CN111688887B - 基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍及仿生水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍及仿生水下机器人，包括依次排布的前缘鳍条、中部鳍条以及尾部鳍条：中部鳍条与前缘鳍条之间设置前部柔性鳍面；中部鳍条与尾部鳍条之间设置尾部柔性鳍面；前部柔性鳍面和尾部柔性鳍面内垂直于中部鳍条的方向均开设若干通孔；每个通孔内均设置有一根尼龙人工肌肉，前部柔性鳍面内的尼龙人工肌肉与前缘鳍条和中部鳍条相连，尾部柔性鳍面内的尼龙人工肌肉与中部鳍条和尾部鳍条相连。本发明充分利用生物主动“变刚度”机理，通过尼龙人工肌肉模拟与生物类似肌肉“舒张”或“收缩”状态实现对胸鳍刚度的主动连续调控，达到对胸鳍拍动时“推进波”波动幅度和波动数量的调节。

Description

基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍及仿生水下机器人

【技术领域】

本发明属于水下机器人技术领域，涉及一种基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍及仿生水下机器人。

【背景技术】

水下无人探测器在完成海洋/海底环境信息获取、固定/移动目标探测、识别、定位与跟踪以及区域警戒等任务中得到了广泛的应用。目前现有的水下无人推进器受限于传统的螺旋桨推进方式其工作噪音较高、环境扰动大航行姿态难以灵活改变，避障性能不佳。

鱼类本身的形态和运动规律无疑是最适合水下环境的，鱼类非凡的游泳能力是目前传统水下推进器无法相提并论的。模仿鱼类游动方式的仿生水下探测机器人成为如今研究的热门话题。在众多鱼类中，以中央胸鳍拍动(MPF-O)游动的鱼类能通过调节胸鳍拍动时展向和弦向形变实现对“推进波”波动幅度和大小的调控，保持较高的机动性以及游动效率。为优化此类仿生机器鱼的游动性能，需对其胸鳍拍动时展向和弦向变形进行控制以实现“推进波”大小和幅度的有效控制。

目前关于自主变形拍动式胸鳍的设计多采用刚性结构通过控制胸鳍运动轨迹来调控胸鳍展向和弦向变形，存在结构设计复杂、刚性部件较多、重量较高和胸鳍展/弦向刚度不可调控等问题。

中国发明专利CN102303701B中公布了一种基于张拉结构设计的拍动式仿蝠鲼胸鳍，仿生胸鳍由刚性骨架和柔性蒙皮构成，并由张拉结构实现仿生胸鳍的展向变形和拍动。弦向摆动的骨架实现弦向被动变形。该胸鳍在一定成度上可完成对蝠鲼游动时的胸鳍变形的模拟并产生推动力，但整体胸鳍刚度不可调整。与自然界中蝠鲼游动时，通过改变胸鳍刚度控制鳍面变形的方法存在一定区别。

总结现有发明专利，仿生机器人的胸鳍设计仍以刚性材料为骨架，柔性硅胶为鳍面，仅通过刚性机构模拟蝠鲼胸鳍的运动轨迹从几何层面达实现仿生的目的。此类仿生胸鳍重量较大，结构较为复杂并且由于结构限制，刚性胸鳍展向与弦向刚度不可主动变化导致胸鳍运动模式较为单一，难以适应水下复杂环境。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍及仿生水下机器人，通过对尼龙人工肌肉不同伸缩状态的调控模拟了真实蝠鲼游动时胸鳍部位肌肉变化，基于主动变刚度的方法，实现仿生胸鳍拍动时沿弦向“推进波”摆动幅度和波长大小的连续控制，提高了此类拍动式水下机器人水下操控性能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍，包括依次排布的前缘鳍条、中部鳍条以及尾部鳍条：前缘鳍条的根部设置有连接臂，驱动舵机的输出力臂与连接臂相连；中部鳍条与前缘鳍条之间设置前部柔性鳍面；中部鳍条与尾部鳍条之间设置尾部柔性鳍面；前部柔性鳍面和尾部柔性鳍面内垂直于中部鳍条的方向均开设若干通孔；每个通孔内均设置有尼龙人工肌肉，前部柔性鳍面内的尼龙人工肌肉与前缘鳍条和中部鳍条相连，尾部柔性鳍面内的尼龙人工肌肉与中部鳍条和尾部鳍条相连；中部鳍条和尾部鳍条的根部通过转动轴相连；驱动舵机和转动轴均安装在支架上；每根尼龙人工肌肉的前端均连接电源的正极，尾端均连接电源的负极。

本发明进一步的改进在于：

支架包括前部的舵机安装座和后部的支架安装座；驱动舵机安装于舵机安装座上；支架安装座的前部内侧设置有第一凸台，尾部内侧设置有第二凸台；转动轴的前端转动连接于第一凸台上，后端转动连接于第二凸台。

中部鳍条和尾部鳍条的根部均开设有通孔，转动轴分别贯穿中部鳍条和尾部鳍条根部的通孔；转动轴为直径为2mm的圆柱状钛合金轴。

连接臂的前部开设有螺纹通孔，舵机输出力臂由连接臂的侧面伸入到连接臂内，并通过螺栓将舵机的输出力臂与连接臂固定连接。

中部鳍条与尾部鳍条平行设置，且中部鳍条的长度大于尾部鳍条；前缘鳍条的长度大于中部鳍条，前缘鳍条的根部与中部鳍条平行，其余部分向中部鳍条倾斜设置；前部柔性鳍面与尾部柔性鳍面的根部平齐，前部柔性鳍面的外侧末端与尾部柔性鳍面的外部末端为光滑过渡的弧形。

前部柔性鳍面上设置有7个尼龙人工肌肉，相邻两个相距40mm设置；尾部柔性鳍面上设置有4个尼龙人工肌肉，相邻两个相距30mm设置。

前部柔性鳍面和尾部柔性鳍面中，用于容纳尼龙人工肌肉的通孔的中心距表层1mm。

尼龙人工肌肉的两端分别套设用于连接电源的金属端子，前缘鳍条的内侧、中部鳍条的两侧以及尾部鳍条的内存均开设有用于安装金属端子的卡槽。

金属端子为管型金属端子，直径为3mm，长度为3mm；电源为可编程恒压源。

本发明还公开了一种仿生水下机器人，包括一组对称设置的胸鳍，两胸鳍的支架并排紧贴安装在一起，两驱动舵机分别驱动两侧的前部柔性鳍面同步动作，使整个胸鳍的运动状态与蝠鲼的运动状态相同。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明中所使用的伴随型尼龙人工肌肉具有制作成本低，可靠性高质量轻等优点；本发明将尼龙人工肌肉与水下工程应用相结合，能利用水流快速冷却尼龙人工肌肉，提高其响应频率；本发明充分利用生物主动“变刚度”机理，通过尼龙人工肌肉模拟与生物类似肌肉“舒张”或“收缩”状态实现对胸鳍刚度的主动连续调控，达到对胸鳍拍动时“推进波”波动幅度和波动数量的调节；胸鳍使用柔性尼龙人工肌肉代替传统的复杂刚性机构，降低了胸鳍整体复杂程度和重量；前缘鳍条作为主动鳍条与舵机相连通过舵机驱动胸鳍上下拍动，中部鳍条与尾部鳍条作为从动鳍条跟随前缘鳍条摆动，并产生一定相位差。这种一根鳍条主动驱动，两根鳍条被动摆动的驱动方法不仅保证了推进波沿胸鳍弦向传播，并且有效解决了传统仿生胸鳍驱动单元过多导致的能耗高，驱动控制困难，结构重量高的问题。驱动舵机置于前端，带电部件结构紧凑，便于防水密封，使水下工作安全可靠。

【附图说明】

图1为本发明主动变刚度胸鳍的结构示意图；

图2为本发明尼龙人工肌肉的安装结构示意图；

图3为本发明仿生水下机器人的结构示意图。

其中：1-前缘鳍条；2-中部鳍条；3-尾部鳍条；4-连接臂；5-驱动舵机；6-前部柔性鳍面；7-尾部柔性鳍面；8-尼龙人工肌肉；9-转动轴；10-支架；11-电源；12-第一凸台；13-第二凸台。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍，包括依次排布的前缘鳍条1、中部鳍条2以及尾部鳍条3：前缘鳍条1的根部设置有连接臂4，驱动舵机5的输出力臂与连接臂4相连；连接臂4的前部开设有螺纹通孔，舵机输出力臂由连接臂4的侧面伸入到连接臂4内，并通过螺栓将舵机的输出力臂与连接臂4固定连接。中部鳍条2与前缘鳍条1之间设置前部柔性鳍面6；中部鳍条2与尾部鳍条3之间设置尾部柔性鳍面7；前部柔性鳍面6和尾部柔性鳍面7内垂直于中部鳍条2的方向均开设若干通孔；每个通孔内均设置有尼龙人工肌肉8，前部柔性鳍面6内的尼龙人工肌肉与前缘鳍条1和中部鳍条2相连，尾部柔性鳍面7内的尼龙人工肌肉与中部鳍条2和尾部鳍条3相连；中部鳍条2和尾部鳍条3的根部通过转动轴9相连；驱动舵机5和转动轴9均安装在支架10上；每根尼龙人工肌肉8的前端均连接电源11的正极，尾端均连接电源11的负极。

支架10包括前部的舵机安装座和后部的支架安装座；驱动舵机5安装于舵机安装座上；支架安装座的前部内侧设置有第一凸台12，尾部内侧设置有第二凸台13；转动轴9的前端转动连接于第一凸台12上，后端转动连接于第二凸台13。

中部鳍条2和尾部鳍条3的根部均开设有通孔，转动轴9分别贯穿中部鳍条2和尾部鳍条3根部的通孔；转动轴10为直径为2mm的圆柱状钛合金轴。中部鳍条2与尾部鳍条3平行设置，且中部鳍条2的长度大于尾部鳍条3；前缘鳍条1的长度大于中部鳍条2，前缘鳍条1的根部与中部鳍条2平行，其余部分向中部鳍条2倾斜设置；前部柔性鳍面6与尾部柔性鳍面7的根部平齐，前部柔性鳍面6的外侧末端与尾部柔性鳍面7的外部末端为光滑过渡的弧形。

前部柔性鳍面6上设置有7个尼龙人工肌肉，相邻两个相距40mm设置；尾部柔性鳍面7上设置有4个尼龙人工肌肉，相邻两个相距30mm设置。前部柔性鳍面6和尾部柔性鳍面7中，用于容纳尼龙人工肌肉的通孔的中心距表层1mm。

尼龙人工肌肉8的两端分别套设用于连接电源的金属端子，前缘鳍条1的内侧、中部鳍条2的两侧以及尾部鳍条3的内存均开设有用于安装金属端子的卡槽。金属端子为管型金属端子，直径为3mm，长度为3mm；电源为可编程恒压源。

如图3所示，采用本发明基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍的仿生水下机器人，包括一组对称设置的胸鳍，两胸鳍的支架并排紧贴安装在一起，两驱动舵机5分别驱动两侧的前部柔性鳍面6同步动作，使整个胸鳍的运动状态与蝠鲼的运动状态相同。

本发明的原理：

本发明实现了对蝠鲼游动时胸鳍展向柔性大变形的形态模拟的同时，利用尼龙人工肌肉通电收缩的机理，在胸鳍拍动时向尼龙人工肌肉两端输入方波电压使相邻两根鳍条向内压紧柔性硅胶鳍面，并通过调节输入方波电压占空比调节柔性硅胶鳍面压缩程度，达到改变胸鳍沿弦向方向刚度的目的从而实现“推进波”波动大小和波动幅度的调节。尼龙人工肌肉收缩幅度和输入平均功率成正比，通过调节恒压电源输出方波电压占空比可实现尼龙人工肌肉收缩量的调控并改变胸鳍弦向刚度，达到调节拍动时胸鳍表面推进波数的目的，由此提高了水下机器人游动性能以及复杂环境下的适应性。

本发明可变刚度胸鳍由三根柔性锥形鳍条、上下两块四边形柔性鳍面和多根尼龙人工肌肉组成；三根鳍条依次为前缘鳍条、中部鳍条和尾端鳍条。中部鳍条和尾部鳍条在距根部5mm处留有直径为3mm的圆形通孔，使转动轴能插入其中，起到固定鳍条的作用；上下两块四边形柔性鳍面由柔性硅胶浇筑制成成。上部柔性鳍面中间留有7个直径为1.8mm，相距40mm排布的圆柱形空腔，下部柔性胸鳍中空腔数为4个，相距30mm。这些圆柱形空腔埋入鳍面中，其圆心距表层1mm，用以容纳尼龙人工肌肉；尼龙人工肌肉是指以尼龙6-6线和镍铬合金丝为原材料制作的等距螺旋结构具有质量轻设计结构简单、制作成本低、易于生产等优点。

尼龙人工肌肉的制作方法如下：

通过步进电机以一定速度旋转并在末端挂载一定质量的砝码，促使挂载的尼龙线与镍铬合金丝之间相互缠绕并最终产生螺旋结构。绞合完成的尼龙人工肌肉放入恒温箱中进行加热定型。现有的尼龙人工肌肉主要以表面包覆银介质的尼龙纤维加捻螺旋而成。由于在制作过程中尼龙线表面之间相互挤压摩擦，表面导电镀银层易剥落致使尼龙人工肌肉失效，这导致了其制作难度较大。另外镀银尼龙线生产成本较高难以购买，限制了其应用范围。本发明中伴随型尼龙人工肌肉的工作原理是利用电阻热效应在镍铬合金丝上产生热量并将焦耳热传递到尼龙人工肌肉上，尼龙人工肌肉拥有负的纵向热膨胀系数受热后能沿长度方向最大收缩20％。在柔性胸鳍本体中，处于上下圆柱形空腔中的11根人工肌肉以并联方式接入电路，由可编程恒压源充当电源对其收缩量进行控制。每根尼龙人工肌肉上端与直径为0.01mm的细铜丝相连，通过鳍条上的布线凹槽与恒压源正极相连。同理，尼龙人工肌肉下端与恒压源负极相连。胸鳍本体中，每根尼龙人工肌肉分别穿过鳍面中圆柱形空腔，首尾固定于相邻鳍条上。

尼龙人工肌肉与鳍条的固定方式如图2所示，首先在尼龙人工肌肉首尾两段分别套上直径为3mm，长度3mm的管型金属端子，通过管型压线钳挤压金属端子，将管型金属端子固定在人工肌肉的首尾两端。挤压变形后的金属端子能卡入鳍条中留有的卡槽。

通过上述人工肌肉的通电收缩机制，布置在鳍面中的多根尼龙人工肌肉通收缩，拉动鳍条挤压柔性鳍面促使胸鳍结构刚度发生变化，从而实现主动改变胸鳍弦向刚度的目的。

鳍条转动轴为一根直径为2mm的钛合金圆柱体用以固定中部以及尾部鳍条。转动轴由上至下，穿依次贯穿中部鳍条根部通孔和尾部鳍条根部通孔，最终固定于支架的上下凸台中。转动轴用于约束中部和尾部鳍条运动，使其能绕轴旋转。

胸鳍拍动时，动力来源由驱动舵机提供。舵机与前缘鳍条通过前缘鳍条上连接臂相连。连接臂前部留有螺纹通孔。将舵机输出力臂从侧面插入前缘鳍条连接臂中，并通过螺栓将舵机输出力臂和前缘鳍条连接臂相连。

本发明的工作过程如下：

柔性胸鳍通过位于前缘鳍条前缘的舵机臂与舵机相连，舵机上下往复摆动带动整个胸鳍拍动。胸鳍整体刚度通过尼龙人工肌肉收缩调节。当尼龙人工肌肉收缩位移和输出力随着恒压电源输出功率增加。胸鳍由原有“舒张状态”向“收缩状态”转化，仿生柔性胸鳍刚度逐渐增大。当恒压电源关闭或减小时，周围水流能快速冷却尼龙人工肌肉，使肌肉由“收缩状态”向“舒张状态”转化。通过对胸鳍刚度的主动调节，仿生机器人拍动时能产生不同波长的推进波，提高水下机器人水下操纵性能，增强水下机器人的水下环境适应性。

实施例：

柔性胸鳍的鳍面使用邵氏硬度28A的M4601硅胶通过模具浇筑而成。柔性鳍面分为上部分与下部分。上部柔性鳍面通过瓦克E41胶水与前缘鳍条和中部鳍条粘接，下部柔性鳍面则与中部鳍条和尾部鳍条粘接。鳍面厚度均为2mm。

三根柔性鳍条使用PA12尼龙材料通过3D打印制成；前缘鳍条与水平线呈15度夹角，其长度为300mm。中部鳍条水平，长度为250mm。尾部鳍条长度为80mm。所有鳍条厚度由根部5mm到尖部2mm逐渐过渡。由于鳍条上厚度梯度呈现内厚外薄的分布，胸鳍整体沿翼展方向上，外侧刚度较小，内侧刚度较大。故在拍动时能较好模拟真实蝠鲼拍动时胸鳍外侧沿翼展方向的“大变形”状态。

胸鳍连接支架采用光敏树脂材料通过3D打印制成，主要起到固定舵机，连接鳍面的作用。

从胸鳍引出的用于导通尼龙人工肌肉的两股铜线通过支架外侧直径为5mm通孔引入机器人本体中与电源相连。

前缘鳍条靠舵机提供的驱动力上下来回拍动，并通过柔性鳍面带动中部鳍条和尾部鳍条沿旋转轴来回拍动。三个鳍条间由于这种“主从”驱动关系，产生了相位差。这种沿弦向传播的相位差间接反映了胸鳍水中拍动时“推进波”的形状和大小。这种鳍条间的相位差与胸鳍沿弦向方向刚度有关。当胸鳍沿弦向方向刚度越大，由前缘鳍条摆动带动从动鳍条运动所产生的“推进波”幅度越大，波长越小。当胸鳍沿弦向方向刚度越小时，由前缘鳍条摆动带动从动鳍条运动所产生的“推进波”幅度越小，波长越长。其原理可想象为硬纸板和软纸片分别在空气中煽动时的效果。本发明中通过鳍面中埋入的尼龙人工肌肉，利用其通电升温后收缩的现象，达到改变上下柔性鳍面刚度的目的。控制尼龙人工肌肉改变柔性胸鳍刚度的具体实施如下。通过调节可编程恒压源输出方波占空比大小，可以改变恒压源输出平均功率的大小。通过平均功率的调节，可以控制人工肌肉收缩量和收缩速率。当人工肌肉收缩拉动与其相连的鳍条向内压缩时，会使鳍条之间的柔性鳍面刚度增加。实现拍动时，胸鳍“推进波”波动数量和波动幅度的主动调控。本发明中主动胸鳍刚度调控机理与鱼类调节类似。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍，其特征在于，包括依次排布的前缘鳍条（1）、中部鳍条（2）以及尾部鳍条（3）：前缘鳍条（1）的根部设置有连接臂（4），驱动舵机（5）的输出力臂与连接臂（4）相连；中部鳍条（2）与前缘鳍条（1）之间设置前部柔性鳍面（6）；中部鳍条（2）与尾部鳍条（3）之间设置尾部柔性鳍面（7）；前部柔性鳍面（6）和尾部柔性鳍面（7）内垂直于中部鳍条（2）的方向均开设若干通孔；每个通孔内均设置有尼龙人工肌肉（8），前部柔性鳍面（6）内的尼龙人工肌肉与前缘鳍条（1）和中部鳍条（2）相连，尾部柔性鳍面（7）内的尼龙人工肌肉与中部鳍条（2）和尾部鳍条（3）相连；中部鳍条（2）和尾部鳍条（3）的根部通过转动轴（9）相连；驱动舵机（5）和转动轴（9）均安装在支架（10）上；每根尼龙人工肌肉（8）的前端均连接电源（11）的正极，尾端均连接电源（11）的负极。

2.根据权利要求1所述的基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍，其特征在于，所述支架（10）包括前部的舵机安装座和后部的支架安装座；驱动舵机（5）安装于舵机安装座上；支架安装座的前部内侧设置有第一凸台（12），尾部内侧设置有第二凸台（13）；转动轴（9）的前端转动连接于第一凸台（12）上，后端转动连接于第二凸台（13）。

3.根据权利要求1或2所述的基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍，其特征在于，中部鳍条（2）和尾部鳍条（3）的根部均开设有通孔，转动轴（9）分别贯穿中部鳍条（2）和尾部鳍条（3）根部的通孔；转动轴（10）为直径为2mm的圆柱状钛合金轴。

4.根据权利要求1所述的基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍，其特征在于，连接臂（4）的前部开设有螺纹通孔，舵机输出力臂由连接臂（4）的侧面伸入到连接臂（4）内，并通过螺栓将舵机的输出力臂与连接臂（4）固定连接。

5.根据权利要求1所述的基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍，其特征在于，中部鳍条（2）与尾部鳍条（3）平行设置，且中部鳍条（2）的长度大于尾部鳍条（3）；前缘鳍条（1）的长度大于中部鳍条（2），前缘鳍条（1）的根部与中部鳍条（2）平行，其余部分向中部鳍条（2）倾斜设置；前部柔性鳍面（6）与尾部柔性鳍面（7）的根部平齐，前部柔性鳍面（6）的外侧末端与尾部柔性鳍面（7）的外部末端为光滑过渡的弧形。

6.根据权利要求1所述的基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍，其特征在于，前部柔性鳍面（6）上设置有7个尼龙人工肌肉，相邻两个相距40mm设置；尾部柔性鳍面（7）上设置有4个尼龙人工肌肉，相邻两个相距30mm设置。

7.根据权利要求1或6所述的基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍，其特征在于，前部柔性鳍面（6）和尾部柔性鳍面（7）中，用于容纳尼龙人工肌肉的通孔的中心距表层1mm。

8.根据权利要求1或6所述的基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍，其特征在于，尼龙人工肌肉（8）的两端分别套设用于连接电源的金属端子，前缘鳍条（1）的内侧、中部鳍条（2）的两侧以及尾部鳍条（3）的内侧均开设有用于安装金属端子的卡槽。

9.根据权利要求8所述的基于尼龙人工肌肉的主动变刚度胸鳍，其特征在于，所述金属端子为管型金属端子，直径为3mm，长度为3mm；电源为可编程恒压源。

10.一种采用权利要求1-9任意一项所述主动变刚度胸鳍的仿生水下机器人，其特征在于，包括一组对称设置的胸鳍，两胸鳍的支架并排紧贴安装在一起，两驱动舵机（5）分别驱动两侧的前部柔性鳍面（6）同步动作，使整个胸鳍的运动状态与蝠鲼的运动状态相同。

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