CN102815388B - 线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置及其仿生机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置及其仿生机构，该推进装置包括鱼尾型卡板、双孔椎骨、单孔椎骨和驱动线，鱼尾型卡板上设有椎骨槽，双孔椎骨依次前后铰接并卡在鱼尾型卡板前半段，单孔椎骨承接在双孔椎骨之后并依次前后铰接卡在鱼尾型卡板后半段，双孔椎骨两边分别设有两个线孔，单孔椎骨两边分别设有一个线孔。由于采用了铰接在前半段通过四根驱动线控制的双孔椎骨和铰接在后半段通过外侧两根驱动线控制的单孔椎骨，不仅可模拟做出鲹科类游动时的C型摆动，而且也可模拟出鳗鱼类游动时的S型波动状，还可通过控制驱动线的收紧量产生净侧向力实现航向的偏转，较为真实地模拟出了鱼类游动，而且结构简单紧凑、易于控制、推进效率也高。
Description
技术领域
本发明涉及在水中使用的仿生机构领域，尤其涉及的是一种可真实模拟鱼类游动而又结构简单、推进效率高的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置及其仿生机构。
背景技术
仿生机构指的是模拟生物运动的构造形态和功能而制作的机构。随着人类在水面以及水下活动的增加，模仿鱼类游动的装置以及机构越来越多，例如鱼尾推进装置。与传统的螺旋桨驱动相比，仿鱼尾推进装置通过鱼尾的往复摆动而产生推力，其摆动频率低，噪音小，推进效率高，不仅可实现推进还可以对方向进行控制。
而鱼类游泳时，比较典型的两种运动方式包括鲹科类鱼尾的摆动和鳗状类鱼身的波动。但是，现有的仿鱼尾水下推进装置在驱动器少时无法真实模拟鱼类游动，在驱动器多时系统结构又复杂、控制难度较大。
例如，现有技术中为实现鱼尾的摆动，有的利用曲柄滑块或偏心轮等传统机构将电机的旋转运动转化为往复运动，从而模拟鱼尾的往复摆动；还有的采用两个驱动器，利用蒸汽机式的来回往复运动拉动横梁齿带动主梁翼及尾翼左右来回运动。但这类推进装置往往仅能实现刚性摆动，不能真实模拟鱼类游动。
再如，现有技术中为实现鱼身的波动，典型的方法有采用多个电机相串联的机器鱼，通过这些电机的协调运动来控制骨架的运动；还有采用多模态仿生的机器鱼，每一个速度档位或转弯档位都对应一个游动模态，甚至还要采用中枢模式发生器CPG来控制和协调多个电机。但这类推进装置每个关节都需要一个或多个驱动器，导致结构复杂，控制困难，也使得鱼身显得更加笨重。
因此，现有技术尚有待改进和发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，可比较真实地模拟鱼类游动，且结构简单、推进效率高。
同时，本发明还提供一种使用驱动器数量少、结构紧凑、易于控制的仿生机构。
本发明的技术方案如下：一种线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其中：该推进装置包括鱼尾型卡板、双孔椎骨、单孔椎骨和驱动线，所述鱼尾型卡板上沿其长度方向设置有适配所述双孔椎骨和单孔椎骨横向卡入的椎骨槽，所述双孔椎骨依次前后铰接并卡在所述鱼尾型卡板的前半段，所述单孔椎骨承接在所述双孔椎骨之后并依次前后铰接卡在所述鱼尾型卡板的后半段，所述双孔椎骨的两边分别设置有两个适配所述驱动线穿过的线孔，所述单孔椎骨的两边分别设置有一个适配所述驱动线穿过的线孔。
所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其中：同一节双孔椎骨后端面的长度小于其前端面的长度，且后一节双孔椎骨前端面的长度适配前一节双孔椎骨后端面的长度；同一节单孔椎骨后端面的长度小于其前端面的长度，且后一节单孔椎骨前端面的长度适配前一节单孔椎骨后端面的长度。
所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其中：所述双孔椎骨两边的线孔走向分别与该双孔椎骨倾斜的两边相一致；所述单孔椎骨两边的线孔走向分别与该单孔椎骨倾斜的两边相一致。
所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其中：所述双孔椎骨和单孔椎骨的端面上设置有铰孔座，所述铰孔座上设置有用于通过插销相铰接的铰链定位孔。
所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其中：所述双孔椎骨和单孔椎骨的铰孔座外壁呈沿该铰链定位孔轴向方向设置的凸圆柱面，所述双孔椎骨和单孔椎骨的端面上沿该铰链定位孔轴向方向设置有凹圆柱面。
所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其中：所述双孔椎骨和单孔椎骨的侧面上设置有适配所述鱼尾型卡板卡入的卡槽，所述卡槽在装配时与所述椎骨槽垂直相交。
所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其中：最后一节单孔椎骨的前端面上设置有铰孔座，所述铰孔座上设置有用于通过插销相铰接的铰链定位孔；最后一节单孔椎骨的两侧面上均设置有适配所述鱼尾型卡板卡入的卡槽，且两侧面上的卡槽末端相互连通。
所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其中：该推进装置还包括连接在最后一节单孔椎骨后端面上的尾椎骨，该尾椎骨的前端面上设置有适配插入最后一节单孔椎骨卡槽末端的榫头；所述尾椎骨的两侧面上均设置有适配所述鱼尾型卡板卡入的卡槽，且两侧面上的卡槽末端相互连通。
一种仿生机构，包括设置在尾部的推进装置，其中：该推进装置设置为上述中任一项所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置。
所述的仿生机构，其中：该仿生机构包括仿生机器鱼。
本发明所提供的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置及其仿生机构，由于采用了铰接在前半段通过四根驱动线控制的双孔椎骨和铰接在后半段通过外侧的两根驱动线控制的单孔椎骨，不仅可模拟做出鲹科类游动时的C型摆动，而且也可模拟出鳗鱼类游动时的S型波动状，还可通过控制驱动线的收紧量产生净侧向力实现航向的偏转，较为真实地模拟出了鱼类游动，而且结构简单紧凑、易于控制、推进效率也高。
附图说明
图1是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置处于直线状态下的立体图。
图2是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置驱动线与驱动器转盘连接平面图。
图3是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用鱼尾型卡板的平面图。
图4是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用双孔椎骨的立体放大图。
图5是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置图4中的局部C处放大图。
图6是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用双孔椎骨的侧视放大图。
图7是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置图6中的D-D剖视图。
图8是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用单孔椎骨的立体放大图。
图9是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置图8中的局部A处放大图。
图10是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用单孔椎骨的侧视放大图。
图11是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置图10中的B-B剖视图。
图12是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用最后一节单孔椎骨的平面图。
图13是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用尾椎骨的平面图。
图14是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置处于直线状态下的俯视图。
图15是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置处于C形弯曲状态下的俯视图。
图16是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置处于S形弯曲状态下的俯视图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。
如图1所示，图1是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置处于直线状态下的立体图，该线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置主要由鱼尾型卡板1、多节双孔椎骨2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10、多节单孔椎骨3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8,3-9,3-10、尾椎骨4和四根驱动线5-1,5-2,6-1,6-2组成，所述鱼尾型卡板1上设置有适配所述双孔椎骨2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10、所述单孔椎骨3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8,3-9,3-10和尾椎骨4横向卡入的椎骨槽，所述双孔椎骨2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10依次前后铰接并卡在所述鱼尾型卡板1的前半段，所述单孔椎骨3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8,3-9,3-10和尾椎骨4承接在所述双孔椎骨2-10之后，依次前后铰接并卡在所述鱼尾型卡板1的后半段，所述双孔椎骨2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10、所述单孔椎骨3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8,3-9,3-10和所述尾椎骨4的上下两侧面分别设置有适配所述鱼尾型卡板1卡入的卡槽，所述鱼尾型卡板1的椎骨槽与所述双孔椎骨2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10、所述单孔椎骨3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8,3-9,3-10和所述尾椎骨4上的卡槽垂直相交。
所述双孔椎骨2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10前后端面的两边分别设置有两个线孔，所述单孔椎骨3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8,3-9,3-10和尾椎骨4前后端面的两边分别设置有一个线孔，所述驱动线5-1,5-2的尾端分别依次穿过所述双孔椎骨2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10外侧的线孔、所述单孔椎骨3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8,3-9,3-10两侧的线孔连接至所述尾椎骨4上，所述驱动线6-1,6-2分别依次穿过所述双孔椎骨2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9内侧的线孔连接至所述双孔椎骨2-10上，所述驱动线5-1和5-2(或6-1和6-2)用于连接在可来回拉动该驱动线的驱动器上。
结合图2所示，图2是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置驱动线与驱动器转盘连接平面图，所述驱动线5-1和5-2可设置为同一根套接在驱动器转盘7上的驱动线；同样的，也可将所述驱动线6-1和6-2设置为同一根套接在另一驱动器转盘上的驱动线。
结合图3所示，图3是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用鱼尾型卡板的平面图，所述鱼尾型卡板1的外形与鱼尾相似，尾部呈新月形，所述鱼尾型卡板1上沿其长度方向横向设置有一条椎骨槽1-1，用于与图1中所述双孔椎骨2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10、所述单孔椎骨3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8,3-9,3-10和所述尾椎骨4相卡合，该椎骨槽1-1的前端连通至所述鱼尾型卡板1的前端，该椎骨槽1-1的后端延伸至所述鱼尾型卡板1新月形的尾部，但并不与其后端相连通。
如图4所示，图4是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用双孔椎骨的立体放大图，具体的，以第一节双孔椎骨2-1为例，所述双孔椎骨2-1可由上下两端面呈带圆角的矩形块2-1-0和分别设置在该矩形块2-1-0两端面上的铰孔座2-1-1组成，而前述位于双孔椎骨2-1侧面上的卡槽2-1-4设置在该矩形块2-1-0的中间位置上，所述铰孔座2-1-1则位于所述卡槽2-1-4的两端槽口处，所述铰孔座2-1-1的两端面分别与所述双孔椎骨2-1上下两端面以及所述卡槽2-1-4的侧壁相垂直；前述位于双孔椎骨2-1前后端面(上端面为后端面，下端面为前端面)上的两个适配所述驱动线5-1,5-2(和6-1,6-2)穿过的线孔2-1-5(和2-1-6)分别对称设置在该矩形块2-1-0的左右两边。
结合图5所示，图5是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置图4中的局部C处放大图，所述铰孔座2-1-1的端面上设置有用于通过插销(图未示)相铰接的铰链定位孔2-1-2，所述卡槽2-1-4的槽口处沿该铰链定位孔2-1-2的轴向方向设置有凹圆柱面2-1-3，所述铰孔座2-1-1的外壁呈沿该铰链定位孔2-1-2轴向方向设置的凸圆柱面；位于中间部分的双孔椎骨2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9的凹圆柱面与前后相邻双孔椎骨的凸圆柱面相适配，第一节双孔椎骨2-1前端面上的凸圆柱面和凹圆柱面2-1-3分别用于与鱼身部分的铰接部件相适配，图1中最后一节双孔椎骨2-10后端面上的凸圆柱面和凹圆柱面分别用于与第一节单孔椎骨3-1前端面上的凹圆柱面和凸圆柱面相适配。
结合图6所示，图6是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用双孔椎骨的侧视放大图，仍以第一节双孔椎骨2-1为例，较好的是，所述铰孔座2-1-1可偏置在所述双孔椎骨2-1的上下两端面上，即两铰孔座2-1-1的同一侧端面均位于该双孔椎骨2-1厚度方向上的中心面上，由于所述双孔椎骨2-1左右对称设计，由此在组装时可使前后双孔椎骨上的线孔均处于同一平面内。
结合图7所示，图7是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置图6中的D-D剖视图，较好的是，所述双孔椎骨2-1长度方向上的纵截面轮廓呈梯形设置，即所述双孔椎骨2-1后端面(即上端面)的长度小于该双孔椎骨2-1前端面(即下端面)的长度，且后一双孔椎骨的前端面长度与前一双孔椎骨的后端面长度相匹配，这种相邻双孔椎骨的长度由前向后依次变小，可有效提高该推进装置前半段的灵活性。
较好的是，位于该双孔椎骨2-1两边的线孔2-1-5(和2-1-6)的轴心线分别与该双孔椎骨2-1倾斜的两边相一致，由此在收紧驱动线时可是所有双孔椎骨同一边上的线孔收尾相连，减少了错位的线孔对相应驱动线产生的阻力，提高了该推进装置前半段的灵活性。
同样地，如图8所示，图8是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用单孔椎骨的立体放大图，具体的，以第一节单孔椎骨3-1为例，所述单孔椎骨3-1也可由上下两端面呈带圆角的矩形块3-1-0和分别设置在该矩形块3-1-0两端面上的铰孔座3-1-1组成，而前述位于单孔椎骨3-1侧面上的卡槽3-1-4也设置在该矩形块3-1-0的中间位置上，所述铰孔座3-1-1则位于所述卡槽3-1-4的两端槽口处，所述铰孔座3-1-1的两端面分别与所述单孔椎骨3-1上下两端面以及所述卡槽3-1-4的侧壁相垂直；前述位于单孔椎骨3-1前后端面(上端面为后端面，下端面为前端面)上的适配所述驱动线5-1,5-2穿过的线孔3-1-5对称设置在该矩形块3-1-0的左右两边。
结合图9所示，图9是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置图8中的局部A处放大图，所述铰孔座3-1-1的端面上设置有用于通过插销(图未示)相铰接的铰链定位孔3-1-2，所述卡槽3-1-4的槽口处沿该铰链定位孔3-1-2的轴向方向设置有凹圆柱面3-1-3，所述铰孔座3-1-1的外壁呈沿该铰链定位孔3-1-2轴向方向设置的凸圆柱面，位于中间部分的单孔椎骨3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8,3-9的凹圆柱面可与前后相邻单孔椎骨的凸圆柱面相适配，第一节单孔椎骨3-1前端面上的凸圆柱面和凹圆柱面3-1-3分别与图1中最后一节双孔椎骨2-10后面上的凹圆柱面和凸圆柱面相适配，图1中最后一节单孔椎骨后端面上的凸圆柱面和凹圆柱面分别用于与所述尾椎骨4前端面上的凹圆柱面和凸圆柱面相适配。
结合图10所示，图10是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用单孔椎骨的侧视放大图，仍以第一节单孔椎骨3-1为例，较好的是，所述铰孔座3-1-1可偏置在所述单孔椎骨3-1的上下两端上，即两铰孔座3-1-1的同一侧端面均位于该单孔椎骨3-1厚度方向上的中心面上，由于所述单孔椎骨也是左右对称设计，由此在组装时可使前后单孔椎骨上的线孔均处于同一平面内。
结合图11所示，图11是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置图10中的B-B剖视图，较好的是，所述单孔椎骨3-1长度方向上的纵截面轮廓也呈梯形设置，即所述单孔椎骨3-1后端面(即上端面)的长度小于该单孔椎骨3-1前端面(即下端面)的长度，且后一单孔椎骨的前端面长度与前一单孔椎骨的后端面长度相匹配，这种相邻单孔椎骨的长度由前向后依次变小，可有效提高该推进装置后半段的灵活性。
较好的是，位于该单孔椎骨3-1两边的线孔3-1-5的轴心线分别与该单孔椎骨3-1倾斜的两边相一致，由此在收紧驱动线时可是所有单孔椎骨同一边上的线孔收尾相连，减少了错位的线孔对相应驱动线产生的阻力，提高了该推进装置后半段的灵活性。
如图12所示，图12是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用最后一节单孔椎骨的平面图，该单孔椎骨3-10也可由上下两端面呈带圆角的矩形块3-10-0和设置在该矩形块3-10-0前端面(即下端面)中间位置上设置有铰孔座3-10-1，所述铰孔座3-10-1上设置有用于通过插销(图未示)相铰接的铰链定位孔3-10-2，所述铰孔座3-10-1的外壁呈沿该铰链定位孔3-10-2轴向方向设置的凸圆柱面，该单孔椎骨3-10的前端面上沿该铰链定位孔3-10-2轴向方向设置有凹圆柱面3-10-3，用于适配前一节单孔椎骨(3-9)后端面凸圆柱面；该单孔椎骨3-10的两侧面上还设置有适配图3中鱼尾型卡板1卡入的卡槽3-10-4，且两侧面上的卡槽3-10-4的末端(即上端)相互连通，两侧面上的卡槽3-10-4的前端(即下端)与所述凹圆柱面3-10-3相连接，所述卡槽3-10-4在装配时与所述椎骨槽1-1垂直相交；所述卡槽3-10-4两侧的矩形块3-10-0上分别设置有用于固定所述驱动线5-1和5-2的线孔(图未示)。
较好的是，所述单孔椎骨3-10后端面(即上端面)的长度小于该单孔椎骨3-10前端面(即下端面)的长度，且该单孔椎骨3-10前端面的长度与前一节单孔椎骨(3-9)后端面的长度相匹配；位于所述卡槽3-10-4两侧的线孔的轴心线分别与该单孔椎骨3-10倾斜的两边相一致。
如图13所示，图13是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置所用尾椎骨的平面图，所述尾椎骨4在整体上呈三角形，该尾椎骨4前端面的长度与最后一节单孔椎骨3-10后端面的长度相匹配；该尾椎骨4的前端面上设置有适配插入最后一节单孔椎骨3-10卡槽3-10-4末端的方形榫头4-2；所述尾椎骨4的两侧面上均设置有适配图1中的鱼尾型卡板1卡入的卡槽4-1，且两侧面上的卡槽4-1末端相互连通。
在本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置的优选实施方式中，如图14所示，图14是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置处于直线状态下的俯视图，所有双孔椎骨2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10、单孔椎骨3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8,3-9,3-10和尾椎骨4依次串行连接，相邻椎骨通过圆柱形插销组成一个可在垂直所述鱼尾型卡板1的平面内对称转动的圆柱形铰链；所述尾椎骨4的卡槽镶嵌固定在所述鱼尾型卡板1上，驱动线5-1,5-2,6-1,6-2在所述鱼尾型卡板1两侧对称分布，并与所述鱼尾型卡板1之间成一个锐角，通过驱动线的收紧放松带动鱼尾骨架发生变形，进而起到推进和控制方向的作用。
结合图15所示，图15是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置处于C形弯曲状态下的俯视图，当驱动线5-1与驱动线6-1同时收紧，驱动线5-2与驱动线6-2同时放松时，鱼尾骨架向驱动线5-1方向弯曲变形，形成一个C形。反之，当驱动线5-2与驱动线6-2同时收紧，驱动线5-1与驱动线6-1同时放松时，鱼尾骨架向驱动线5-2方向弯曲变形。驱动线5-1,5-2的收紧放松程度大于驱动线6-1,6-2的收紧程度；驱动线5-1,6-1的收紧量与驱动线5-2,6-2的放松量相当。由于关节两边可转动角度相等，鱼尾骨架可在平面内对称摆动。随着鱼尾型卡板两侧的驱动线交替收紧放松，鱼尾骨架在驱动线5-1,5-2, 6-1,6-2所在平面内往复摆动，由此鱼尾骨架做出鲹科类游动时的摆动。鱼尾型卡板随着鱼尾骨架同时摆动，与周围的水相互作用可为水中航行器等仿生机构提供向前的推力。
结合图16所示，图16是本发明线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置处于S形弯曲状态下的俯视图，当驱动线6-1收紧，驱动线6-2放松时，由双孔椎骨2-X组成的关节往驱动线6-1一侧转动，鱼尾骨架前半段朝驱动线6-1一侧弯曲，而由单孔椎骨3-X组成的关节并不受驱动线6-1,6-2影响。
与此同时，所述驱动线5-1,5-2在此基础上进行收放，其长度变化为：驱动线5-1在双孔椎骨2-X范围内长度变短；驱动线5-2在双孔椎骨2-X范围内长度伸长；以及，驱动线5-1在单孔椎骨3-X范围内长度伸长，驱动线5-2在单孔椎骨3-X范围内长度变短。
当驱动线5-1在双孔椎骨2-X范围内的缩短量大于在单孔椎骨3-X范围内的伸长量时，驱动线5-1收紧，否则放松。驱动线5-2的收紧放松同样由其在双孔椎骨2-X范围内的伸长量与其在单孔椎骨3-X范围内的缩短量决定。此时，鱼尾骨架后半段朝驱动线5-2一侧弯曲，鱼尾骨架整体弯曲形成S形，当驱动线5-1,6-1的收紧放松与5-2,6-2的收紧放松互换时，鱼尾骨架往相反方向弯曲形成S形。随着卡板两侧驱动线的交替收紧放松，由此鱼尾骨架做出鳗鱼类游动时的波动状。卡板随着鱼尾骨架同时摆动，与周围的水相互作用可为水中航行器等仿生机构提供向前的推力。
此外，线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置不仅可以为水中航行器等仿生机构提供推力，还可以控制其运动方向。具体实施方式为：当鱼尾型卡板两侧驱动线交替收紧放松时的收紧量相等时，鱼尾骨架做出平面对称摆动，在一个摆动周期内，推进装置产生的净侧向力为零，水中航行器等仿生机构沿直线运动；而当卡板两侧驱动线交替放松时的收紧量不相等时，鱼尾骨架在平面内的摆动不对称，在一个摆动周期内，推进装置产生的净侧向力朝收紧量小的一侧，此时该侧向力推动水中航行器等仿生机构向紧量大的一侧偏转。
基于上述线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，本发明还提出了一种仿生机构，该仿生机构包括设置在尾部的推进装置，其中，所述推进装置设置为上述任一项实施例中所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置。
在本发明仿生机构的优选实施方式中，以仿生机器鱼为例，如图14所示，所述鱼尾型卡板1可采用ABS等塑料制作，具有一定弹性，可做大变形弯曲，四条所述驱动线5-1,5-2,6-1,6-2可采用细钢丝制作，而包括尾椎骨4在内的10节双孔椎骨2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10和10节单孔椎骨3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8,3-9,3-10均可采用ABS等塑料制作。通过四条驱动线5-1,5-2,6-1,6-2的不对称协同交替收紧放松，推进装置可提供任意方向的推力，从而可实现任意方向的拐弯。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其特征在于：该推进装置包括鱼尾型卡板、双孔椎骨、单孔椎骨和驱动线，所述鱼尾型卡板上沿其长度方向设置有适配所述双孔椎骨和单孔椎骨横向卡入的椎骨槽，所述双孔椎骨依次前后铰接并卡在所述鱼尾型卡板的前半段，所述单孔椎骨承接在所述双孔椎骨之后并依次前后铰接卡在所述鱼尾型卡板的后半段，所述双孔椎骨的两边分别设置有两个适配所述驱动线穿过的线孔，所述单孔椎骨的两边分别设置有一个适配所述驱动线穿过的线孔。
2.根据权利要求1所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其特征在于：同一节双孔椎骨后端面的长度小于其前端面的长度，且后一节双孔椎骨前端面的长度适配前一节双孔椎骨后端面的长度；同一节单孔椎骨后端面的长度小于其前端面的长度，且后一节单孔椎骨前端面的长度适配前一节单孔椎骨后端面的长度。
3.根据权利要求2所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其特征在于：所述双孔椎骨两边的线孔走向分别与该双孔椎骨倾斜的两边相一致；所述单孔椎骨两边的线孔走向分别与该单孔椎骨倾斜的两边相一致。
4.根据权利要求1所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其特征在于：所述双孔椎骨和单孔椎骨的端面上设置有铰孔座，所述铰孔座上设置有用于通过插销相铰接的铰链定位孔。
5.根据权利要求4所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其特征在于：所述双孔椎骨和单孔椎骨的铰孔座外壁呈沿该铰链定位孔轴向方向设置的凸圆柱面，所述双孔椎骨和单孔椎骨的端面上沿该铰链定位孔轴向方向设置有凹圆柱面。
6.根据权利要求1所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其特征在于：所述双孔椎骨和单孔椎骨的侧面上设置有适配所述鱼尾型卡板卡入的卡槽，所述卡槽在装配时与所述椎骨槽垂直相交。
7.根据权利要求1所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其特征在于：最后一节单孔椎骨的前端面上设置有铰孔座，所述铰孔座上设置有用于通过插销相铰接的铰链定位孔；最后一节单孔椎骨的两侧面上均设置有适配所述鱼尾型卡板卡入的卡槽，且两侧面上的卡槽末端相互连通。
8.根据权利要求7所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置，其特征在于：该推进装置还包括连接在最后一节单孔椎骨后端面上的尾椎骨，该尾椎骨的前端面上设置有适配插入最后一节单孔椎骨卡槽末端的榫头；所述尾椎骨的两侧面上均设置有适配所述鱼尾型卡板卡入的卡槽，且两侧面上的卡槽末端相互连通。
9.一种仿生机构，包括设置在尾部的推进装置，其特征在于：该推进装置设置为如权利要求1至8中任一项所述的线驱动多关节仿鱼尾水下推进装置。
10.根据权利要求9所述的仿生机构，其特征在于：该仿生机构包括仿生机器鱼。
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