CN102673759A - 一种变刚度仿生摆动推进装置 - Google Patents

Abstract

一种变刚度仿生摆动推进装置，包括支座、两节以上的摆动装置和尾鳍，所述摆动装置包括上平台、下平台、18个柔性铰点、8个支腿和脊骨柱，上平台中心处有柔性铰点o’，下平台中心处有柔性铰点o，柔性铰点o’与柔性铰点o用脊骨相连接；柔性铰点之间通过8个支腿分别连接。本发明的优点在于：具有推力大，动作连续，柔顺性好的特点；提高了推进效率，复现了真实鱼类游动变刚度节能机理。

Description

一种变刚度仿生摆动推进装置

技术领域

本发明主要涉及到仿生水下机器人领域，具体涉及一种变刚度仿生摆动推进装置。

背景技术

目前国内外科研机构对水下生物如金枪鱼、旗鱼、鲨鱼类游泳时身体摆动的研究证实这类鱼把身体-尾鳍(Body and Caudal Fin，BCF)作为推进器，身体左右摆动击水，产生逆卡门涡街，利用其产生的反作用力使鱼体向前推进。由于这些鱼推进效率高、速度快、机动性强，被众多学者作为仿生研究的对象。多种形式的机器鱼、仿鱼机器人或仿生水下推进器已经相继问世，但仍然存在许多问题，推进效率和速度与鱼类存在较大的差距。目前对BCF类鱼的游动机理研究表明：1.其肌肉、肌腱、皮肤、骨骼系统组成了一种复杂的串并联机构，这种构造能够有效的增大推力，并且具有俯仰、偏航和扭转三个自由度的运动。2.鱼在游动过程中能够改变自身刚度而且不同的游动速度需要不同的刚度以使身体的自然频率与尾部摆动频率达到匹配，从而大大降低能量消耗。

发明内容

为复现上述两点鱼游动速度快及推进效率高的重要机理，本发明提供了一种基于超冗余串并联机构的变刚度仿生摆动推进装置。

本发明采用以下技术方案予以实现：

包括支座、两节以上的摆动装置和尾鳍，所述摆动装置包括上平台、下平台、18个柔性铰点、8个支腿和脊骨柱，上平台中心处有柔性铰点o’，下平台中心处有柔性铰点o，柔性铰点o’与柔性铰点o用脊骨相连接；

下平台分布有8个柔性铰点在半径为r_b的圆心为o的圆上，这8个柔性铰点分为四组，柔性铰点b₁b₂为一组，柔性铰点b₃b₄为一组，柔性铰点b₅b₆为一组，柔性铰点b₇b₈为一组，下平台的柔性铰点组所形成的直线与相邻的柔性铰点组所形成的直线相差90°；

上平台也分布有8个柔性铰点在半径为r_a的圆心为o’的圆上，这8个柔性铰点分为四组，柔性铰点a₂a₃为一组，柔性铰点a₄a₅为一组，柔性铰点a₆a₇为一组，柔性铰点a₈a₁为一组，上平台的柔性铰点组所形成的直线与相邻的柔性铰点组所形成的直线相差90°；

所述的圆心为o的圆与圆心为o’的圆为同心圆；

八条支腿分别为支腿a₁b₁，支腿a₂b₂，支腿a₃b₃，支腿a₄b₄，支腿a₅b₅，支腿a₆b₆，支腿a₇b₇和支腿a₈b₈；

支腿a₁b₁的两端分别与柔性铰点a₁和柔性铰点b₁连接，

支腿a₂b₂的两端分别与柔性铰点a₂和柔性铰点b₂连接，

支腿a₃b₃的两端分别与柔性铰点a₃和柔性铰点b₃连接，

支腿a₄b₄的两端分别与柔性铰点a₄和柔性铰点b₄连接，

支腿a₅b₅的两端分别与柔性铰点a₅和柔性铰点b₅连接，

支腿a₆b₆的两端分别与柔性铰点a₆和柔性铰点b₆连接，

支腿a₇b₇的两端分别与柔性铰点a₇和柔性铰点b₇连接，

支腿a₈b₈的两端分别与柔性铰点a₈和柔性铰点b₈连接；

上平台的柔性铰点组所形成的直线与其相邻的下平台的柔性铰点组所形成的直线相差45°；

第一级摆动装置的下平台与支座固定，其上平台作为第二级摆动装置的下平台，以此类推将多个摆动装置串联起来，最后一级摆动装置的上平台与尾鳍固定连接，整体结构形成超冗余串并联机构。

本发明还具有如下特征：

1、所述的摆动装置，其节数为3，则其各级并联机构参数设计如下：设摆动装置总长为L，鱼体中部宽度为D₁

第一级并联机构上下平台的距离：

H₁＝λ₁L，其λ₁值根据鱼体外形长度匹配确定，

下平台半径r_b1＝D₁，上下平台的半径比值

$\frac{r_{a1}}{r_{b1}}=1$

设计其解耦中心使之位于鱼体的中部

$h_1^{*}=\frac{1}{2}{H}_1$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

第二级并联机构上下平台的距离：

H₂＝λ₂L，λ₂值根据鱼体外形长度匹配确定，

下平台半径r_b2＝r_a1，上下平台的半径比值根据距离H₂处鱼体外形宽度D₂确定

$\frac{r_{a2}}{r_{b2}}=\frac{D_2}{D_1}={\mathrm{\γ}}_2$

$\frac{1}{2}\≤{\mathrm{\γ}}_2\≤1$

设计其解耦中心使之稍偏向鱼尾方向

$h_2^{*}={\mathrm{\&eta;}}_2{H}_2,\frac{1}{2}<{\mathrm{\&eta;}}_2<1$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

第三级并联机构上下平台的距离

H₃＝λ₃L其λ₃值根据鱼体外形长度匹配确定，

下平台半径r_b3＝r_a2，上下平台的半径比值根据距离H₃处鱼体外形宽度D₃确定

$\frac{r_{a3}}{r_{b3}}=\frac{D_3}{D_2}={\mathrm{\&gamma;}}_3$

$\frac{1}{4}\&le;{\mathrm{\&gamma;}}_3\&le;\frac{1}{2}$

其解耦中心位于尾鳍月牙处，取为：

$h_3^{*}={\mathrm{\&eta;}}_3{H}_3,1<{\mathrm{\&eta;}}_3<\frac{3}{2}$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

所述的解耦中心的公式为：

$\begin{array}{c}{h}^{*}=\frac{r_a(r_a-r_b\cos (\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}-\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}))}{L_{\mathrm{XOY}}^2}H\\ L_{\mathrm{XOY}}^2=r_a^2+r_b^2-{2r}_a{r}_b\cos (\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}-\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;})\end{array}$

$L_{\mathrm{act}}=\sqrt{L_{\mathrm{XOY}}^2+H^2}$

式中：h^*为解耦中心位置，H为上下平台之间距离，支腿长度为L_act。

2、所述的摆动装置，其节数大于3，则其各级并联机构参数设计如下：

设摆动装置总长为L，鱼体中部宽度为D₁，

第一级并联机构上下平台的距离

H₁＝λ₁L，其λ₁值根据鱼体外形长度匹配确定，

下平台半径r_b1＝D₁，上下平台的半径比值

$\frac{r_{a1}}{r_{b1}}=1$

设计其解耦中心使之位于鱼体的中部

$h_1^{*}=\frac{1}{2}{H}_1$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

第二级并联机构上下平台的距离

H₂＝λ₂L其λ₂值根据鱼体外形长度匹配确定，

下平台半径r_b2＝r_a1，上下平台的半径比值根据距离H₂处鱼体外形宽度D₂确定

$\frac{r_{a2}}{r_{b2}}=\frac{D_2}{D_1}={\mathrm{\&gamma;}}_2$

$\frac{1}{2}\&le;{\mathrm{\&gamma;}}_2\&le;1$

设计其解耦中心使之稍偏向鱼尾方向

$h_2^{*}={\mathrm{\&eta;}}_2{H}_2,\frac{1}{2}<{\mathrm{\&eta;}}_2<1$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

第三级至第n级的高度分别为H₃…H_n，上下平台半径分别为：r_a3…r_an，r_b3…r_bn

各级并联机构距离求解：

H_L＝H₃+H₄…+H_n-1+H_n＝λ₃L

H₃＝H₄…＝H_n-1＝H_n

其λ₃值根据鱼体外形长度匹配确定，

平台半径求解：根据第n级H_n处鱼体外形宽度D_n确定

$\frac{r_{\mathrm{an}}}{r_{b3}}=\frac{D_n}{D_2}={\mathrm{\&gamma;}}_3$

$\frac{1}{4}\&le;{\mathrm{\&gamma;}}_3\&le;\frac{1}{2}$

将r_an与r_b3 n-1等分，得到各上平台半径r_a3…r_an-1

各下平台半径r_b3＝r_a2，…，r_bn＝r_an-1

设计其综合解耦中心使之位于尾鳍月牙处：

$h_3^{*}={\mathrm{\&eta;}}_3{H}_3,1<{\mathrm{\&eta;}}_3<\frac{3}{2}$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

所述的解耦中心的公式为：

$\begin{array}{c}{h}^{*}=\frac{r_a(r_a-r_b\cos (\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}-\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}))}{L_{\mathrm{XOY}}^2}H\\ L_{\mathrm{XOY}}^2=r_a^2+r_b^2-{2r}_a{r}_b\cos (\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}-\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;})\end{array}$

$L_{\mathrm{act}}=\sqrt{L_{\mathrm{XOY}}^2+H^2}$

式中：b^*为解耦中心位置，H为上下平台之间距离，支腿长度为L_act。

3、通过配置不同的上下平台半径比能够获得不同的解耦中心位置。

4、所述的支腿采用形状记忆合金弹簧材料制成，平台为铝合金材料制成。

本发明的优点是：

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)运用冗余并联机构串联连接的形式设计了与真实鱼体流线型外形匹配的多关节串并联机构，具有推力大，动作连续，柔顺性好的特点。(2)运用冗余并联机构解耦中心的位置取决于其几何参数的性质，将摆动推进装置的综合柔顺中心设计在月牙尾鳍处，提高了推进效率。(3)运用冗余并联机构可通过支腿内力改变刚度的特性，设计了复合控制策略，复现了真实鱼类游动变刚度节能机理。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中单节摆动装置结构示意图a；

图3为本发明中单节摆动装置结构示意图b

图4为本发明中控制系统框图；

图5为本发明中摆动装置几何尺寸设计示意图；

其中1、支座 2、摆动装置 3、尾鳍 4、下平台 5、上平台 6、柔性铰点 7、支腿 8、脊骨柱。

具体实施方式

具体实施方式：

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明变刚度仿生摆动推进装置。如附图1-3所示，一种变刚度仿生摆动推进结构，包括支座、两节以上的摆动装置和尾鳍，所述摆动装置包括上平台、下平台、18个柔性铰点、8个支腿和脊骨柱，上平台中心处有柔性铰点o’，下平台中心处有柔性铰点o，柔性铰点o’与柔性铰点o用脊骨相连接；

下平台分布有8个柔性铰点在半径为r_b的圆心为o的圆上，这8个柔性铰点分为四组，柔性铰点b₁b₂为一组，柔性铰点b₃b₄为一组，柔性铰点b₅b₆为一组，柔性铰点b₇b₈为一组，下平台的柔性铰点组所形成的直线与相邻的柔性铰点组所形成的直线相差90°；

上平台也分布有8个柔性铰点在半径为r_a的圆心为o’的圆上，这8个柔性铰点分为四组，柔性铰点a₂a₃为一组，柔性铰点a₄a₅为一组，柔性铰点a₆a₇为一组，柔性铰点a₈a₁为一组，上平台的柔性铰点组所形成的直线与相邻的柔性铰点组所形成的直线相差90°；

所述的圆心为o的圆与圆心为o’的圆为同心圆；

八条支腿分别为支腿a₁b₁，支腿a₂b₂，支腿a₃b₃，支腿a₄b₄，支腿a₅b₅，支腿a₆b₆，支腿a₇b₇和支腿a₈b₈；

支腿a₁b₁的两端分别与柔性铰点a₁和柔性铰点b₁连接，

支腿a₂b₂的两端分别与柔性铰点a₂和柔性铰点b₂连接，

支腿a₃b₃的两端分别与柔性铰点a₃和柔性铰点b₃连接，

支腿a₄b₄的两端分别与柔性铰点a₄和柔性铰点b₄连接，

支腿a₅b₅的两端分别与柔性铰点a₅和柔性铰点b₅连接，

支腿a₆b₆的两端分别与柔性铰点a₆和柔性铰点b₆连接，

支腿a₇b₇的两端分别与柔性铰点a₇和柔性铰点b₇连接，

支腿a₈b₈的两端分别与柔性铰点a₈和柔性铰点b₈连接；

上平台的柔性铰点组所形成的直线与其相邻的下平台的柔性铰点组所形成的直线相差45°；

第一级摆动装置的下平台与支座固定，其上平台作为第二级摆动装置的下平台，以此类推将多个摆动装置串联起来，最后一级摆动装置的上平台与尾鳍固定连接，整体结构形成超冗余串并联机构。

附图4为控制系统框图，首级单节摆动装置采用主动位移控制，其余各级单节摆动装置采用主动刚度控制，其具体实施过程为：根据所要求的推进速度设置相应的摆动频率及幅值，生成期望信号sx_dex，经过运动学反解程序后，生成首级单节摆动装置八条支腿的期望伸缩量l_dex，其与八条支腿的实际伸缩量l进行差运算，经主动位移控制器控制后，产生记忆合金驱动器的激励信号V_e1。其余各级单节摆动装置在各被动级摆动装置刚度分配及柔顺中心控制器的作用下，生成各级期望刚度K_dex2…K_dexn，经过各级摆动装置的内力解算器后，生成各级的期望的支腿出力F_dex2…F_dexn，其与各级各支腿的实际出力F₂…F_n进行差运算，经主动刚度控制器控制后，使摆动推进装置成为具有一定刚度的柔性体。这样就使得第一级的摆动产生的体波在柔性的摆动推进装置上进行传播从而使装置游动。级数越多，摆动的动作连续柔顺性越好。

变刚度控制的原理为：

$K=\frac{\&PartialD;F}{\&PartialD;q}=\frac{\&PartialD;\left(J_{1q}^T{f}_a\right)}{\&PartialD;q}=\frac{\&PartialD;\left(J_{1q}^T\right)}{\&PartialD;q}{f}_a+J_{1q}^T\frac{\&PartialD;\left(f_a\right)}{\&PartialD;q}=\frac{\&PartialD;\left(J_{1q}^T\right)}{\&PartialD;q}{f}_a+J_{1q}^T{K}_h{J}_{1q}$

式中：K为并联机构刚度，f_a为各支腿出力，K_h为各支腿刚度，J_1q为并联机构雅克比阵，q为平台坐标。

一般来说，上式等式右端第一项为由机构的外载荷(如重力、外力等)以及内力引起的刚度项，第二项为被动刚度。对于冗余驱动机构来说，第一项为机构内力产生的主动刚度，第二项仍然为被动刚度。可知，通过控制各支腿内力可达到控制机构刚度的目的。

附图5为满足外形匹配的摆动装置几何尺寸设计示意图，设摆动装置总长为L，鱼体中部宽度为D₁，则其各级并联机构参数设计如下：

(1)若节数为3.

第一级并联机构上下平台的距离

H₁＝λ₁L，其λ₁值根据鱼体外形长度匹配确定，

下平台半径r_b1＝D₁，上下平台的半径比值

$\frac{r_{a1}}{r_{b1}}=1$

设计其解耦中心(图中符号

表示机构的运动解耦中心所在的位置)使之位于鱼体的中部

$h_1^{*}=\frac{1}{2}{H}_1$

根据解耦中心公式求得α+β，在满足铰点排列不干涉原则下可取

α＝β

第二级并联机构上下平台的距离

H₂＝λ₂L其λ₂值根据鱼体外形长度匹配确定，

下平台半径r_b2＝r_a1，上下平台的半径比值根据距离H₂处鱼体外形宽度D₂确定

$\frac{r_{a2}}{r_{b2}}=\frac{D_2}{D_1}={\mathrm{\&gamma;}}_2$

$\frac{1}{2}\&le;{\mathrm{\&gamma;}}_2\&le;1$

设计其解耦中心(图中符号

表示机构的运动解耦中心所在的位置)使之稍偏向鱼尾方向

$h_2^{*}={\mathrm{\&eta;}}_2{H}_2,\frac{1}{2}<{\mathrm{\&eta;}}_2<1$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

第三级并联机构上下平台的距离

H₃＝λ₃L其λ₃值根据鱼体外形长度匹配确定，

下平台半径r_b3＝r_a2，上下平台的半径比值根据距离H₃处鱼体外形宽度D₃确定

$\frac{r_{a3}}{r_{b3}}=\frac{D_3}{D_2}={\mathrm{\&gamma;}}_3$

$\frac{1}{4}\&le;{\mathrm{\&gamma;}}_3\&le;\frac{1}{2}$

其解耦中心(图中符号

表示机构的运动解耦中心所在的位置)位于尾鳍月牙处，如可取为：

$h_3^{*}={\mathrm{\&eta;}}_3{H}_3,1<{\mathrm{\&eta;}}_3<\frac{3}{2}$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

(2)若节数为n＞3.

其第一级与第二级设计方法与(1)相等。

第三级至第n级的高度分别为H₃…H_n，上下平台半径分别为：r_a3…r_an，r_b3…r_bn

各级并联机构距离求解：

H_L＝H₃+H₄…+H_n-1+H_n＝λ₃L

H₃＝H₄…＝H_n-1＝H_n

其λ₃值根据鱼体外形长度匹配确定，

平台半径求解：根据第n级H_n处鱼体外形宽度D_n确定

$\frac{r_{\mathrm{an}}}{r_{b3}}=\frac{D_n}{D_2}={\mathrm{\&gamma;}}_3$

$\frac{1}{4}\&le;{\mathrm{\&gamma;}}_3\&le;\frac{1}{2}$

将r_an与r_b3 n-1等分，得到各上平台半径r_a3…r_an-1

各下平台半径r_b3＝r_a2，…，r_bn＝r_an-1

设计其综合解耦中心(图中符号

表示机构的运动解耦中心所在的位置)使之位于尾鳍月牙处：

$h_3^{*}={\mathrm{\&eta;}}_3{H}_3,1<{\mathrm{\&eta;}}_3<\frac{3}{2}$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

所述的解耦中心的公式为：

$h^{*}=\frac{r_a(r_a-r_b\cos (\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}-\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}))}{L_{\mathrm{XOY}}^2}H$

$L_{\mathrm{XOY}}^2=r_a^2+r_b^2-{2r}_a{r}_b\cos (\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}-\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;})$

$L_{\mathrm{act}}=\sqrt{L_{\mathrm{XOY}}^2+H^2}$

式中：h^*为解耦中心位置，H为上下平台之间距离。

通过配置不同的上下平台半径比可获得不同的解耦中心位置。

其支腿长度为L_act。

Claims (5)

1.一种变刚度仿生摆动推进装置，包括支座、两节以上的摆动装置和尾鳍，其特征在于：

所述摆动装置包括上平台、下平台、18个柔性铰点、8个支腿和脊骨柱，上平台中心处有柔性铰点o’，下平台中心处有柔性铰点o，柔性铰点o’与柔性铰点o用脊骨相连接；

下平台分布有8个柔性铰点在半径为r_b的圆心为o的圆上，这8个柔性铰点分为四组，柔性铰点b₁b₂为一组，柔性铰点b₃b₄为一组，柔性铰点b₅b₆为一组，柔性铰点b₇b₈为一组，下平台的柔性铰点组所形成的直线与相邻的柔性铰点组所形成的直线相差90°；

上平台也分布有8个柔性铰点在半径为r_a的圆心为o’的圆上，这8个柔性铰点分为四组，柔性铰点a₂a₃为一组，柔性铰点a₄a₅为一组，柔性铰点a₆a₇为一组，柔性铰点a₈a₁为一组，上平台的柔性铰点组所形成的直线与相邻的柔性铰点组所形成的直线相差90°；

所述的圆心为o的圆与圆心为o’的圆为同心圆；

八条支腿分别为支腿a₁b₁，支腿a₂b₂，支腿a₃b₃，支腿a₄b₄，支腿a₅b₅，支腿a₆b₆，支腿a₇b₇和支腿a₈b₈；

支腿a₁b₁的两端分别与柔性铰点a₁和柔性铰点b₁连接，

支腿a₂b₂的两端分别与柔性铰点a₂和柔性铰点b₂连接，

支腿a₃b₃的两端分别与柔性铰点a₃和柔性铰点b₃连接，

支腿a₄b₄的两端分别与柔性铰点a₄和柔性铰点b₄连接，

支腿a₅b₅的两端分别与柔性铰点a₅和柔性铰点b₅连接，

支腿a₆b₆的两端分别与柔性铰点a₆和柔性铰点b₆连接，

支腿a₇b₇的两端分别与柔性铰点a₇和柔性铰点b₇连接，

支腿a₈b₈的两端分别与柔性铰点a₈和柔性铰点b₈连接；

上平台的柔性铰点组所形成的直线与其相邻的下平台的柔性铰点组所形成的直线相差45°；

第一级摆动装置的下平台与支座固定，其上平台作为第二级摆动装置的下平台，以此类推将多个摆动装置串联起来，最后一级摆动装置的上平台与尾鳍固定连接，整体结构形成超冗余串并联机构。

2.根据权利要求1所述的一种变刚度仿生摆动推进装置，其特征在于：所述的摆动装置，其节数为3，则其各级并联机构参数设计如下：设摆动装置总长为L，鱼体中部宽度为D1第一级并联机构上下平台的距离：

H₁＝λ₁L， $\frac{1}{3}\&le;{\mathrm{\&lambda;}}_1\&le;\frac{1}{2}$

下平台半径r_b1＝D₁，上下平台的半径比值

$\frac{r_{a1}}{r_{b1}}=1$

设计其解耦中心使之位于鱼体的中部

$h_1^{*}=\frac{1}{2}{H}_1$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

第二级并联机构上下平台的距离：

H₂＝λ₂L， $\frac{1}{4}\&le;{\mathrm{\&lambda;}}_2\&le;\frac{1}{3}$

下平台半径r_b2＝r_a1，上下平台的半径比值根据距离H₂处鱼体外形宽度D₂确定

$\frac{r_{a2}}{r_{b2}}=\frac{D_2}{D_1}={\mathrm{\&gamma;}}_2$

$\frac{1}{2}\&le;{\mathrm{\&gamma;}}_2\&le;1$

设计其解耦中心使之稍偏向鱼尾方向

$h_2^{*}={\mathrm{\&eta;}}_2{H}_2,\frac{1}{2}<{\mathrm{\&eta;}}_2<1$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

第三级并联机构上下平台的距离

H₃＝λ₃L $\frac{1}{4}\&le;{\mathrm{\&gamma;}}_3\&le;\frac{1}{3}$

下平台半径r_b3＝r_a2，上下平台的半径比值根据距离H₃处鱼体外形宽度D₃确定

$\frac{r_{a3}}{r_{b3}}=\frac{D_3}{D_2}={\mathrm{\&gamma;}}_3$

$\frac{1}{4}\&le;{\mathrm{\&gamma;}}_3\&le;\frac{1}{2}$

其解耦中心位于尾鳍月牙处，取为：

$h_3^{*}={\mathrm{\&eta;}}_3{H}_3,1<{\mathrm{\&eta;}}_3<\frac{3}{2}$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

所述的解耦中心的公式为：

$h^{*}=\frac{r_a(r_a-r_b\cos (\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}-\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}))}{L_{\mathrm{XOY}}^2}H$

$L_{\mathrm{XOY}}^2=r_a^2+r_b^2-{2r}_a{r}_b\cos (\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}-\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;})$

$L_{\mathrm{act}}=\sqrt{L_{\mathrm{XOY}}^2+H^2}$

式中：h^*为解耦中心位置，H为上下平台之间距离，支腿长度为L_act。

3.根据权利要求1所述的一种变刚度仿生摆动推进装置，其特征在于：所述的摆动装置，其节数大于3，则其各级并联机构参数设计如下：

设摆动装置总长为L，鱼体中部宽度为D₁，

第一级并联机构上下平台的距离

H₁＝λ₁L，其λ₁值根据鱼体外形长度匹配确定，

下平台半径r_b1＝D₁，上下平台的半径比值

$\frac{r_{a1}}{r_{b1}}=1$

设计其解耦中心使之位于鱼体的中部

$h_1^{*}=\frac{1}{2}{H}_1$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

第二级并联机构上下平台的距离

H₂＝λ₂L其λ₂值根据鱼体外形长度匹配确定，

下平台半径r_b2＝r_a1，上下平台的半径比值根据距离H2处鱼体外形宽度D2确定

$\frac{r_{a2}}{r_{b2}}=\frac{D_2}{D_1}={\mathrm{\&gamma;}}_2$

$\frac{1}{2}\&le;{\mathrm{\&gamma;}}_2\&le;1$

设计其解耦中心使之稍偏向鱼尾方向

$h_2^{*}={\mathrm{\&eta;}}_2{H}_2,\frac{1}{2}<{\mathrm{\&eta;}}_2<1$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

第三级至第n级的高度分别为H₃…H_n，上下平台半径分别为：r_a3…r_an，r_b3…r_bn各级并联机构距离求解：

H_L＝H₃+H₄…+H_n-1+H_n＝λ₃L

H₃＝H₄…＝H_n-1＝H_n

其λ₃值根据鱼体外形长度匹配确定，

平台半径求解：根据第n级H_n处鱼体外形宽度D_n确定

$\frac{r_{a3}}{r_{b3}}=\frac{D_3}{D_2}={\mathrm{\&gamma;}}_3$

$\frac{1}{4}\&le;{\mathrm{\&gamma;}}_3\&le;\frac{1}{2}$

将r_an与r_b3 n-1等分，得到各上平台半径r_a3…r_an-1

各下平台半径r_b3＝r_a2，…，r_bn＝r_an-1

设计其综合解耦中心使之位于尾鳍月牙处：

$h_3^{*}={\mathrm{\&eta;}}_3{H}_3,1<{\mathrm{\&eta;}}_3<\frac{3}{2}$

根据解耦中心公式求得α+β，0°＜α≤18°，0°＜β≤18°，且满足柔性铰点排列不干涉原则；

所述的解耦中心的公式为：

$\begin{array}{c}{h}^{*}=\frac{r_a(r_a-r_b\cos (\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}-\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}))}{L_{\mathrm{XOY}}^2}H\\ L_{\mathrm{XOY}}^2=r_a^2+r_b^2-{2r}_a{r}_b\cos (\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}-\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;})\end{array}$

$L_{\mathrm{act}}=\sqrt{L_{\mathrm{XOY}}^2+H^2}$

式中：h^*为解耦中心位置，H为上下平台之间距离，支腿长度为L_act。

4.根据权利要求2或3所述的一种变刚度仿生摆动推进装置，其特征在于：通过配置不同的上下平台半径比能够获得不同的解耦中心位置。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种变刚度仿生摆动推进装置，其特征在于：所述的支腿采用形状记忆合金弹簧材料制成，平台为铝合金材料制成。

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