CN111924076B - 基于多连杆的仿生机器鱼尾机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，旨在解决现有技术中多关节仿生机器鱼尾机构的电机正反转频繁，工作性能及可靠性差的问题。本发明提供一种基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，包括第一关节、第二关节、第三关节、尾鳍、动力单元和驱动单元；驱动单元用于将动力单元连续旋转的动力转换为往复摆动，并依次传递给第二关节、第三关节和尾鳍，使得第二关节、第三关节和尾鳍绕水平方向轴线的上下摆动。本发明解决了现有的多关节串联驱动的仿生机器鱼尾机构无法兼具灵活高效运动和简单机械传动机构的问题，通过简单的机械传动机构即可实现仿生机器鱼尾灵活摆动，具有较强的实用性。

Description

基于多连杆的仿生机器鱼尾机构

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种基于多连杆的仿生机器鱼尾机构。

背景技术

随着世界经济的快速发展和能源消耗量日益增长，传统的陆地能源逐渐面临枯竭，人类把目光投向海洋开发，海洋是一个蕴含着丰富的能源、原生产材料、生物矿产等物质的宝库，已成为各国争抢探索研究开发的新领域。水下机器人作为一种探索和开发海洋的主要工具，具有重要的民用和军事价值。

现有的水下机器人以仿生机器鱼为主，仿生机器鱼尾机构多采用多关节串联驱动方式，每个关节都需要动力装置。通常动力装置有两种布置方式，一种是动力装置布置于关节内，直接驱动下一关节运动，这种方式虽然机械传动简单，可靠性高，但是由于动力装置会跟随关节运动，所以增大了关节的转动惯量，降低了运动效率和运动的灵活性。另一种方式是动力装置前置，即所有动力装置均布置于关节外部，这种方式虽然减少了关节的转动惯量，提高了关节运动的灵活性，但是由于每个关节的运动都需要前置的动力装置通过一套传动装置来驱动，所以增加了机械传动的复杂性、降低了长时间工作的可靠性。此外，现有的多关节仿生机器鱼尾机构大多通过动力装置的正反转实现往复摆动，虽然机械结构简单，但是动力装置频繁的正反转严重影响了工作性能和可靠性，同时降低了使用寿命。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中多关节仿生机器鱼尾机构的电机正反转频繁，工作性能及可靠性差的问题。本发明提供了一种基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，包括本体结构件、动力单元、驱动单元、控制器，所述动力单元、所述驱动单元分别装设于所述本体结构件的内部和外部，并分别通过通信链路与所述控制器连接；

所述本体结构件包括依次布置的基座、第一关节外壳、第二关节外壳、第三关节外壳，所述动力单元与所述基座固定连接且所述动力单元的输出端通过所述基座的预制孔与所述驱动单元连接；

所述驱动单元包括多连杆机构，所述多连杆机构包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部分别与所述第二关节外壳、所述第三关节外壳连接，所述动力单元输出轴的旋转运动通过所述驱动单元转换为往复运动并传递到所述第二关节外壳、所述第三关节外壳；所述第一关节外壳、所述第二关节外壳、所述第三关节外壳在靠近彼此的端部均设置有相互匹配的弧形结构，且所述弧形结构能够在所述动力单元的驱动下滑动接触。

在一些优选技术方案中，所述第一关节外壳背离所述基座的一端为第一弧形结构，所述第二关节外壳的两端分别为第二弧形结构和第三弧形结构，所述第三关节外壳在靠近所述第二关节外壳的端部为第四弧形结构，所述第一弧形结构与所述第二弧形结构匹配并能够在所述动力单元的驱动下滑动接触、所述第三弧形结构与所述第四弧形结构匹配并能够在所述动力单元的驱动下滑动接触。

在一些优选技术方案中，所述第一弧形结构和所述第二弧形结构同心设置，所述第三弧形结构和所述第四弧形结构同心设置；

所述第一弧形结构、所述第二弧形结构、所述第三弧形结构、所述第四弧形结构沿竖直方向依次降低。

在一些优选技术方案中，所述驱动单元包括第一传动机构，所述第一传动结构包括相互垂直的第一传动轴和第二传动轴，所述第二传动轴通过所述第一传动轴与所述动力单元的输出轴连接，且所述第二传动轴用于将所述动力单元的输出轴的输出方向由该鱼尾机构的长度方向转化为宽度方向。

在一些优选技术方案中，所述第一传动轴与所述第二传动轴通过锥齿轮组件连接。

在一些优选技术方案中，所述第二传动轴为曲柄轴，所述曲柄轴的两端分别设置有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端、所述第二输出端均偏离所述第二传动轴的轴心设置，所述第一输出端与所述第二输出端之间具有设定角度；

所述多连杆机构包括第一连杆组件和第二连杆组件，所述第一连杆组件、所述第二连杆组件分别通过所述第一输出端和所述第二输出端与所述第二传动轴连接，且所述第一连杆组件、所述第二连杆组件背离所述第二传动轴的一端彼此铰接。

在一些优选技术方案中，所述第一输出端的轴线、所述第二输出端的轴线平行于所述曲柄轴的轴线，且所述第一输出端的轴线与所述曲柄轴轴线之间的距离等于所述第二输出端的轴线与所述第二传动轴轴线之间的距离。

在一些优选技术方案中，所述多连杆机构包括第一连杆组件和第二连杆组件，所述第一连杆组件、所述第二连杆组件分别通过第一输出端和第二输出端与所述第二传动轴连接，所述第一连杆机构、所述第二连杆机构背离所述第二传动轴的一端彼此铰接。

在一些优选技术方案中，所述第一连杆组件包括依次铰接的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆；

所述第二连杆的两端分别设置有第一折弯部和第二折弯部，且所述第一折弯部与所述第二折弯部折弯方向相反，所述第二连杆的第一折弯部设置于其与所述第一连杆与的铰接端，所述第一折弯部通过第一固定轴与第一传动机构外壳固定，且所述第一固定轴的另一端与所述第二连杆机构连接，所述第二折弯部通过第二固定轴与所述第二连杆机构连接，所述第一固定轴与所述第二固定轴平行设置。

在一些优选技术方案中，所述第二连杆组件包括依次铰接的第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆，所述第五连杆一端与所述第二传动轴连接，另一端与所述第六连杆的第一端连接，所述第六连杆的第二端通过所述第一固定轴与所述第二连杆连接，所述第七连杆的第一端设置于所述第五连杆、所述第六连杆之间，所述第七连杆的另一端与所述第八连杆连接，所述第八连杆与所述第四连杆连接。

在一些优选技术方案中，所述第七连杆与所述第八连杆的铰接处设有所述第一连接部，所述第八连杆与所述四连杆的连接处设有第二连接部。

在一些优选技术方案中，所述第四连杆为L形构件，所述L 形构件的第一端与所述第三连杆固定，另一端与尾鳍固定，所述L形构件的折弯处通过所述第八连杆与所述第三关节外壳连接。

本发明的有益效果:

本发明将动力单元前置安装于本体结构件外部，动力单元不随鱼尾机构摆动，降低了摆动机构的转动惯量，提高了运动效率和灵活性，实现了更为逼真的仿生效果。

本发明仅使用一个动力单元即实现了第二关节、第三关节、尾鳍三关节的运动，整体结构紧凑，提高了空间利用率。

本发明通过采用单动力单元带动多连杆运动的机械传动方式，仅仅依靠简单的机械传动机构即可实现仿生机器鱼尾灵活摆动，克服了现有的动力装置前置仿生机器鱼尾机械传动复杂、可靠性低的缺点。

本发明不需要依靠电机频繁换向，即可实现仿生鱼尾的往复摆动，极大地提高了推进机构的工作性能和可靠性，增加了使用寿命。

本发明实现关节往复运动的传动机构采用的是平面连杆机构，可以实现较远距离运动的传递，同时可以传递较大的扭矩，具有较强的实用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种实施例的基于多连杆的仿生机器鱼尾机构整体结构示意图；

图2为本发明一种实施例中第一关节模块的结构示意图；

图3为本发明一种实施例中第一传动机构的结构示意图；

图4为本发明图3中A的局部放大图；

图5为本发明一种实施例中第二传动轴的结构示意图；

图6为本发明一种实施例中多连杆机构的结构示意图；

图7为本发明一种实施例中多连杆机构与部分关节外壳传动连接示意图一；

图8为本发明一种实施例中多连杆机构与部分关节外壳传动连接示意图二；

图9为本发明一种实施例中多连杆机构与部分关节外壳传动连接示意图三；

图10为本发明一种实施例中多连杆机构与部分关节外壳传动连接示意图四；

图11为本发明一种实施例中多连杆机构与部分关节外壳传动连接示意图五；

图12为图11中B的局部放大图；

图13为本发明一种实施例中本体结构件的部分的结构示意图.

附图标记列表：

1-第一关节模块，2-第二关节模块，3-第三关节模块，4-尾鳍，5-动力装置，6-减速装置，7-动力装置安装座，8-基座，9-第一关节外壳，10-第一传动轴，11-曲柄轴，11a-第一输出端，11b-第二输出端， 11c-第一装配部；12-第一锥齿轮，13-第二锥齿轮，14-第一传动机构箱体，15-轴承安装座，16-密封端盖，16a-第二装配部；17-第一连杆，18- 第二连杆，19-第三连杆，20-第四连杆，21-第一销轴，22-第二销轴， 23-第三销轴，24-第五连杆，25-第六连杆，26-第七连杆，27-第八连杆，28-第四销轴，29-第五销轴，30-第六销轴，31-第七销轴，32-第八销轴，33-第二关节外壳，34-第三关节外壳，35-第一固定轴，36-第二固定轴，37-第一传感器，37a-接口，38-第二传感器，39-第一轴承，40-第二轴承，41-导线槽。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的一种基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，包括本体结构件、动力单元、驱动单元、控制器，所述动力单元、所述驱动单元分别装设于所述本体结构件的内部和外部，并分别通过通信链路与所述控制器连接；

所述本体结构件包括依次布置的基座、第一关节外壳、第二关节外壳、第三关节外壳，所述动力单元与所述基座固定连接且所述动力单元的输出端通过所述基座的预制孔与所述驱动单元连接；

所述驱动单元包括多连杆机构，所述多连杆机构包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部分别与所述第二关节外壳、所述第三关节外壳连接，所述动力单元输出轴的旋转运动通过所述驱动单元转换为往复运动并传递到所述第二关节外壳、所述第三关节外壳；所述第一关节外壳、所述第二关节外壳、所述第三关节外壳在靠近彼此的端部均设置有相互匹配的弧形结构，且所述弧形结构能够在所述动力单元的驱动下滑动接触。

为了更清晰地对本发明基于多连杆的仿生机器鱼尾机构进行说明，下面结合附图对本发明一种优选实施例进行展开详述。

作为本发明的一个优选实施例，本发明的基于多连杆的仿生机器鱼尾机构如图1所示，包括依次连接的第一关节模块1、第二关节模块2、第三关节模块3、尾鳍4，进一步地，各关节模块的外壳构成本体结构件，本发明还包括动力单元、驱动单元、控制器，其中，动力单元、驱动单元分别装设于本体结构件的内部和外部，并分别通过通信链路与控制器连接；

本体结构件包括依次布置的基座8、第一关节外壳33、第二关节外壳34、第三关节外壳35，尾鳍4，动力单元与基座固定连接且动力单元的输出端通过基座8的预制孔与驱动单元连接；

具体地，动力单元包括动力装置5和减速装置6，动力装置 5的输出轴与减速装置6的输入端连接，减速装置6的输出端为动力单元的输出端，动力装置5和减速装置6通过动力装置安装座7固设于基座8 的一侧，基座8为竖直设置的平板结构，其中心设置有预制孔，动力单元的输出轴贯穿该预制孔，且向基座8的另一侧延伸，进一步地，基座8的另一侧与驱动单元连接，且基座8的另一侧与第一关节外壳33固定连接。

驱动单元包括多连杆机构，多连杆机构包括第一连接部和第二连接部，第一连接部和第二连接部分别与第二关节外壳34、第三关节外壳35连接，动力单元输出轴的旋转运动通过驱动单元转换为往复运动并传递到第二关节外壳34、第三关节外壳35；第一关节外壳33、第二关节外壳34、第三关节外壳35在靠近彼此的端部均设置有相互匹配的弧形结构，且弧形结构能够在动力单元的驱动下滑动接触。

进一步地，参阅图13，第一关节外壳33背离基座8的一端为第一弧形结构，第二关节外壳34的两端分别为第二弧形结构和第三弧形结构，第三关节外壳35在靠近第二关节外壳34的端部为第四弧形结构，第一弧形结构与第二弧形结构匹配并能够在动力单元的驱动下滑动接触、第三弧形结构与第四弧形结构匹配并能够在动力单元的驱动下滑动接触。可以理解的是，第一弧形结构和第二弧形结构同心设置，第三弧形结构和第四弧形结构同心设置，即第一弧形结构的拟合圆心与第二弧形结构的拟合圆心相同，第三弧形结构的拟合圆心与第四弧形结构的拟合圆心相同，以便于其能够彼此滑动配合，

优选地，第一弧形结构、第二弧形结构、第三弧形结构、第四弧形结构沿竖直方向的长度依次降低，即第一弧形结构的弦长大于第二弧形结构的弦长，且第三弧形结构的弦长大于第四弧形结构的弦长，通过这样的设置使得第一关节外壳、第二关节外壳、第三关节外壳外形呈流线型，外形体积依次减小，降低推进时的水阻力，且使得浮力与重力基本一致。

驱动单元包括第一传动机构和多连杆机构，第一传动机构的输入端与动力单元连接，输出端与多连杆机构连接，具体地，第一传动结构包括相互垂直的第一传动轴10和第二传动轴11，第二传动轴11通过第一传动轴11与动力单元的输出轴连接，且第二传动轴11用于将动力单元输出轴的输出方向由该鱼尾机构的长度方向转化为宽度方向。具体地，第一传动机构为齿轮传动机构，参阅图3，第一传动轴与所述第二传动轴通过锥齿轮组件连接。具体地，第一传动机构包括第一传动轴10、第二传动轴11、第一锥齿轮12、第二锥齿轮13、第一传动机构箱体14、轴承安装座15和密封端盖16。第一传动轴10沿该鱼尾机构的长度方向设置，其一端与减速装置6的输出轴连接，另一端与第一锥齿轮12连接，带动第一锥齿轮12连续转动，第一锥齿轮12与第二锥齿轮13啮合带动第二锥齿轮13连续转动，第二锥齿轮13通过花键套设于第二传动轴11，并能够带动第二传动轴11连续转动，第二传动轴11沿该鱼尾机构的宽度方向设置。第二传动轴11安装于第一传动机构箱体14内，轴承安装座15与第一传动机构箱体14连接，用于安装支撑第二传动轴11的轴承，第一传动机构箱体两侧均安装有用于密封防水的密封端盖16，第一传动机构箱体14、两端的密封端盖16密封装配构成第一传动机构外壳。第一传动机构采用静密封和动密封相结合的方式，静密封采用O型圈密封，动密封采用泛塞密封。

参阅3-5，第二传动轴11为曲柄轴，其两端分别设置有第一输出端11a和第二输出端11b，第一输出端11a、第二输出端11b均偏离第二传动轴的轴心设置，且第一输出端11a与第二输出端11b之间具有设定角度；进一步地，第一输出端11a的轴线、第二输出端11b的轴线平行于第二传动轴11的轴线设置，且第一输出端11a的轴线与第二传动轴11轴线之间的距离等于第二输出端11b的轴线与第二传动轴11轴线之间的距离。具体地，在本发明的优选实施例中设定角度为A，A∈ (30°，60°)在本发明的优选实施例中A为45°。

进一步地，多连杆机构包括第一连杆组件和第二连杆组件，其中，第一连杆组件、第二连杆组件分别通过第一输出端11a和第二输出端11b与第二传动轴11连接，且第一连杆组件、第二连杆组件背离第二传动轴11的一端彼此铰接，通过这样的设置，使得第二传动轴11在旋转时，第一输出端11a、第二输出端11b分别将动力异步传递至第一连杆组件、第二连杆组件，使得第一连杆组件、第二连杆组件之间的传动具有一定的相位差。多连杆机构用于将第一关节模块输出的连续旋转的动力转换为往复摆动，并依次传递给第二关节、第三关节和尾鳍，实现第二关节、第三关节和尾鳍绕水平方向轴线的上下摆动。可以理解的是，本发明通过调整曲柄轴两个输出端之间的设定角度A，即可调整本发明仿生机器鱼尾机构的相位差，通过调整多连杆机构中连杆的长度即可实现不同规律曲线的输出，以改变本发明鱼尾机构的摆动峰值、摆动位置以及运动规律。

进一步地，本发明的曲柄轴包括曲柄轴本体以及彼此背离延伸于该曲柄轴本体外的第一输出端11a、第二输出端11b，第一输出端11a、第二输出端11b与曲柄轴本体构成阶梯式结构，第一输出端11a、第二输出端11b的横截面积均小于曲柄轴本体，曲柄轴本体两端与第一输出端 11a、第二输出端11b的连接端面均设置有第一装配部11c，两个第一装配部11c均设置于输出端的正下方，该第一装配部为向曲柄轴本体内部凹陷的矩形槽。同样地，参阅图12，密封端盖16设置有第二装配部16a，第二装配部16a为向密封端盖内部凹陷的矩形槽，第一装配部11c、第二装配部16a的矩形槽宽度相同，长度分别依据曲柄轴本体的直径以及密封端盖的直径确定。参阅图7-9可知，密封端盖的第二装配部16a为固定不变，第一装配部11c能够根据第二传动轴11的角度转变而转变，当第一装配部11c转动到如图12所示意的位置时，第一装配部11c的矩形槽、第二传动轴输出端(第一输出端11a或第二输出端11b)、第二装配部16a 的矩形槽三者共线时，此时可便于轴承的拆卸和安装，具体地可通过两爪拉拔器进行轴承的拆卸。当第一装配部11c的矩形槽、第二传动轴输出端 (第一输出端11a或第二输出端11b)、第二装配部16a的矩形槽三者不共线时则无法拆卸轴承。本发明第二传动轴的两输出端角度不同，因此曲柄轴本体两端的第一装配部11c角度不同。

进一步地，本发明的第二传动轴还设置有与控制器通信连接的角度传感器，该角度传感器包括第一传感器37和第二传感器38，进一步地，参阅图4，第一传感器37固设于密封端盖16靠近曲柄轴本体的所在面上，第二传感器38与曲柄轴固定，第二传感器38能够伴随曲柄轴旋转，以检测第二传感器的旋转角度，控制器基于角度传感器的传输信号，获取第二传动轴的转动角度，本发明的第二传动轴11即曲柄轴，其绕自身轴向转动一圈，即可通过多连杆机构带动鱼尾机构摆动一个周期，因此，通过检测第二传动轴相对于第一传动机构外壳的转动角度即可得知本发明鱼尾机构当前的姿态，第二传动轴11的转动角度与鱼尾机构的姿态是唯一对应地，本发明鱼尾机构当前的姿态包括腰部、尾部的摆动角度。

进一步地，本发明的角度传感器与控制器可以有线连接或无线连接，第二传动轴的两个输出端均通过两种不同种类的轴承与密封端盖连接，两种不同种类的轴承分别为第一轴承39和第二轴承40，具体地，两种轴承可以分别为推力滚子轴承和圆柱滚子轴承。角度传感器与控制器有线连接时，用于固定第一轴承39和第二轴承40的轴承安装座15上设置有T形导线槽41，该导线槽41用于第一传感器37与控制器通信连接的链路存放，便于密封传输信号。具体地，线缆一端与第一传感器37 的接口37a连接，另一端通过该导线槽41与控制器连接。

如图6所示，第一连杆组件包括依次铰接的第一连杆17、第二连杆18、第三连杆19、第四连杆20。其中，第二连杆18的两端分别设置有第一折弯部和第二折弯部，且第一折弯部与第二折弯部弯折方向相反，具体参阅图7，第二连杆18的第一折弯部设置于其与第一连杆17的铰接端，第一折弯部通过第一固定轴35与第一传动机构外壳固定，即通过第一传动机构箱体14内部的预制槽固定。第一固定轴35的另一端与第二连杆机构连接，第二折弯部通过第二固定轴36与第二连杆机构连接，第一固定轴35与第二固定轴36平行设置。具体地，第一连杆17 一端与第二传动轴11的第一输出端11a连接，另一端通过第一销轴21与第二连杆18的第一折弯部连接，第二连杆18的第二折弯部通过第二销轴22与第三连杆19一端连接，第三连杆另一端通过第三销轴23与第四连杆20一端连接。第一销轴21、第二销轴22、第三销轴23的一端均是圆柱面，另一端均是型面。

第二连杆组件包括依次铰接的第五连杆24、第六连杆25、第七连杆26、第八连杆27。其中，第五连杆24一端与第二传动轴11的第二输出端11b连接，另一端与第六连杆25的第一端连接，第六连杆25 的第二端通过第一固定轴35与第二连杆18连接，第七连杆26的第一端设置于第五连杆24、第六连杆25之间，第七连杆26的另一端通过第六销轴30与第八连杆27的第一端连接，同时，第八连杆27的第一端通过第二固定轴36与第二连杆18连接，第八连杆27的第二端通过第八销轴 32与第四连杆20连接，同时第一固定轴35的两端分别固定有第四销轴 28和第五销轴29；第二固定轴36的两端分别固定有第七销轴31和第二销轴22。第四销轴28、第六销轴30、第七销轴31、第八销轴32的一端均是圆柱面，另一端均是型面，第五销轴29的两端均是圆柱面。

第七连杆26与第八连杆27的铰接处设有第一连接部，即多连杆机构与第二关节外壳33的连接处，其通过销钉与第二关节外壳33连接实现往复摆动。第八连杆27与第四连杆20的连接处设有第二连接部，即多连杆机构与第三关节外壳34的连接处，其通过销钉与第三关节外壳 34连接实现往复摆动。第四连杆20为L形构件，L形构件的第一端与第三连杆19固定，L形构件的折弯处通过第八连杆27与第三关节外壳34 连接，另一端通过销钉与尾鳍4固定，实现往复摆动。

进一步地，本发明的第二关节外壳和第三关节外壳上均设置有与多连杆机构间隙配合的滑动限位部，该滑动限位部用于限制多连杆机构的摆动角度。具体地，第二关节外壳33的结构与第三关节外壳34的结构相近，以下仅列举第二关节外壳33进行说明，附图13示意了第二关节外壳33的剖视图，第二关节外壳33上设置有两个滑动限位部，其中，第一滑动限位部开口方向沿第二弧形结构方向设置，第二滑动限位部开口方向沿第三弧形结构方向设置。

具体地，第二滑动限位部包括沿第三弧形结构连接的平面区和两个楔形面区，平面区和两个楔形面区构成作用槽，该作用槽与第八连杆27滑动间隙配合，第八连杆27能够在该作用槽内摆动，具体地该作用槽可用于辅助限制第八连杆27的摆动角度。两个楔形面区以关节轴为圆心，沿其周向分布。同理，第一滑动限位部用于限制第七连杆26的摆动角度。第一关节外壳、第二关节外壳、第三关节外壳上的作用槽均以关节轴与壳体的固定点为圆心构成的楔形面区，具体地，第一关节外壳与关节轴的固定点为第二连杆的第一销轴21固定处，第二关节外壳与关节轴的固定点为第二连杆与第二固定轴36的连接处、第三关节外壳与关节轴的固定点为第四连杆的第八销轴32固定处。

本领域技术人员可以理解的是，第二关节外壳33的结构与第三关节外壳34的结构相近，第三关节外壳34上同样设置有可用于辅助限制第四连杆20摆动角度的滑动限位部，在此不再一一赘述。可以理解的是，本发明的多连杆机构中各连杆之间的连接方式能够直接限制该鱼尾机构的摆动角度和运动输出曲线，因此壳体的作用槽为辅助限位。

上述本申请实施例中的技术方案中，至少具有如下的技术效果及优点：

本发明将动力单元前置安装于本体结构件外部，动力单元不随鱼尾机构摆动，降低了摆动机构的转动惯量，提高了运动效率和灵活性，实现了更为逼真的仿生效果。

本发明仅使用一个动力单元即实现了第二关节、第三关节、尾鳍三关节的运动，整体结构紧凑，提高了空间利用率。

本发明通过采用单动力单元带动多连杆运动的机械传动方式，仅仅依靠简单的机械传动机构即可实现仿生机器鱼尾灵活摆动，克服了现有的动力装置前置仿生机器鱼尾机械传动复杂、可靠性低的缺点。

本发明不需要依靠电机频繁换向，即可实现仿生鱼尾的往复摆动，极大地提高了推进机构的工作性能和可靠性，增加了使用寿命。

本发明实现关节往复运动的传动机构采用的是平面连杆机构，可以实现较远距离运动的传递，同时可以传递较大的扭矩，具有较强的实用性。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，其特征在于，包括本体结构件、动力单元、驱动单元、控制器，所述动力单元、所述驱动单元分别装设于所述本体结构件的内部和外部，并分别通过通信链路与所述控制器连接；

所述本体结构件包括依次布置的基座、第一关节外壳、第二关节外壳、第三关节外壳，所述动力单元与所述基座固定连接且所述动力单元的输出端通过所述基座的预制孔与所述驱动单元连接；

所述驱动单元包括多连杆机构，所述多连杆机构包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部分别与所述第二关节外壳、所述第三关节外壳连接，所述动力单元输出轴的旋转运动通过所述驱动单元转换为往复运动并传递到所述第二关节外壳、所述第三关节外壳；所述第一关节外壳、所述第二关节外壳、所述第三关节外壳在靠近彼此的端部均设置有相互匹配的弧形结构，且所述弧形结构能够在所述动力单元的驱动下滑动接触；

所述多连杆机构包括第一连杆组件和第二连杆组件，所述第一连杆组件包括依次铰接的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆；

所述第二连杆的两端分别设置有第一折弯部和第二折弯部，且所述第一折弯部与所述第二折弯部折弯方向相反，所述第二连杆的第一折弯部设置于其与所述第一连杆与的铰接端，所述第一折弯部通过第一固定轴与第一传动机构外壳固定，且所述第一固定轴的另一端与所述第二连杆组件连接，所述第二折弯部通过第二固定轴与所述第二连杆组件连接，所述第一固定轴与所述第二固定轴平行设置。

2.根据权利要求1所述的基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，其特征在于，所述第一关节外壳背离所述基座的一端为第一弧形结构，所述第二关节外壳的两端分别为第二弧形结构和第三弧形结构，所述第三关节外壳在靠近所述第二关节外壳的端部为第四弧形结构，所述第一弧形结构与所述第二弧形结构匹配并能够在所述动力单元的驱动下滑动接触、所述第三弧形结构与所述第四弧形结构匹配并能够在所述动力单元的驱动下滑动接触。

3.根据权利要求2所述的基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，其特征在于，所述第一弧形结构和所述第二弧形结构同心设置，所述第三弧形结构和所述第四弧形结构同心设置；

所述第一弧形结构、所述第二弧形结构、所述第三弧形结构、所述第四弧形结构的弦长依次递减。

4.根据权利要求1所述的基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，其特征在于，所述驱动单元包括第一传动机构，所述第一传动机构包括相互垂直的第一传动轴和第二传动轴，所述第二传动轴通过所述第一传动轴与所述动力单元的输出轴连接，且所述第二传动轴用于将所述动力单元的输出轴的输出方向由该鱼尾机构的长度方向转化为宽度方向。

5.根据权利要求4所述的基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，其特征在于，所述第一传动轴与所述第二传动轴通过锥齿轮组件连接。

6.根据权利要求4所述的基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，其特征在于，所述第二传动轴为曲柄轴，所述曲柄轴的两端分别设置有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端、所述第二输出端均偏离所述第二传动轴的轴心设置，所述第一输出端与所述第二输出端之间具有设定角度；

所述第一连杆组件、所述第二连杆组件分别通过所述第一输出端和所述第二输出端与所述第二传动轴连接，且所述第一连杆组件、所述第二连杆组件背离所述第二传动轴的一端彼此铰接。

7.根据权利要求6所述的基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，其特征在于，

所述第一输出端的轴线、所述第二输出端的轴线平行于所述曲柄轴的轴线，且所述第一输出端的轴线与所述曲柄轴轴线之间的距离等于所述第二输出端的轴线与所述第二传动轴轴线之间的距离。

8.根据权利要求7所述的基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，其特征在于，所述第二连杆组件包括依次铰接的第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆；

所述第五连杆一端与所述第二传动轴连接，另一端与所述第六连杆的第一端连接，所述第六连杆的第二端通过所述第一固定轴与所述第二连杆连接，所述第七连杆的第一端设置于所述第五连杆、所述第六连杆之间，所述第七连杆的另一端与所述第八连杆连接，所述第八连杆与所述第四连杆连接。

9.根据权利要求8所述的基于多连杆的仿生机器鱼尾机构，其特征在于，所述第七连杆与所述第八连杆的铰接处设有所述第一连接部，所述第八连杆与所述第四连杆的连接处设有所述第二连接部。

Images