本发明专利技术公开一种大变形柔性机构线驱动的仿生牛鼻鲼摆动胸鳍，包括胸鳍蒙皮胸鳍骨架与胸鳍蒙皮内部设置的胸鳍骨架；骨架由基板与鳍条构成。基板沿仿生胸鳍弦向设置，在基板前部、中部与后部沿胸鳍展向安装有与牛鼻鲼胸鳍鳍条原型展向截面形状相似鳍条，各个鳍条通过线驱动进行上下摆动。各个鳍条两侧设置有一条或多条与牛鼻鲼胸鳍鳍条原型弦向截面形状相似的软肢，各个软肢间以及各个软肢与相邻鳍条间通过弹性线绳相连，由此使仿生牛鼻鲼摆动胸鳍运动过程中沿弦向的波动传递柔顺、平滑、连贯，更加拟合自然原型牛鼻鲼胸鳍的波动运动。本发明专利技术的优点为：可实现仿生鳍条的展向柔性分布和柔性变形；实现仿生胸鳍沿弦向的柔性分布和运动过程中的波动传递。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种仿生摆动胸鳍，具体来说，是一种采用大变形柔性机构形成摆动胸鳍内部驱动和支撑骨架，进而实现能够模拟海洋中利用胸鳍摆动推进进行游动的牛鼻鲼胸鳍三维柔顺摆动变形。
技术介绍
鱼类的推进模式根据产生推进力部位的不同，可以分为身体/尾鳍推进模式和中间鳍/对鳍推进模式。以胸鳍作为主要推进力来源的运动模式属于中间鳍/对鳍推进模式的一种。胸鳍推进模式根据胸鳍上传递波数的不同，又可分为胸鳍波动推进模式和胸鳍摆动推进模式。胸鳍波动推进模式在运动过程中，胸鳍上传递的波数大于I个完整波；胸鳍摆动推进模式在运动过程中，胸鳍上传递的波数小于I个完整波。牛鼻鲼作为胸鳍摆动推进模式的典型鱼类，除具有鱼类经过亿万年进化而来的高效率推进特点外，还具有胸鳍推进模式鱼类所突出的高机动性，高稳定性等特点，同时牛鼻鲼等鲼科鱼类展现出了所有胸鳍推进模式鱼类中几近最高的运动速度。此外，自然界中牛鼻鲼等鲼科鱼类的胸鳍，拥有优异的经过自然选择的胸鳍柔性分布，对胸鳍摆动推进模式的高效率、低噪声、低阻力运动起着至关重要的作用。鉴于牛鼻鲼等鲼科鱼类所展现出来的优异性能，近些年，以牛鼻鲼等鲼科鱼类作为原型的仿生机器鱼研究成为仿生研究领域的一个热点，各类仿生样机涌现。目前，采用类牛鼻鲼胸鳍摆动推进模式的仿生机器鱼，受限于驱动及加工制作水平，多对仿生胸鳍的驱动结构进行了大幅度的简化，以实现水下仿生推进运动为首要目标，因而多采用刚性机构或者具有一定柔性的简化机构实现仿生胸鳍的摆动运动，不能充分模拟自然界中摆动胸鳍的复杂柔性特征和柔性变形，使得柔性对于仿生摆动胸鳍的作用未得到充分的运用，这也是现有仿生摆动胸鳍推进性能远低于自然原型的一个重要的因素。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种大变形柔性机构线驱动的仿生牛鼻鲼摆动胸鳍，实现仿生牛鼻鲼摆动胸鳍的摆动运动，利用仿生关节结构柔性鳍条的外廓形状支撑维持摆动胸鳍的整体仿生形状，借助于线绳驱动主动的摆动鳍条及被动的波动传递软肢的相互配合，实现仿生胸鳍沿展向的摆动运动和沿弦向的波动传递，并在仿生胸鳍摆动运动过程中，实现摆动胸鳍的分布柔性特征。本专利技术大变形柔性机构线驱动的仿生牛鼻鲼摆动胸鳍，包括胸鳍蒙皮以及胸鳍蒙皮内部设置的胸鳍骨架；胸鳍骨架由沿仿生胸鳍弦向设置的基板与鳍条构成。所述鳍条包括前鳍条、中鳍条与后鳍条；前鳍条、中鳍条与后鳍条分别设置在基板前部、中部与后部，均由n个柔性材料关节A构成，n> I ;n个关节A均为长度与宽度相等的矩形框架结构，由胸鳍根部到尖端依次设置，相邻两关节A间通过柔性材料连杆A同轴串联；上述前鳍条、中鳍条与后鳍条中位于胸鳍根部的关节A —个侧面与基板固连；而n个关节A的顶面与底面分别用来与胸鳍蒙皮的上下表面贴合，实现对胸鳍蒙皮的支撑。上述前鳍条中每个关节A侧面上下位置分别开有沿胸鳍展向上的通孔A与通孔B ;中鳍条中每个关节A侧面上下位置分别开有胸鳍展向上的通孔C与通孔D ;后鳍条中每个关节A侧面上下位置分别开有胸鳍展向上的通孔E与通孔F ；由此线绳A与线绳B的固定端均与前鳍条中位于胸鳍尖端处的关节A固连，驱动端分别依次过由胸鳍尖端到末端各个关节A上的通孔A与通孔B后，穿过基板连接前驱动器，通过前驱动器实现拉动线绳A与线绳B ;线绳C、线绳D的固定端均与中鳍条中位于胸鳍尖端处的关节A固连，驱动端分别依次过由胸鳍尖端到末端各个关节A上的通孔C与通孔D后，穿过基板连接中驱动器，通过中驱动器实现拉动线绳C与线绳D ;线绳E、线绳D固定端均与后鳍条中位于胸鳍尖端处的关节A固连，驱动端分别依次过由胸鳍尖端到末端各个关节A上的通孔E与通孔F后，穿过基板连接后驱动器相连，通过中驱动器实现拉动线绳E与线绳F。上述前鳍条前部、前鳍条与中鳍条之间、中鳍条与后鳍条之间以及后鳍条后部分别设置有第一软肢组、第二软肢组、第三软肢组、第四软肢组；第一软肢组、第二软肢组、第三软肢组、第四软肢组分别由至少I条软肢构成；所述软肢由m个高度相等的条状柔性材料关节B构成，m>l，m个关节B由胸鳍的末端到尖端依次设置，相邻的两个关节B之间通过柔性材料连杆B同轴串联；上述 软肢中位于胸鳍根部的关节B与基板固连，且m个关节B两端安装有支撑板，分别用来与胸鳍蒙皮的上下表面贴合，实现胸鳍蒙皮的支撑。上述相连软肢之间以及各个鳍条与其相邻的软肢之间，均通过至少三条位于胸鳍展向上根部、中部、尖端处的弹性绳相连。本专利技术的优点在于:1、本专利技术仿生牛鼻鲼摆动胸鳍采用与仿生原型牛鼻鲼内部骨架类似的关节结构，利用大变形柔性机构，实现仿生鳍条的展向柔性分布和柔性变形；实现仿生胸鳍沿弦向的柔性分布和运动过程中的波动传递；2、本专利技术仿生牛鼻鲼摆动胸鳍采用与自然牛鼻鲼胸鳍原型弦向截面形状相似的支撑结构，实现胸鳍展向和弦向仿生形状的支撑；3、本专利技术仿生牛鼻鲼摆动胸鳍采用线绳驱动方式，有效减小驱动部分对仿生胸鳍构型的影响，减小仿生胸鳍的厚度，并使驱动结构简单；4、本专利技术仿生牛鼻鲼摆动胸鳍采用弹性绳沿弦向连接各鳍条与软肢，实现鳍条带动软肢的摆动运动，并且使沿弦向的波动传递柔顺；5、本专利技术仿生牛鼻鲼摆动胸鳍采用弹性连接件连接各鳍条尖端与基板弦向两端，实现摆动胸鳍外廓形状的维持并使沿弦向的波动传递柔顺。附图说明图1为本专利技术仿生牛鼻鲼摆动胸鳍整体结构示意图；图2为本专利技术仿生牛鼻鲼摆动胸鳍中鳍条结构示意图；图3为本专利技术仿生牛鼻鲼摆动胸鳍软肢结构示意图。图中:1-胸鳍蒙皮 2-胸鳍骨架3-线绳A4-线绳B5-线绳C 6-线绳D 7-线绳E 8-线绳F9-弹性绳 10-弹性连接件201-基板 202-鳍条203-软肢 202a-前鳍条 202b_中鳍条 202c_后鳍条202d-关节A 202e-连杆A 203a_关节B 203b_连杆B203c_支撑板具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术仿生牛鼻鲼摆动胸鳍，包括胸鳍蒙皮I与胸鳍蒙皮I内部的设置的胸鳍骨架2，如图1所示，胸鳍骨架2由基板201与鳍条202构成。基板201沿仿生牛鼻鲼摆动胸鳍弦向设置，用来支撑胸鳍蒙皮I的根部，同时用来安装鳍条202。所述鳍条202包括前鳍条202a、中鳍条202b与后鳍条202c ;前鳍条202a、中鳍条202b与后鳍条202c分别设置在基板201前部、中部与后部，均采用与牛鼻鲼胸鳍鳍条原型展向截面形状相似的结构，作为仿生牛鼻鲼摆动胸鳍的主摆动部件，且对胸鳍蒙皮I的仿生形状进行支撑。前鳍条202a、中鳍条202b与后鳍条202c均由η个柔性材料关节A202d构成，如图2所示，η个关节A202d均为长度与宽度相等的矩形框架结构，由胸鳍根部到尖端等间距设置，相邻两关节A202d间通过柔性材料连杆A202e同轴串联形成一体大变形柔性结构；上述前鳍条202a、中鳍条202b与后鳍条202c中位于胸鳍根部的关节A202d —个侧面与基板20 I固连，而η个关节A202d的顶面与底面分别用来与胸鳍蒙皮I的上下表面贴合，实现对胸鳍蒙皮I的支撑。为了实现牛鼻鲼摆动胸鳍的仿生形态，因此由胸鳍的根部到尖端的η个关节A202d的高度逐渐减小，且顶面与底面均为相对倾斜的可与自然原型牛鼻鲼胸鳍对应位置形状相似的斜面。由于胸鳍展向上各处长度不同，因此前鳍条202a本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大变形柔性机构线驱动的仿生牛鼻鲼摆动胸鳍，其特征在于：包括胸鳍蒙皮与胸鳍蒙皮内部设置的胸鳍骨架；胸鳍骨架由沿仿生胸鳍弦向设置的基板与鳍条构成；所述鳍条包括前鳍条、中鳍条与后鳍条；前鳍条、中鳍条与后鳍条分别设置在基板前部、中部与后部，均由n个柔性材料关节A构成，n＞1；n个关节A均为长度与宽度相等的矩形框架结构，由胸鳍根部到尖端依次设置，相邻两关节A间通过柔性材料连杆A同轴串联；上述前鳍条、中鳍条与后鳍条中位于胸鳍根部的关节A一个侧面与基板固连；而n个关节A的顶面与底面分别用来与胸鳍蒙皮的上下表面贴合，实现对胸鳍蒙皮的支撑；上述前鳍条中每个关节A侧面上下位置分别开有沿胸鳍展向上的通孔A与通孔B；中鳍条中每个关节A侧面上下位置分别开有胸鳍展向上的通孔C与通孔D；后鳍条中每个关节A侧面上下位置分别开有胸鳍展向上的通孔E与通孔F；由此线绳A与线绳B的固定端均与前鳍条中位于胸鳍尖端处的关节A固连，驱动端分别依次过由胸鳍尖端到末端各个关节A上的通孔A与通孔B后，穿过基板连接前驱动器，通过前驱动器实现拉动线绳A与线绳B；线绳C、线绳D的固定端均与中鳍条中位于胸鳍尖端处的关节A固连，驱动端分别依次过由胸鳍尖端到末端各个关节A上的通孔C与通孔D后，穿过基板连接中驱动器，通过中驱动器实现拉动线绳C与线绳D；线绳E、线绳D固定端均与后鳍条中位于胸鳍尖端处的关节A固连，驱动端分别依次过由胸鳍尖端到末端各个关节A上的通孔E与通孔F后，穿过基板连接后驱动器相连，通过中驱动器实现拉动线绳E与线绳F；上述前鳍条前部、前鳍条与中鳍条之间、中鳍条与后鳍条之间以及后鳍条后部分别设置有第一软肢组、第二软肢组、第三软肢组、第四软肢组；第一软肢组、第二软肢组、第三软肢组、第四软肢组分别由至少1条软肢构成；所述软肢由m个高度相等的条状柔性材料关节B构成，m>1，m个关节B由胸鳍的末端到尖端依次设置，相邻的两个关节B之间通过柔性材料连杆B同轴串联；上述软肢中位于胸鳍根部的关节B与基板固连，且m个关节B两端安装有支撑板，分别用来与胸鳍蒙皮的上下表面贴合，实现胸鳍蒙皮的支撑；上述相连软肢之间以及各个鳍条与其相邻的软肢之间，均通过至少三条位于胸鳍展向上根部、中部、尖端处的弹性绳相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡月日，张利格，毕树生，牛传猛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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