組件驅動實現兩個方向的轉動，從而使每個擺動單元具有兩個自由度，而多級擺動單元之間通過差速驅動單元的連接件串聯連接，使整個仿蝠鲼胸鰭機構具有多個自由度，同時，每級擺動單元的運動可通過每級差速驅動單元的驅動組件準確控制，從而使仿胸鰭機構弦向及翼展方向的波動運動完全可控，可實現多種運動，提供了對蝠鲼生物的模仿的真實性。

在其中一些實施例中，差速驅動單元中，驅動組件包括：