本实用新型涉及仿生学技术领域，尤其涉及一种摆动推进式仿生尾鳍及仿生鱼。
背景技术：
随着机器人系统的应用从工业领域向其他领域拓展，机器人系统所面对的环境也从以往的结构化环境变为复杂、动态、对抗、非结构化的环境。新的应用环境和应用领域给机器人技术的发展带来了极大的机遇和挑战。
为了适应复杂的、动态的、非结构化环境下的应用需求，机器人研究学者从仿生学研究中寻找灵感来设计开发新型的机器人系统。自然界的生物经过长期进化形成了很多适应于复杂的、动态的、非结构化乃至敌对环境下自由运功的身体结构、机能及其控制方法。受此类生物特征的启发，许多针对不同环境下作业需求的仿生机器人系统得到了充分的研究，并进行了研制生产，例如仿生机器鱼。
鱼类在水中具有非凡的运动和控制能力，可以自由地在复杂的水下环境中游动、加速以及转弯，可以高效率、长时间地在高速度的状态下游动等等。这些非凡的游动技巧是人类现有的船舶所难以达到的，也是新型航船所希望达到的目标。鱼类特有的结构、游动机理给人们设计新型船舶提供了很好的思路。
目前，常规的水下设备(例如机动船)主要是靠螺旋桨来推进。在水域狭窄、空间结构复杂的水下环境中，螺旋桨在水中的推进效率低、能源使用率低，同时，在转向时速度损失较大、转向半径较大、机动灵活性不足。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种摆动推进式仿生尾鳍及仿生鱼，以解决现有技术的仿生鱼和船舶在动力推进和控制过程中存在的推进效率低、能源使用率低、速度损失较大、转向半径较大以及机动灵活性不足等问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供的一种摆动推进式仿生尾鳍，包括尾鳍骨架和尾鳍薄板；所述尾鳍骨架包括前端的安装平板和后端的连接平板；所述尾鳍薄板和所述连接平板均位于前后方向和上下方向所在的平面内，所述尾鳍薄板的前端面与所述连接平板的后端面贴合连接；所述尾鳍薄板与所述连接平板均上下对称。
进一步，所述尾鳍薄板的外形与所述连接平板的外形均呈弧形向后侧弯曲。该技术方案的技术效果在于：弧形向后侧弯曲的尾鳍薄板和连接平板具有流畅的外形，能够大大减少航行过程中水的阻力，最大限度地增大尾鳍摆动时的推进力。
进一步，所述连接平板的后端面设置连接柱或连接孔，所述尾鳍薄板的前端面设置相适配的连接孔或连接柱。该技术方案的技术效果在于：利用连接柱和连接孔插接，利于组装拆卸。并且在连接平板或者尾鳍薄板中某一个部件损坏时，可直接更换。
进一步，所述连接柱朝前后方向延伸，并向上或者向下倾斜。该技术方案的技术效果在于：由于尾鳍薄板在摆动时承受水体的压力，而连接柱上下倾斜设置，可提高连接柱与连接孔的摩擦力，避免尾鳍薄板在摆动过程中脱落。
进一步，所述尾鳍薄板的厚度从前向后逐渐减小。该技术方案的技术效果在于：该结构设置的尾鳍薄板降低了重量，并且由前往后逐渐变薄的尾鳍薄板符合流体力学设计要求，能够最大限度的减小摆动阻力，提高推进动力。
进一步，所述尾鳍薄板由柔性材料制成。该技术方案的技术效果在于：柔性材料制成的尾鳍薄板更接近鱼类的真实结构，减少水体流动对尾鳍薄板的消极影响。
进一步，所述尾鳍薄板的材料为橡胶或者硅胶。该技术方案的技术效果在于：天然橡胶由橡胶树采集胶乳制成，是异戊二烯的聚合物，具有很好的耐磨性、很高的弹性、扯断强度及伸长率。虽然存在不耐热、不耐油等不足，然而作为仿生鱼的结构部件，不受热量和腐蚀性汽油的影响；而工业合成橡胶除了具备上述天然橡胶的特性外，还具有较好的耐热性和防腐蚀性，并且，其价格也比天然橡胶更为低廉。而硅胶与橡胶相比，热稳定性更好、化学性质更稳定、有更高的机械强度。
进一步，所述安装平板位于左右方向和上下方向所在的平面内，用于与仿生鱼的尾部固定连接。该技术方案的技术效果在于：安装平板后端为连接平板，前端固定连接仿生鱼的尾部。其中，连接平板与尾鳍薄板位于仿生鱼纵向剖面上，而安装平板位于左右方向和上下方向所在的平面，即仿生鱼的横断面上，前者增加了摆动的推进力，后者加固了整个尾鳍与鱼尾的连接稳定性。
进一步，所述安装平板上设置有左右对称的安装通孔。该技术方案的技术效果在于：由于尾鳍在仿生鱼前进过程中，由鱼尾带动左右摆动，故左右对称的安装通孔比垂直设置的安装通孔，能够承受更大的水体压力。
本实用新型还提供一种仿生鱼，包括鱼身、鱼尾以及上述的摆动推进式仿生尾鳍；所述鱼身、所述鱼尾和所述摆动推进式仿生尾鳍依次前后连接。
本实用新型的有益效果是：
摆动推进式仿生尾鳍及仿生鱼，将尾鳍薄板通过连接平板和安装平板，即可固定安装在仿生鱼的尾部，而由于尾鳍薄板位于前后方向和上下方向所在的平面内，在动力驱使下能够绕纵向转轴摆动，对仿生鱼提供向前的推进动力，相比于传统的螺旋桨式推进方法，大大提高了仿生鱼的推进效率和机动灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的摆动推进式仿生尾鳍的结构示意图；
图2为图1中A向视图；
图3为本实用新型实施例提供的摆动推进式仿生尾鳍中尾鳍骨架的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的摆动推进式仿生尾鳍中尾鳍薄板的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的仿生鱼的结构示意图。
附图标记：
1-尾鳍骨架； 2-尾鳍薄板； 3-安装平板；
4-连接平板； 5-连接柱； 6-连接孔；
7-安装通孔； 8-鱼身； 9-鱼尾。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
现有技术说明：
随着机器人系统的应用从工业领域向其他领域拓展，机器人系统所面对的环境也从以往的结构化环境变为复杂、动态、对抗、非结构化的环境。新的应用环境和应用领域给机器人技术的发展带来了极大的机遇和挑战。
为了适应复杂的、动态的、非结构化环境下的应用需求，机器人研究学者从仿生学研究中寻找灵感来设计开发新型的机器人系统。自然界的生物经过长期进化形成了很多适应于复杂的、动态的、非结构化乃至敌对环境下自由运功的身体结构、机能及其控制方法。受此类生物特征的启发，许多针对不同环境下作业需求的仿生机器人系统得到了充分的研究，并进行了研制生产，例如仿生机器鱼。
鱼类在水中具有非凡的运动和控制能力，可以自由地在复杂的水下环境中游动、加速以及转弯，可以高效率、长时间地在高速度的状态下游动等等。这些非凡的游动技巧是人类现有的船舶所难以达到的，也是新型航船所希望达到的目标。鱼类特有的结构、游动机理给人们设计新型船舶提供了很好的思路。
目前，常规的水下设备(例如机动船)主要是靠螺旋桨来推进。在水域狭窄、空间结构复杂的水下环境中，螺旋桨在水中的推进效率低、能源使用率低，同时，在转向时速度损失较大、转向半径较大、机动灵活性不足。
本实用新型具体实施例：
本实施例提供了一种摆动推进式仿生尾鳍，其中：图1为本实用新型实施例提供的摆动推进式仿生尾鳍的结构示意图；图2为图1中A向视图；图3为本实用新型实施例提供的摆动推进式仿生尾鳍中尾鳍骨架1的结构示意图；图4为本实用新型实施例提供的摆动推进式仿生尾鳍中尾鳍薄板2的结构示意图。如图1～4所示，摆动推进式仿生尾鳍包括尾鳍骨架1和尾鳍薄板2。其中，尾鳍骨架1包括前端的安装平板3和后端的连接平板4。尾鳍薄板2和连接平板4均位于前后方向和上下方向所在的平面内，即仿生鱼的纵向剖面内，而尾鳍薄板2的前端面与连接平板4的后端面贴合连接。特殊地，尾鳍薄板2与连接平板4均上下对称。
本实用新型提供的摆动推进式仿生尾鳍，能够较好地解决现有技术的仿生鱼和船舶在动力推进和控制过程中存在的推进效率低、能源使用率低、速度损失较大、转向半径较大以及机动灵活性不足等问题：将尾鳍薄板2通过连接平板4和安装平板3，即可固定安装在仿生鱼的尾部，而由于尾鳍薄板2位于前后方向和上下方向所在的平面内，在动力驱使下能够绕纵向转轴摆动，对仿生鱼提供向前的推进动力，相比于传统的螺旋桨式推进方法，大大提高了仿生鱼的推进效率和机动灵活性。
在上述实施例的基础上，进一步地，如图1、3、4所示，尾鳍薄板2的外形与连接平板4的外形均呈弧形向后侧弯曲。在本实施例中，弧形向后侧弯曲的尾鳍薄板2和连接平板4具有流畅的外形，能够大大减少航行过程中水的阻力，最大限度地增大尾鳍摆动时的推进力。
在上述实施例的基础上，进一步地，如图1、3、4所示，连接平板4的后端面设置连接柱5或连接孔6，且尾鳍薄板2的前端面设置相适配的连接孔6或连接柱5。在本实施例中，利用连接柱5和连接孔6插接，利于摆动推进式仿生尾鳍的组装拆卸。并且在连接平板4或者尾鳍薄板2中某一个部件损坏时，可直接更换。
在上述实施例的基础上，进一步地，如图1、3所示，连接柱5朝前后方向延伸，并向上或者向下倾斜。在本实施例中，由于尾鳍薄板2在摆动时承受水体的压力，而连接柱5上下倾斜设置，可提高连接柱5与连接孔6的摩擦力，避免尾鳍薄板2在摆动过程中脱落。
在上述实施例的基础上，进一步地，尾鳍薄板2的厚度从前向后逐渐减小。在本实施例中，该结构设置的尾鳍薄板2降低了重量，并且由前往后逐渐变薄的尾鳍薄板2符合流体力学设计要求，能够最大限度的减小摆动阻力，提高推进动力。
在上述实施例的基础上，进一步地，尾鳍薄板2由柔性材料制成。柔性材料制成的尾鳍薄板2更接近鱼类的真实结构，减少了水体流动对尾鳍薄板2的消极影响。
在上述实施例的基础上，进一步地，尾鳍薄板2的材料为橡胶或者硅胶。其中，天然橡胶由橡胶树采集胶乳制成，是异戊二烯的聚合物，具有很好的耐磨性、很高的弹性、扯断强度及伸长率。虽然存在不耐热、不耐油等不足，然而作为仿生鱼的结构部件，不受热量和腐蚀性汽油的影响；而工业合成橡胶除了具备上述天然橡胶的特性外，还具有较好的耐热性和防腐蚀性，并且，其价格也比天然橡胶更为低廉。而硅胶与橡胶相比，热稳定性更好、化学性质更稳定、有更高的机械强度。
在上述实施例的基础上，进一步地，如图1、2所示，安装平板3位于左右方向和上下方向所在的平面内，用于与仿生鱼的尾部固定连接。在本实施例的摆动推进式仿生尾鳍中，安装平板3后端为连接平板4，前端固定连接仿生鱼的尾部。其中，连接平板4与尾鳍薄板2位于仿生鱼纵向剖面上，而安装平板3位于左右方向和上下方向所在的平面，即仿生鱼的横断面上，前者增加了摆动的推进力，后者加固了整个尾鳍与鱼尾9的连接稳定性。
在上述实施例的基础上，进一步地，如图2所示，安装平板3上设置有左右对称的安装通孔7。在本实施例的摆动推进式仿生尾鳍中，由于尾鳍在仿生鱼前进过程中，由鱼尾9带动左右摆动，故左右对称的安装通孔7比垂直设置的安装通孔7，能够承受更大的水体压力。
本实用新型还提供一种仿生鱼，其中：图5为本实用新型实施例提供的仿生鱼的结构示意图。如图5所示，本实施例提供的仿生鱼，包括鱼身8、鱼尾9以及上述的摆动推进式仿生尾鳍。具体地，鱼身8、鱼尾9和摆动推进式仿生尾鳍依次前后连接。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。