多连杆仿生鱼尾鳍推进装置及仿生鱼尾鳍

1.本实用新型涉及仿生鱼技术领域，具体地，涉及一种多连杆仿生鱼尾鳍推进装置及仿生鱼尾鳍。


背景技术：

2.仿生技术是机械设计的前沿技术，鱼类可以在水下自由游动、转向、升潜，有集群化特点，是重要的仿生设计方向。其中，bcf尾鳍推进模式是仿生鱼常见的推进方式。
3.目前，市场上仿生鱼常采用简单曲柄摇杆机构或多铰链式推进结构。单关节仿生鱼易控制且推进系统的可靠性高，但是难以拟合尾部横移和摆动。关节数增加，仿生鱼击水面积增大，排水体积增加，产生推进力增大。但多关节数会增加机构复杂度，降低机构传动效率。
4.现有公开号为cn209719882u的中国专利申请文献，其公开了一种串联曲柄摇杆机构的仿生鱼尾鳍装置，包括支架，支架的表面固定有动力电机和转轴座，转轴座的表面转动连接有转向舵机，动力电机的输出轴转动连接有曲柄，曲柄转动连接有连杆，连杆转动连接有尾鳍摇杆，尾鳍摇杆远离连杆的一端与转向舵机固定连接，转向舵机的输出轴连接有尾鳍摆臂，尾鳍摆臂远离转向舵机的一端连接有尾鳍。
5.现有技术中的仿生鱼尾鳍装置难以拟合尾部横移和摆动，市场上急需一种能够使仿生鱼体变形，且推进力与传动效率适中、电机损耗低的仿生鱼尾鳍推进装置。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种多连杆仿生鱼尾鳍推进装置及仿生鱼尾鳍。
7.根据本实用新型提供的一种多连杆仿生鱼尾鳍推进装置，包括：摆动组件：包括一个或多个平行四边形铰链四杆机构；柔性鱼尾组件：位于所述平行四边形铰链四杆机构的从动端，且所述柔性鱼尾组件与平行四边形铰链四杆机构从动端的杆件紧固连接；驱动组件：在所述平行四边形铰链四杆机构的主动端设置有两组，两组所述驱动组件分别与平行四边形铰链四杆机构主动端两根相互平行的杆件转动连接。
8.优选地，所述摆动组件包括第五杆件、第十杆件、第十一杆件、第十二杆件以及第三固定铰链支座；所述第五杆件、第十二杆件、第十一杆件以及第十杆件四者依次转动连接配合形成平行四边形铰链四杆机构，所述第十二杆件为平行四边形铰链四杆机构的从动端杆件；且所述第五杆件远离第十二杆件的一侧与第三固定铰链支座连接形成转动副，所述第十杆件远离第十一杆件的一端与第三固定铰链支座连接形成转动副。
9.优选地，所述第五杆件包括第一杆部和第二杆部，所述第一杆部和第二杆部的最小夹角为直角，且所述第一杆部和第二杆部的连接处与第三固定铰链支座连接形成转动副。
10.优选地，所述第五杆件与对应的驱动组件之间连接有第四杆件，所述第四杆件的
一端与第五杆件远离第十二杆件的一端转动连接，所述第四杆件的另一端与对应的驱动组件的输出端转动连接。
11.优选地，所述第十一杆件与对应的驱动组件之间连接有第九杆件，所述第九杆件的一端、第十一杆件远离第十二杆件的一端、第十杆件靠近第十一杆件的一端三者转动连接，且所述第十一杆件的另一端与对应的多连杆组的输出端转动连接。
12.优选地，两组所述驱动组件呈平行间隔设置，且所述第三固定铰链支座的空间位置位于两组驱动组件之间。
13.优选地，所述驱动组件包括曲柄连杆机构和伺服电机，所述伺服电机驱动曲柄连杆机构的从动端滑移运动，所述曲柄连杆机构的从动端通过杆件与平行四边形铰链四杆机构主动端的杆件转动连接。
14.优选地，所述驱动组件包括第一伺服电机、第一杆件、第二杆件、第三杆件、第一固定铰链支座以及第一固定端；所述第一杆件的一端与第一固定铰链支座转动连接，所述第一杆件的另一端与第二杆件的一端转动连接，所述第二杆件的另一端与第三杆件的一端转动连接，且所述第三杆件的另一端为曲柄连杆机构的从动端；所述第三杆件被第一固定端限位并配合形成移动副，且所述第一伺服电机驱动第一杆件转动。
15.优选地，所述柔性鱼尾组件包括鱼尾构件和弹簧，所述弹簧连接鱼尾构件和平行四边形铰链四杆机构从动端的杆件。
16.根据本实用新型提供的一种仿生鱼尾鳍，包括多连杆仿生鱼尾鳍推进装置。
17.与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
18.1、本实用新型通过由平行四边形铰链四杆机构组成的摆动组件、柔性鱼尾组件以及由伺服电机和曲柄连杆机构组成的驱动组件，形成双关节柔性仿生鱼尾鳍，两组驱动组件均作用于平行四边形铰链四杆机构并带动柔性鱼尾鳍运动，有助于实现仿生鱼尾鳍尾部横移和摆动的拟合，提供合适的推进力和传动效率，且电机损耗低。
19.2、本实用新型通过弹簧将鱼尾构件和第十二杆件连接，从而使柔性鱼尾组件能够产生变形，有助于在仿生鱼尾鳍尾部拟合横移和摆动。
20.3、本实用新型通过两组曲柄连杆机构组成的驱动组件驱动，由平行四边形铰链四杆机构组成的摆动组件，有助于提高鱼尾鳍推进装置结构的稳定性和可靠性，且使仿生鱼体能够产生变形。
附图说明
21.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
22.图1为本实用新型主要体现仿生鱼尾鳍整体杆件结构的示意图；
23.图2为本实用新型主要体现仿生鱼尾鳍固定件结构的示意图；
24.图3为本实用新型主要体现其一驱动组件整体结构的示意图；
25.图4为本实用新型主要体现另一驱动组件整体结构的示意图；
26.图5为本实用新型主要体现柔性鱼尾组件整体结构的示意图。
27.附图标记：
28.第一杆件1
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第十一杆件11
29.第二杆件2
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第十二杆件12
30.第三杆件3
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第一固定铰链支座13
31.第四杆件4
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第二固定铰链支座14
32.第五杆件5
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第三固定铰链支座15
33.第六杆件6
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第一固定端16
34.第七杆件7
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第二固定端17
35.第八杆件8
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弹簧18
36.第九杆件9
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鱼尾构件20
37.第十杆件10
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第一伺服电机21
38.第二伺服电机22
具体实施方式
39.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
40.如图1所示，根据本实用新型提供的一种多连杆仿生鱼尾鳍推进装置，包括摆动组件、柔性鱼尾组件以及驱动组件。摆动组件包括一个或多个平行四边形铰链四杆机构，柔性鱼尾组件位于平行四边形铰链四杆机构的从动端，且柔性鱼尾组件与平行四边形铰链四杆机构从动端的杆件紧固连接。驱动组件在平行四边形铰链四杆机构的主动端设置有两组，两组驱动组件分别与平行四边形铰链四杆机构主动端两根相互平行的杆件转动连接。
41.进一步地，驱动组件包括曲柄连杆机构和伺服电机，伺服电机驱动曲柄连杆机构的从动端滑移运动，曲柄连杆机构的从动端通过杆件与平行四边形铰链四杆机构主动端的杆件转动连接。
42.具体地，摆动组件包括第五杆件5、第十杆件10、第十一杆件11、第十二杆件12以及第三固定铰链支座15。第五杆件5、第十二杆件12、第十一杆件11以及第十杆件10四者依次转动连接配合形成平行四边形铰链四杆机构。且第十二杆件12为平行四边形铰链四杆机构的从动端杆件。
43.如图1和图2所示，第五杆件5包括第一杆部和第二杆部，第一杆部和第二杆部的最小夹角为直角，且第一杆部和第二杆部的连接处与第三固定铰链支座15连接形成转动副。第五杆件5的第二杆部远离第一杆部的一端与第十二杆件12的一端转动连接，第十二杆件12的另一端与第十一杆件11的一端转动连接，第十一杆件11的另一端与第十杆件10的一端转动连接，第十一杆件11的另一端与第十杆件10的一端转动连接，第十杆件10的另一端与第三固定铰链支座15连接形成转动副。第五杆件5远离第十二杆件12的一侧与第三固定铰链支座15连接形成转动副，第十杆件10远离第十一杆件11的一端与第三固定铰链支座15连接形成转动副。
44.如图1、图2以及图3所示，更为具体地，其中一组驱动组件包括第一伺服电机21、第一杆件1、第二杆件2、第三杆件3、第一固定铰链支座13以及第一固定端16。第一杆件1的一端与第一固定铰链支座13转动连接，第一杆件1的另一端与第二杆件2的一端转动连接，第
二杆件2的另一端与第三杆件3的一端转动连接。且第三杆件3的另一端为曲柄连杆机构的从动端，也为该驱动组件的输出端。第三杆件3被第一固定端16限位并配合形成移动副，第一伺服电机21驱动第一杆件1转动，第一杆件1带动第二杆件2摆动，进而带动第三杆件3移动。
45.如图1、图2以及图4所示，另一组驱动组件包括第二伺服电机22、第六杆件6、第七杆件7、第八杆件8、第二固定铰链支座14以及第二固定端17。第六杆件6的一端与第二固定铰链支座14转动连接，第六杆件6的另一端与第七杆件7的一端转动连接，第七杆件7的另一端与第八杆件8的一端转动连接。且第八杆件8的另一端为曲柄连杆机构的从动端，也为该驱动组件的输出端。第八杆件8被第二固定端17限位并配合形成移动副，且第二伺服电机22驱动第六杆件6转动，第六杆件6带动第七杆件7摆动，进而带动第八杆件8移动。
46.如图1、图2、图3以及图4所示，两组驱动组件呈平行间隔设置，第一固定端16和第二固定端17呈平行间隔设置，且第三固定铰链支座15的空间位置位于第一固定端16和第二固定端17之间。第五杆件5的第一杆部向靠近第一固定端16的方向延伸，做为与第五杆件5相对应的驱动组件的从动端的第三杆件3的另一端转动连接有第四杆件4，第四杆件4远离第三杆件3的一端与第五杆件5的第一杆部远离第二杆部的一端转动连接。第三杆件3移动带动第四杆件4摆动，进而带动第五杆件5运动。
47.做为与第十一杆件11对应的驱动组件的从动端的第八杆件8的另一端，转动连接有第九杆件9。第九杆件9远离第八杆件8的一端、第十一杆件11远离第十二杆件12的一端、第十杆件10靠近第十一杆件11的一端三者转动连接。第八杆件8移动带动第九杆件9摆动，进而带动第十杆件10和第十一杆件11运动。
48.第五杆件5作用于第十二杆件12的一端，第十一杆件11作用于第十二杆件12的另一端，从而使第十二杆件12摆动，第十二杆件12带动柔性鱼尾组件运动，利用双关节仿生鱼尾结构实现较高的推进力和传动效率。
49.如图1、图2以及图5所示，再进一步地，柔性鱼尾组件包括鱼尾构件20和弹簧18，弹簧18连接鱼尾构件20和第十二杆件12的中部，柔性鱼尾组件在第十二杆件12的带动下产生运动，借助弹簧18使柔性鱼尾组件能够变形，从而能够实现在仿生鱼的尾部拟合横移和摆动，进而达到较好的仿生效果。
50.本技术的多连杆仿生鱼尾鳍推进装置能够适用于各种类型的仿生鱼结构，实际使用中，可以根据需求进行匹配。
51.工作原理
52.第一伺服电机21驱动第一杆件1转动，第一杆件1带动第二杆件2摆动，进而带动第三杆件3移动，第三杆件3移动带动第四杆件4摆动，进而带动第五杆件5运动；第二伺服电机22驱动第六杆件6转动，第六杆件6带动第七杆件7摆动，进而带动第八杆件8移动，第八杆件8移动带动第九杆件9摆动，进而带动第十杆件10和第十一杆件11运动；第五杆件5作用于第十二杆件12的一端，第十一杆件11作用于第十二杆件12的另一端，从而使第十二杆件12摆动，柔性鱼尾组件在第十二杆件12的带动下产生运动，借助弹簧18使柔性鱼尾组件能够变形，从而能够实现在仿生鱼的尾部拟合横移和摆动，从而达到较好的仿生效果。
53.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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技术和简化描述，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技术的限制。
54.以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。