CN112406431A - 柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，包括机体，机体两侧对称安装有柔性鳍；机体包括柔性外壳和机架；机架位于机体内部；机架的中间对称安装有两组鱼鳍转向模块，用于控制两侧柔性鳍在其法相平面上的上下摆动；机架的两侧对称安装有多组鱼鳍驱动模块，用于输出波动推进；每一侧柔性鳍呈波浪形，用于作为柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的柔性驱动装置。本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人结构简单、易于维护、能源利用率高、运动快速平稳、具备自锁能力、作业时噪声小、承载能力强、具有水陆两栖作业能力，每一侧柔性鳍的运动过程原理相同，可模块化量产，若发生故障只需对故障部件进行替换，易于维护。

Description

柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人

技术领域

本发明属于两栖机器人的技术领域，涉及两栖环境下稳定作业的两栖机器人，特别涉及柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人。

背景技术

海洋是能源、生物资源和金属资源的战略性开发基地，是目前最现实、最具发展潜力的空间。水下机器人自20世纪后半叶诞生，专为在普通潜水技术较难到达的区域执行各种任务。现有大多数的水下机器人在外形上更像一艘微小型潜艇，都是针对深海环境的水下作业，在浅水、碎浪带和海滩区域作业能力较弱，甚至无法作业；而陆上应用的机器人对极浅水和碎浪带区域更是束手无策。水陆两栖机器人是一种集陆地和水中特定运动于一体的特种移动机器人，可以解决上述问题。

但现有的水下机器人无论是多足式、波动式、轮式、履带式等，都很难在满足对机器人在水中可自由调节沉浮要求的同时满足对机器人在陆地的越障能力、机动性、稳定性等方面的要求。尤其在水生物繁茂的两栖区域，现有的水下机器人因连续旋转的驱动方式极易发生缠绕，无法进行有效的作业。因此，现有的水下机器人不能直接作为水陆两栖机器人，需要研制专门的水陆两栖机器人，同时改良其在两栖区域的驱动方式。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：（1）在专利申请号为CN201820999194.4的西北工业大学专利中，通过对不同驱动机构的设计，使机器人在两栖环境下利用不同的机构进行驱动，完成其在两栖不同环境下移动的任务要求。该专利存在的问题是：在岸上利用简单的四个金属片往复运动实现机器人的移动，其运动过程中稳定性差，容易发生倾倒的现象；机器人所有的动力来源来自11个舵机，承载能力差，且结构复杂。（2）专利申请号为CN201710155344.3的中国专利，通过轮桨转向机构的设计实现了机器人在水中的较快的上浮下潜，但是由于其利用螺旋桨进行推进，水生物繁茂的地区轮桨驱动系统极易与水生物发生缠绕，且仍未解决运动过程中颠簸严重运动不平稳的问题。

综上，针对现有的水陆两栖机器人存在的问题，需要一种新型改良的水陆两栖机器人，改进其装置结构和驱动方式，实现结构简单、易于维护、能源利用率高、运动快速平稳等优势。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人，结构简单、易于维护、能源利用率高、运动快速平稳、具备自锁能力、作业时噪声小、承载能力强、具有水陆两栖作业能力，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，包括机体，机体两侧对称安装有柔性鳍；机体包括柔性外壳和机架；机架位于柔性外壳内部；机架的中间对称安装有两组鱼鳍转向模块，用于控制两侧柔性鳍在其法相平面上的上下摆动；机架的两侧对称安装有多组鱼鳍驱动模块，用于输出波动推进；每一侧柔性鳍呈波浪形，作为柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的柔性驱动装置。

进一步地，柔性外壳采用顺丁橡胶材料制备而成。

进一步地，柔性外壳两侧对称开设多组鳍条开口槽；机架的两侧对称安装的多组鱼鳍驱动模块与柔性外壳每一侧开设的鳍条开口槽的开孔一一对应；每一个鱼鳍驱动模块的输出端均与一个鳍条固定连接；机架每一侧设置的鳍条穿出对应的同一侧柔性外壳上开设的鳍条开口槽，用于共同夹持一侧柔性鳍。

进一步地，每一侧多组鱼鳍驱动模块的前端均安装有一号驱动电机；各组鱼鳍驱动模块结构相同；每组鱼鳍驱动模块均包括：三角滑道、曲轴、传动连杆、连杆盖、第一圆柱滑块、鳍条架、鳍条滑道、鳍条；

每组鱼鳍驱动模块的底端通过曲轴支座固定在机架上，用于对整体的多组鱼鳍驱动模块起支撑作用；每侧多组鱼鳍驱动模块的底端通过对应的多个依次连接的曲轴传递驱动力；每侧多组鱼鳍驱动模块的顶端通过固定轴实现同侧三角滑道在轴向上的同步运动；多个依次连接的曲轴的主轴线与固定轴平行设置。

更进一步地，每组鱼鳍驱动模块的底端通过曲轴支座固定在机架上，具体是：多组鱼鳍驱动模块的底端设置有多个依次连接的曲轴，每一个曲轴的主轴颈上均设置有曲轴支座，每一个曲轴支座的底端通过螺钉固定连接在机架上。

更进一步地，每一个曲轴的一端为齿数为四的矩形外花键，另一端为对应的矩形内花键，相邻的曲轴利用矩形外花键和矩形内花键的配合，偏转九十度依次连接；相邻的曲轴的连接之处设置有两个轴承，两个轴承之间设置有轴套，用做轴向固定；两个轴承中，一个用于安装曲轴支座，另一个通过三角滑道的曲轴回转孔与三角滑道铰接；三角滑道以曲轴的主轴颈为中心进行转动。

更进一步地，三角滑道的顶端设置定位孔，底端设置曲轴回转孔，侧面设置一个悬臂梁，定位孔和曲轴回转孔之间设置滑道槽；三角滑道的顶端通过定位孔与固定轴铰接，三角滑道的底端通过曲轴回转孔与曲轴的主轴颈铰接，三角滑道的侧面通过悬臂梁与鳍条中部的铰接轴铰接。

更进一步地，曲轴的连杆轴颈与传动连杆底端固连的连杆盖铰接；传动连杆顶端设置连杆孔，连杆孔与鳍条架两侧的开槽的中心轴线重合；第一圆柱滑块依次穿过三角滑道的滑道槽、鳍条架一侧的开槽、连杆孔与鳍条滑道通过连接螺钉固定连接；鳍条滑道远离连杆孔的一端开设有滑槽，滑槽内设置有与鳍条一端固定连接的第二圆柱滑块，用于在鳍条滑道内滑动；鳍条的中间位置设置有铰接轴，与三角滑道的悬臂梁铰接，形成支点，用于带动鳍条以铰接处为圆心做周期性往复摆动；鳍条远离传动连杆的一端开设有螺纹孔，鳍条通过一端开设的螺纹孔与柔性鳍固定连接。

进一步地，所述鱼鳍转向模块包括二号驱动电机、转向曲柄、转向连杆、固定轴；每一个二号驱动电机均通过电机架固定在机架上，二号驱动电机输出端与转向曲柄的一端固连；转向曲柄的另一端与转向连杆铰接；转向连杆远离转向曲柄的一端与固定轴铰接。

更进一步地，转向曲柄、转向连杆、三角滑道共同构成径向的曲柄四杆机构；曲柄四杆机构中转向曲柄与转向连杆的长度之和小于曲轴的轴肩与二号驱动电机的输出轴之间的距离以及三角滑道中定位孔与曲轴回转孔之间的距离之和，使转向连杆的两个极限位置角度相差90度。

本发明的有益效果是：

（1）本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人在水中和陆地采用相同的驱动系统，控制系统简单、稳定；采用柔性驱动装置在用于水底和岸边多泥土沙石的工况时，可以有效防止像轮式机器人、足式机器人等在具有松软泥泞特点的地形环境下其驱动部件容易陷入地表的情况；同时，柔性鳍可以适应多种地形，例如沙地，雪地，沼泽地和冰面，解决了传统轮式两栖机器人在这些环境中打滑和深陷的弊端；并且两栖仿生机器人在运动过程中，机体与柔性鳍之间的相对位距离保持固定，运动过程平稳，不会出现如足式机器人一样的突变现象，且通过鱼鳍转向模块的设计，使其分别在两侧柔性鳍水平和竖直的极限位置实现自锁，使机器人的机架承受自身的重量，而非电机承受，提高了机器人的承载能力。

（2）本发明通过对柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的鱼鳍驱动模块和鱼鳍转向模块的设计，只需要一个电机的单向转动即可完成单边柔性鳍的整体波动运动，相比于常规运动结构所采用的电机正转反转相互交替的方式，耗电量明显小，能源利用率高，本发明的曲柄四杆机构结构简单，运动时性能稳定；通过对鱼鳍转向模块的设计，使两栖仿生机器人两侧的柔性鳍具备整体上下摆动的能力，使其更加适应复杂的地面或者水底的复杂地貌环境，使机器人在陆地上运动时，两侧的柔性鳍竖直向下，使两栖仿生机器人运动过程中机箱处于同一水平线附近，使机箱在此过程中于地面的高度保持固定，使之处于相对稳定的工作状态，提高了其对环境的适应能力，不会出现因地貌的突然改变出现机箱托底的现象。

（3）本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人采用仿生柔性结构设计，具备良好的隐蔽性，对生物环境影响较小，对两栖环境动植物十分友好；本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人采用的驱动电机少，一共只需要四个电机，全部电机可置于密封舱内进行统一密封，结构简单，减少了两栖仿生机器人的负重，使其运动更稳定，每一侧柔性鳍的运动过程原理相同，可模块化量产，易于维护和修理，且维护成本低，若发生故障只需对故障部件进行替换，易于维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的外部结构图。

图2为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的机架的轴测图。

图3为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的鱼鳍驱动模块的结构示意图。

图4为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的鳍条结构轴测图。

图5为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的鳍条、圆柱滑块、鳍条滑道之间连接关系的结构示意图。

图6为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的三角滑道的结构示意图。

图7为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的传动连杆结构示意图。

图8为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的曲轴上轴承与轴套的结构图。

图9为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的鱼鳍转向模块的轴测图。

图10为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的鱼鳍转向模块运动分析示意图。

图11为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的鱼鳍转向模块运动极限位置（一）分析示意图。

图12为本发明柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人的鱼鳍转向模块运动极限位置（二）分析示意图。

图中，1-曲轴支座、2-机架、3-三角滑道、4-固定轴、5-转向连杆、6-电机架、7-二号驱动电机、8-鳍条架、9-一号驱动电机、10-传动连杆、11-鳍条滑道、12-鳍条、13-连杆盖、14-曲轴、15-第一圆柱滑块、16-转向曲柄、17-柔性鳍、18-柔性外壳、19-轴承、20-轴套、21-连接螺钉；

3-1-定位孔、3-2-悬臂梁、3-3-曲轴回转孔、3-4-滑道槽、10-1-连杆孔、12-1-铰接轴、12-2-第二圆柱滑块、18-1-鳍条开口槽。

具体实施方式

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实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人，包括机体，机体两侧对称安装有柔性鳍17；机体包括柔性外壳18和机架2；柔性外壳18采用顺丁橡胶材料制备而成；柔性外壳18两侧对称开设多组鳍条开口槽18-1；机架2位于柔性外壳18内部，用于承载柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的控制、执行系统；机架2的中间对称安装有两组鱼鳍转向模块，用于控制两侧柔性鳍17在其法相平面上的上下摆动；机架2的两侧对称安装有多组鱼鳍驱动模块，与柔性外壳18每一侧开设的鳍条开口槽18-1的开孔一一对应，用于输出波动推进；每一个鱼鳍驱动模块的输出端均与一个鳍条12固定连接；机架2每一侧设置的鳍条12穿出对应的同一侧柔性外壳18上开设的鳍条开口槽18-1，用于共同夹持一侧柔性鳍17；每一侧柔性鳍17呈波浪形，作为柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的柔性驱动装置。

如图2~图8所示，每一侧多组鱼鳍驱动模块的前端均安装有一号驱动电机9；每一侧多组鱼鳍驱动模块优选为八组鱼鳍驱动模块，两侧共十六组鱼鳍驱动模块结构相同；每组鱼鳍驱动模块均包括：三角滑道3、曲轴14、传动连杆10、连杆盖13、第一圆柱滑块15、鳍条架8、鳍条滑道11、鳍条12。

每一组鱼鳍驱动模块的底端通过曲轴支座1固定在机架2上，用于对整体的多组鱼鳍驱动模块起支撑作用，具体是：多组鱼鳍驱动模块的底端设置有多个依次连接的曲轴14，每一个曲轴14的主轴颈上均设置有曲轴支座1，每一个曲轴支座1的底端通过螺钉固定连接在机架2上；每一侧多组鱼鳍驱动模块的底端通过对应的多个依次连接的曲轴14传递驱动力；每一侧多组鱼鳍驱动模块的顶端通过固定轴4实现同侧三角滑道3在轴向上的同步运动；多个依次连接的曲轴14的主轴线与固定轴4平行设置。

每一个曲轴14的一端为齿数为四的矩形外花键，另一端为对应的矩形内花键，相邻的曲轴14利用矩形外花键和矩形内花键的配合，偏转九十度（即四齿键槽一个齿的度数）依次连接；相邻的曲轴14的连接之处设置有两个轴承19，两个轴承19之间设置有轴套20，用做轴向固定；两个轴承19中，一个用于安装曲轴支座1，另一个通过三角滑道3的曲轴回转孔3-3与三角滑道3铰接；三角滑道3以曲轴14的主轴颈为中心进行转动。

三角滑道3的顶端设置定位孔3-1，底端设置曲轴回转孔3-3，侧面设置一个悬臂梁3-2，定位孔3-1和曲轴回转孔3-3之间设置滑道槽3-4；三角滑道3的顶端通过定位孔3-1与固定轴4铰接，三角滑道3的底端通过曲轴回转孔3-3与曲轴14的主轴颈铰接，三角滑道3的侧面通过悬臂梁3-2与鳍条12中部的铰接轴12-1铰接。

曲轴14的连杆轴颈与传动连杆10底端固连的连杆盖13铰接；传动连杆10顶端设置连杆孔10-1，连杆孔10-1与鳍条架8两侧的开槽的中心轴线重合；第一圆柱滑块15依次穿过三角滑道3的滑道槽3-4、鳍条架8一侧的开槽、连杆孔10-1与鳍条滑道11通过连接螺钉21固定连接；鳍条滑道11远离连杆孔10-1的一端开设有滑槽，滑槽内设置有与鳍条12一端固定连接的第二圆柱滑块12-2，用于在鳍条滑道11内滑动；鳍条12的中间位置设置有铰接轴12-1，与三角滑道3的悬臂梁3-2铰接，形成支点，用于带动鳍条12以铰接处为圆心做周期性往复摆动；鳍条12远离传动连杆10的一端开设有螺纹孔，鳍条12通过一端开设的螺纹孔与柔性鳍17固定连接。

本发明多组鱼鳍驱动模块的运动方法及工作原理是：

当柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人开始运动时，鱼鳍驱动模块中的一号驱动电机9转动，带动曲轴14开始转动，曲轴14的转动将动力传递给传动连杆10，进而带动与连杆孔10-1连接的第一圆柱滑块15在三角滑道3的滑道槽3-4相对于曲轴14做上下往复运动，在第一圆柱滑块15运动的同时带动固连于鳍条架8的鳍条滑道11相对于曲轴14轴线做上下往复运动；鳍条滑道11的上下往复运动带动其滑道内鳍条12的第二圆柱滑块12-2相对于鳍条滑道11做水平往复运动，进而带动鳍条12以铰接轴12-1与相邻鱼鳍驱动模块的悬臂梁3-2形成的铰接点为圆心做周期性往复摆动，进而带动与一侧鳍条12固定连接的柔性鳍17柔性波动，实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的运动执行。

由于传动连杆10顶端设置的连杆孔10-1与第一圆柱滑块15、鳍条架8、鱼鳍滑道11固连，且第一圆柱滑块15的另一端位于三角滑道3的滑道槽3-4中，故在曲轴14的带动下，鱼鳍驱动模块中曲轴14、传动连杆10、第一圆柱滑块15、三角滑道3，在径向上形成曲柄滑块机构，第一圆柱滑块15、鳍条架8、鱼鳍滑道11，沿着三角滑道3的滑道槽3-4内进行往复运动，其位置分布规律为曲轴14转角所决定的正弦函数。由于鱼鳍驱动模块之间的曲轴14利用四齿花键依次偏移九十度连接，因此当曲轴14转动时，不同鱼鳍驱动模块之间的第一圆柱滑块15以相位差为九十度正弦函数的运动规律在三角滑道3内依次运动。同时，由于鳍条12中部设置的铰接轴12-1与三角滑道3的悬臂梁3-2相铰接，另一端鳍条12另一端的第二圆柱滑块12-2伸入鳍条滑道11的滑槽内，鳍条滑道11与鳍条架8、第一圆柱滑块15固连在一起，故第一圆柱滑块15沿直线上下运动时，带动鱼鳍滑道11内的滑块相对于鳍条滑道11做水平往复运动，同时带动鳍条12以铰接处为圆心做周期性往复摆动。由于不同鱼鳍驱动模块之间的第一圆柱滑块15的运动存在相位差，故当一侧的所有鳍条12的输出端与柔性鳍17固连时，在一侧八个鱼鳍驱动模块的共同驱动下，8个鳍条12带动下的柔性鳍17其运动规律整体呈现出以正弦函数为轨迹的柔性波动，从而为柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的运动提供动力。

如图2和图9所示，每组鱼鳍转向模块包括二号驱动电机7、转向曲柄16、转向连杆5、固定轴4。每一个二号驱动电机7均通过电机架6固定在机架2上，二号驱动电机7输出端与转向曲柄16的一端固连；转向曲柄16的另一端与转向连杆5铰接；转向连杆5远离转向曲柄16的一端与固定轴4铰接。

本发明鱼鳍转向模块的运动方法及工作原理是：

两组鱼鳍转向模块结构相同，当二号驱动电机7工作时，带动与之固连的转向曲柄16转动，进而带动与转向曲柄16另一端铰接的转向连杆5运动；转向曲柄16、转向连杆5、三角滑道3共同构成径向的曲柄四杆机构，且如图10所示，曲柄四杆机构中的转向曲柄16为最短杆，转向连杆5为最长杆，最长杆和最短杆的长度之和小于其余两杆长度之和，因此，转向曲柄16与转向连杆5的长度之和小于曲轴14的轴肩与二号驱动电机7的输出轴之间的距离以及三角滑道3中定位孔3-1与曲轴回转孔3-3之间的距离之和，使转向连杆5的两个极限位置角度相差为90度，如图11、12所示即可，极限位置为转向曲柄16和转向连杆5的两个共线位置。由于转向曲柄16和转向连杆5特殊的长度、位置设计，使鳍条12转到相对于柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人机身对称平面的水平和竖直两种状态时恰好处于极限位置到达曲柄四杆机构的死点，即转向曲柄16和转向连杆5处于共线的位置状态，实现曲柄四杆机构的自锁。故在上述两种位置状态下，鳍条12受到的所有的来自外界的力均作用在曲柄四杆机构上，而并非二号驱动电机7，由于转向连杆5和转向曲柄16共线，故曲柄四杆机构构件彼此之间的相对位置不会因为外力而改变。实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的自锁，可以使柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的柔性鳍17在两个极限位置下稳定的工作。同时，柔性鳍17受到的外力均作用在机架2上，而非二号驱动电机7，进而减少二号驱动电机7受到的作用力，这大大增加了柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的陆地承载能力和二号驱动电机7的使用寿命。

柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的鱼鳍驱动模块和鱼鳍转向模块的运动方法包括：

控制柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的机架2中间的鱼鳍转向模块使柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人两侧的柔性鳍17保持竖直向下的状态，控制机架2两侧的鱼鳍驱动模块正向、反向运动的配合实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人在陆地的前进、后退、左转弯、右转弯。

控制柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的机架2中间的鱼鳍转向模块使柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人两侧的柔性鳍17的上下拍动，实现在水中的垂直上浮下潜。

控制柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的机架2中间的鱼鳍转向模块使机器人两侧的柔性鳍17保持水平的状态，控制机架2两侧的鱼鳍驱动模块在水平状态下的正向、反向运动的配合实现机器人在水中的前进、后退、左转弯、右转弯。如柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人左侧的柔性鳍17正向运动，同时右侧的柔性鳍17反向运动，实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人水中最小转弯半径为0的右转向；右侧的柔性推进装置正向运动，同时机器人左侧柔性推进装置反向运动，实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人水中最小转弯半径为0的左转向。

本发明柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的鱼鳍驱动模块和鱼鳍转向模块的工作原理：

当柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人在水中运动时，两组鱼鳍驱动模块中的一号驱动电机9工作，带动两侧鳍条12工作，与鳍条12固连并且对称安装在柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人两侧的柔性鳍17呈现柔性工作的波动状态，从而为柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的运动提供动力。当一号驱动电机9正向工作时，柔性鳍17正向波动，柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人整体向前运动。当一号驱动电机9反向工作时，柔性鳍17反向波动，实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人在水中的后退。而当左侧柔性鳍17正向波动，右侧柔性鳍17反向波动时，左侧受到向前的推动力，右侧受到向后的推动力，则可以实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的零角度右转。同理，当左侧柔性鳍17反向波动，右侧柔性鳍17正向波动时，左侧受到向后的推动力，右侧受到向前的推动力，实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的零角度左转。

当希望实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人在水中的上浮下沉时，二号驱动电机7转动，带动鱼鳍转向模块工作，通过对曲柄四杆机构的设计，使机构在运动时存在极位夹角为0°，故当二号驱动电机7正转动时，两侧的柔性鳍17向下运动对应曲轴14需要旋转的行程角为180-°，为快速行程，而与之对应的柔性鳍17向上摆动时，曲轴14需要旋转的行程角为180+°，为慢速行程。因此，当二号驱动电机7正向转动的两侧柔性鳍17呈现为较快速向下拍动，较慢速向上摆动，从而实现机器人在水中的上浮。同理，故当电机反向转动时，两侧的柔性鳍向上运动对应曲轴14需要旋转的行程角为180-°，为快速行程，而与之对应的柔性鳍17向下摆动时，曲轴14需要旋转的行程角为180+°，为慢速行程。因此，当二号驱动电机7反向转动时，柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的两侧柔性鳍17呈现为较快速向上摆动，较慢速向下拍动，从而实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人在水中的下潜。

当柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人在陆地运动时，通过鱼鳍转向模块使两侧柔性鳍17垂直于地面，将柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人机体托起。此时机体两侧一号驱动电机9正向运动，两侧柔性鳍17进行正向波动，通过柔性鳍17与地面之间的摩擦力从而实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人向前运动。同理，当一号驱动电机9反向工作时，两侧柔性鳍17进行反向波动，通过柔性鳍17与地面之间的摩擦力从而实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人反向运动。

而当左侧柔性鳍17正向波动，右侧柔性鳍17反向波动时，左侧受到地面向前的摩擦力，右侧受到向后的摩擦力，则可以实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的零角度右转。同理，当柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人左侧柔性鳍17反向波动，右侧柔性鳍17正向波动时，左侧受到向后的摩擦力，右侧受到向前的摩擦力，实现柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的零角度左转。

需要说明的是，在本申请中，诸如第一、第二、第三、一号、二号等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，包括机体，其特征在于，机体两侧对称安装有柔性鳍（17）；机体包括柔性外壳（18）和机架（2）；机架（2）位于柔性外壳（18）内部；机架（2）的中间对称安装有两组鱼鳍转向模块，用于控制两侧柔性鳍（17）在其法相平面上的上下摆动；机架（2）的两侧对称安装有多组鱼鳍驱动模块，用于输出波动推进；每一侧柔性鳍（17）呈波浪形，作为柔性鳍波动推进式仿生两栖机器人的柔性驱动装置。

2.根据权利要求1所述的柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，其特征在于，所述柔性外壳（18）采用顺丁橡胶材料制备而成。

3.根据权利要求1所述的柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，其特征在于，所述柔性外壳（18）两侧对称开设多组鳍条开口槽（18-1）；机架（2）的两侧对称安装的多组鱼鳍驱动模块与柔性外壳（18）每一侧开设的鳍条开口槽（18-1）的开孔一一对应；每一个鱼鳍驱动模块的输出端均与一个鳍条（12）固定连接；机架（2）每一侧设置的鳍条（12）穿出对应的同一侧柔性外壳（18）上开设的鳍条开口槽（18-1），用于共同夹持一侧柔性鳍（17）。

4.根据权利要求1所述的柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，其特征在于，每一侧所述多组鱼鳍驱动模块的前端均安装有一号驱动电机（9）；各组鱼鳍驱动模块结构相同；每组鱼鳍驱动模块均包括：三角滑道（3）、曲轴（14）、传动连杆（10）、连杆盖（13）、第一圆柱滑块（15）、鳍条架（8）、鳍条滑道（11）、鳍条（12）；

每组鱼鳍驱动模块的底端通过曲轴支座（1）固定在机架（2）上，用于对整体的多组鱼鳍驱动模块起支撑作用；每侧多组鱼鳍驱动模块的底端通过对应的多个依次连接的曲轴（14）传递驱动力；每侧多组鱼鳍驱动模块的顶端通过固定轴（4）实现同侧三角滑道（3）在轴向上的同步运动；多个依次连接的曲轴（14）的主轴线与固定轴（4）平行设置。

5.根据权利要求4所述的柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，其特征在于，所述每组鱼鳍驱动模块的底端通过曲轴支座（1）固定在机架（2）上，具体是：多组鱼鳍驱动模块的底端设置有多个依次连接的曲轴（14），每一个曲轴（14）的主轴颈上均设置有曲轴支座（1），每一个曲轴支座（1）的底端通过螺钉固定连接在机架（2）上。

6.根据权利要求4所述的柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，其特征在于，每一个所述曲轴（14）的一端为齿数为四的矩形外花键，另一端为对应的矩形内花键，相邻的曲轴（14）利用矩形外花键和矩形内花键的配合，偏转九十度依次连接；相邻的曲轴（14）的连接之处设置有两个轴承（19），两个轴承（19）之间设置有轴套（20），用做轴向固定；两个轴承（19）中，一个用于安装曲轴支座（1），另一个通过三角滑道（3）的曲轴回转孔（3-3）与三角滑道（3）铰接；三角滑道（3）以曲轴（14）的主轴颈为中心进行转动。

7.根据权利要求4所述的柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，其特征在于，所述三角滑道（3）的顶端设置定位孔（3-1），底端设置曲轴回转孔（3-3），侧面设置一个悬臂梁（3-2），定位孔（3-1）和曲轴回转孔（3-3）之间设置滑道槽（3-4）；三角滑道（3）的顶端通过定位孔（3-1）与固定轴（4）铰接，三角滑道（3）的底端通过曲轴回转孔（3-3）与曲轴（14）的主轴颈铰接，三角滑道（3）的侧面通过悬臂梁（3-2）与鳍条（12）中部的铰接轴（12-1）铰接。

8.根据权利要求4所述的柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，其特征在于，所述曲轴（14）的连杆轴颈与传动连杆（10）底端固连的连杆盖（13）铰接；传动连杆（10）顶端设置连杆孔（10-1），连杆孔（10-1）与鳍条架（8）两侧的开槽的中心轴线重合；第一圆柱滑块（15）依次穿过三角滑道（3）的滑道槽（3-4）、鳍条架（8）一侧的开槽、连杆孔（10-1）与鳍条滑道（11）通过连接螺钉（21）固定连接；鳍条滑道（11）远离连杆孔（10-1）的一端开设有滑槽，滑槽内设置有与鳍条（12）一端固定连接的第二圆柱滑块（12-2），用于在鳍条滑道（11）内滑动；鳍条（12）的中间位置设置有铰接轴（12-1），与三角滑道（3）的悬臂梁（3-2）铰接，形成支点，用于带动鳍条（12）以铰接处为圆心做周期性往复摆动；鳍条（12）远离传动连杆（10）的一端开设有螺纹孔，鳍条（12）通过一端开设的螺纹孔与柔性鳍（17）固定连接。

9.根据权利要求1所述的柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，其特征在于，每组所述鱼鳍转向模块包括二号驱动电机（7）、转向曲柄（16）、转向连杆（5）、固定轴（4）；每一个二号驱动电机（7）均通过电机架（6）固定在机架（2）上，二号驱动电机（7）输出端与转向曲柄（16）的一端固连；转向曲柄（16）的另一端与转向连杆（5）铰接；转向连杆（5）远离转向曲柄（16）的一端与固定轴（4）铰接。

10.根据权利要求9所述的柔性鳍波动推进式两栖仿生机器人，其特征在于，所述转向曲柄（16）、转向连杆（5）、三角滑道（3）共同构成径向的曲柄四杆机构；曲柄四杆机构中转向曲柄（16）与转向连杆（5）的长度之和小于曲轴（14）的轴肩与二号驱动电机（7）的输出轴之间的距离以及三角滑道（3）中定位孔（3-1）与曲轴回转孔（3-3）之间的距离之和，使转向连杆（5）的两个极限位置角度相差90度。

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