本发明涉及仿生机器鱼，特别地，涉及一种仿生鱼鳍。此外，本发明还涉及一种仿生鱼鳍、仿生机器鱼及波-拍多模态混合推进方法。
背景技术：
1、传统水下航行器通常采用螺旋桨推进结合舵翼操纵的方式，其推进系统与操纵系统相互独立。这种设计舵翼的操纵效能高度依赖航行速度，低速时姿态调控能力急剧下降，导致航行器需额外安装多方向推进装置，占用内部空间并降低有效载荷能力；多螺旋桨协同工作会加剧水体扰动，影响光学/声学探测精度；螺旋桨高速旋转产生的噪声降低了航行器的隐蔽性与生物亲和性。
2、为克服上述问题，现有技术尝试模仿鱼类游动模式，采用柔性波动鳍推进。典型方案包括：
3、1、舵机驱动摆杆结构：通过相位差控制的摆杆往复运动模拟波动，但摆杆固定于中间平面，导致两侧鳍产生的横向力相互抵消，仅能实现平面内前进、后退及转向，无法完成俯仰、变深等三维机动；
4、2、四鳍布局方案：在主艇体上下左右对称安装四个柔性鳍以提升机动性，但该设计大幅增加空间占用与能耗，且搭载能力受限。
5、上述仿生方案的性能瓶颈源于机械驱动与生物肌肉运动的本质差异，具体如下：
6、1、现有技术仅模仿鱼类的波动或拍动单模态推进；
7、2、传统摆杆结构无法动态调整波动与拍动的相位关系，导致推进效率与机动性不足；
8、3、缺乏基于流体环境反馈的实时运动参数优化机制。
技术实现思路
1、本发明提供了一种仿生鱼鳍、仿生机器鱼及波-拍多模态混合推进方法，具有波动与拍动多模态（简称波-拍多模态）混合推进的仿生鱼鳍及其驱动下的高机动仿生波动鳍机器鱼；若干个鳍条驱动下能够实现仿生鱼鳍的波动运动，同时整个仿生鱼鳍能够绕着固定的轴线进行整体的拍动运动，此外仿生鱼鳍也可以与仿生波动鳍机器鱼主艇体成一个固定角度进行波动运动；仿生鱼鳍的拍动运动由拍动频率、拍动幅值、拍动函数、拍动方向所控制，波动运动由波动频率、波动幅值、波动传播方向、波型所控制，以解决传统螺旋桨航行器及单模态仿生推进器推进方式单一、推动效率与机动性不足的技术问题。
2、根据本发明的一个方面，提供一种仿生鱼鳍，包括波-拍一体推进柔性鳍推进装置、柔性波动运动驱动装置以及拍动运动驱动装置；波-拍一体推进柔性鳍推进装置包括支撑架以及依次排布于支撑架上的多个单元件，单元件的第一端连接在柔性波动运动驱动装置的动力输出端，相邻两个单元件呈夹角布设，多个单元件呈波浪形排布，通过柔性波动运动驱动装置控制单元件的第二端在竖直方向上下摆动，进而控制多个单元件呈波浪形的柔性波动运动；波-拍一体推进柔性鳍推进装置布设于拍动运动驱动装置的动力输出端，通过拍动运动驱动装置控制波-拍一体推进柔性鳍推进装置整体在竖直方向上下摆动，从而实现拍动运动。
3、进一步地，柔性波动运动驱动装置包括驱动电机、齿轮机构以及摆动机构，驱动电机通过齿轮机构驱转连接在摆动机构上，进而通过摆动机构带动单元件的第二端上下摆动。
4、进一步地，驱动电机的驱动轴沿轴向向外延伸；齿轮机构包括驱动齿轮、传动齿轮以及从动齿轮，传动齿轮和从动齿轮可转动地布设于支撑架上，驱动齿轮布设于驱动轴的延伸部上，驱动齿轮啮合连接传动齿轮，传动齿轮啮合连接从动齿轮，从动齿轮固定连接在从动轴上，从动轴可转动地布设于支撑架上。
5、进一步地，摆动机构包括第一齿轮、第二齿轮以及控制轴，第一齿轮布设于从动轴上，第二齿轮布设于定位轴上，定位轴布设于支撑架上，第一齿轮与第二齿轮啮合连接，第二齿轮通过偏心布设的控制轴插接装配在单元件第一端的配合槽内，单元件靠近第一端的部位通过转动轴可转动地布设在支撑架上，转动轴与配合槽间隔布设；第一齿轮转动带动第二齿轮转动，进而使第二齿轮上的控制轴在配合槽内滑动，从而实现单元件绕转动轴转动而使单元件的第二端上下摆动，第一齿轮、第二齿轮、控制轴以及单元件呈对应地布设。
6、进一步地，两个第一齿轮间隔排布在从动轴上，第一齿轮与第二齿轮一一对应布设并啮合连接，控制轴布设于两个第二齿轮之间。
7、进一步地，拍动运动驱动装置包括舵机、动力输出齿轮以及扑动齿轮，动力输出齿轮布设于舵机的动力输出轴上，扑动齿轮布设于波-拍一体推进柔性鳍推进装置上并与柔性波动运动驱动装置的动力输出轴同轴布设，扑动齿轮与柔性波动运动驱动装置的动力输出轴可转动地布设，通过舵机驱动波-拍一体推进柔性鳍推进装置整体绕柔性波动运动驱动装置的动力输出轴转动，进而实现波-拍一体推进柔性鳍推进装置整体在竖直方向上下摆动，从而实现拍动运动。
8、进一步地，柔性波动运动驱动装置布设于波-拍一体推进柔性鳍推进装置的至少一端；拍动运动驱动装置布设于波-拍一体推进柔性鳍推进装置的至少一端。
9、根据本发明的另一方面，还提供了一种仿生机器鱼，包括上述仿生鱼鳍，还包括外壳以及尾翼；外壳的两侧分别布设有一组仿生鱼鳍，柔性波动运动驱动装置和拍动运动驱动装置均布设于外壳的内腔中，波-拍一体推进柔性鳍推进装置的单元件的第二端伸出至外壳以外，波-拍一体推进柔性鳍推进装置的单元件上设置有蒙皮；两组尾翼呈左右对称地布设于外壳的尾端。
10、进一步地，外壳包括前舱和后舱；前舱包括沿宽度方向依次排布的动力舱、浮力与质心调节舱和动力舱，动力舱用于装配驱动电机；后舱用于装配能源模块和控制模块。
11、进一步地，尾翼包括尾翼舵机、舵机支撑板、舵机摇臂、连杆、摇杆以及操纵翼；舵机支撑板布设于外壳内腔中，尾翼舵机布设于舵机支撑板上，尾翼舵机的动力输出端连接舵机摇臂，舵机摇臂通过连杆连接至摇杆，摇杆可转动地布设于舵机支撑板上并穿出至外壳之外后连接在操纵翼上。
12、根据本发明的另一方面，还提供了一种波-拍多模态混合推进方法，采用上述仿生机器鱼，包括以下步骤：s100、通过控制模块接收运动指令，并生成柔性波动运动模式、拍动运动模式、尾翼运动模式中的至少一种的控制信号；s200、通过控制信号对应驱动波-拍一体推进柔性鳍推进装置和尾翼；s300、基于流体动力学反馈，实时调整柔性波动运动、拍动运动和尾翼运动。
13、进一步地，波-拍多模态混合推进方式包括：仿生机器鱼的仿生鱼鳍不执行拍动运动，仅进行柔性波动运动；或者仿生机器鱼的仿生鱼鳍执行拍动运动与柔性波动运动的耦合运动；或者仿生机器鱼的仿生鱼鳍不执行柔性波动运动，仅进行拍动运动。
14、本发明具有以下有益效果：
15、1、多模态协同推进，提升机动性与环境适应性：通过柔性波动运动（单元件波浪形摆动）与整体拍动运动的叠加，可在同一鳍面同时产生纵向推进力与横向/垂向操纵力，突破传统单模态推进仅能实现平面运动的限制，使仿生机器鱼具备俯仰、变深、转向等多自由度机动能力；根据任务需求（如高速巡航、低速精细机动），可动态调整波动与拍动的能量分配比例，适应不同流体环境。
16、2、结构一体化设计，优化空间与能效：柔性波动运动驱动（单元件摆动）与拍动运动驱动（整体鳍摆动）共用同一支撑架，相比传统四鳍布局大幅减少机械结构占用，提升内部搭载能力；柔性波动运动的连续变形与拍动运动的协同作用，可减少无效流体扰动，提高能量转换效率。
17、3、仿生运动精细化，增强隐蔽性与流体兼容性：波浪形柔性波动模拟鱼类肌肉的自然波动，拍动运动模仿尾鳍摆动，两者协同产生的涡流更接近生物运动特征，显著降低水声噪声与流体紊流；运动形态与真实鱼类趋近，适用于生态敏感区域探测或军事隐蔽任务。
18、4、动态控制灵活性，适应复杂任务需求：通过独立控制波动与拍动的相位差（如波动传播方向与拍动方向同步或反向），可实现急转弯、悬停等特殊机动；环境反馈兼容性，支持集成压力、流速传感器，为后续基于流体动力学反馈的实时参数优化提供硬件基础。
19、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。