CN114212228B - 仿生鱼尾及仿生机器鱼 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种仿生鱼尾及仿生机器鱼，仿生机器鱼包括头部、鱼身及仿生鱼尾，头部设于鱼身的头端，仿生鱼尾设于鱼身的尾端，头部设有用于驱动鱼身及仿生鱼尾周期性摆动的防水舵机。仿生鱼尾，包括：驱动机构，驱动机构设于鱼身的尾端并与防水舵机电连接；尾鳍，驱动机构与尾鳍连接，驱动机构用于驱动尾鳍张开以增加尾鳍在水中的受力面积或者用于驱动尾鳍收拢以减少尾鳍在水中的受力面积。本申请的仿生鱼尾，能够在仿生鱼尾的一个摆动周期中通过对尾鳍形状的主动调节，使得尾鳍在游动过程中具有较大角度的张合功能，从而提高了仿生机器鱼整体的游动速率。

Description

仿生鱼尾及仿生机器鱼

技术领域

本申请涉及水下仿生机器人技术领域，特别涉及一种仿生鱼尾及仿生机器鱼。

背景技术

仿生机器鱼模仿鱼类的外形和运动模式，以求达到鱼类运动高效、快速的特点，摆脱了传统螺旋桨推进器水下机器人噪声大、效率低、耗能高等缺点，是近年来水下推进器研究的热点。仿生机器鱼根据推进部位不同分为两大类：身体/尾鳍推进模式(Body and/orcaudal fin，BCF)的机器鱼和中央鳍/对鳍推进模式(Median and/or paried fin，MPF)的机器鱼。其中，身体/尾鳍推进模式机器鱼以其游动速度较快及机动性能优异的优势更受研发者欢迎。研究表明，仿生机器鱼游动的驱动力大部分由尾鳍产生，身体摆动主要作用是带动尾鳍的运动，身体本身产生的驱动力较小。因此，尾鳍的优化对于仿生机器鱼的整体游动性能的提升有着至关重要的影响。

现阶段仿生机器鱼主要采用刚性或者柔性的被动尾鳍，并着重研究尾鳍形状、刚度对游动性能的影响。例如Alexander Matta等人研究了方形、椭圆形、半月形三种尾鳍的产生驱动力的情况发现：半月形的尾鳍产生的驱动力最大，椭圆形其次，方形尾鳍产生的驱动力最小。又例如，钟勇等人研制了一条基于拉线机构的仿生机器鱼，该仿生机器鱼主要由线驱动的主动运动的鱼身，以及安装于尾部的硅胶制作的柔性尾鳍两部分构成。他们特别研究了柔性尾鳍的刚度设计，从而提升其游动性能。

但无论是形状优化、或者是刚度设计再好的尾鳍，在鱼尾一个摆动周期的过程中，其既会产生驱动力，也会产生阻力。其中产生的阻力部分会对机器鱼的整体游动性能起到一个削弱作用，而现阶段的尾鳍还是不能很好的应对，导致仿生机器鱼的整体游动速率较慢。

发明内容

本申请提供了一种仿生鱼尾及仿生机器鱼，以解决现有技术中存在的仿生机器鱼整体游动速率较慢的技术问题。

为解决上述问题，第一方面，本申请实施例提供的技术方案为：一种仿生鱼尾，包括：

驱动机构；

尾鳍，所述驱动机构与所述尾鳍连接，所述驱动机构用于驱动所述尾鳍张开以增加所述尾鳍在水中的受力面积或者用于驱动所述尾鳍收拢以减少所述尾鳍在水中的受力面积。

根据本申请实施例提供的仿生鱼尾，其包括驱动机构及尾鳍，驱动机构与尾鳍连接，且驱动用于驱动尾鳍张开以增加尾鳍在水中的受力面积或者用于驱动尾鳍收拢以减少尾鳍在水中的受力面积，使得在该仿生鱼尾在一个摆动周期中，水对仿生机器鱼的反作用力主要为推进力时，此时可以通过驱动机构驱动尾鳍以尽量增大尾鳍的受力面积，通过尾鳍的张开增大驱动力，从而提高仿生机器鱼的游动速率；当水对仿生机器鱼的反作用力主要为阻力时，则可以通过驱动机构驱动尾鳍以尽量减小尾鳍的受力面积，使得仿生机器鱼所受阻力减小，进而削弱外部阻力对机器鱼游速的影响。这样，通过对尾鳍形状的主动调节，使得尾鳍在游动过程中具有较大角度的张合功能，从而提高了仿生机器鱼整体的游动速率。

在一种可能的设计中，所述尾鳍包括若干鳍骨及柔性面体，若干所述鳍骨分别固定于所述柔性面体的不同位置以支撑所述柔性面体；所述驱动机构与至少部分所述鳍骨连接并用于至少驱动部分所述鳍骨活动，以带动所述柔性面体张开或收拢。

在一种可能的设计中，至少部分所述鳍骨能够在所述驱动机构的驱动下分别旋转并沿扇形张开或折拢。

在一种可能的设计中，所述仿生鱼尾还包括安装架，所述驱动机构安装于所述安装架上；

若干所述鳍骨包括固定鳍骨及至少两根活动鳍骨；所述固定鳍骨固定设于所述柔性面体的中间位置且一端伸出所述柔性面体以固定于所述安装架上，各所述活动鳍骨分别对称设于所述固定鳍骨的相对两侧，各所述活动鳍骨的一端分别伸出所述柔性面体以与所述驱动机构连接，所述驱动机构用于驱动各所述活动鳍骨以所述固定鳍骨为中心向两侧对称展开或对称收拢。

在一种可能的设计中，所述鳍骨具有相对设置的第一端及第二端，若干所述鳍骨的所述第一端靠近或连接所述驱动机构，若干所述鳍骨的第二端的连线呈V型。

在一种可能的设计中，所述柔性面体对应若干所述第二端的一侧边缘与若干所述第二端的连线形状相适配。

在一种可能的设计中，所述驱动机构包括第一电机及多个相互传动连接的齿轮，各所述活动鳍骨分别与不同的所述齿轮同轴连接。

在一种可能的设计中，所述仿生鱼尾包括至少两组活动鳍骨组，所述活动鳍骨组包括两根以所述固定鳍骨对称设置的所述活动鳍骨，至少两组所述活动鳍骨组依次间隔设于所述固定鳍骨的相对两侧；

所述驱动机构包括至少两个齿轮组，其中一个所述齿轮组与所述第一电机的输出端连接，相邻两组所述齿轮组直接连接或通过传动组件传动连接；所述齿轮组包括两个相互外啮合的齿轮；至少两组所述活动鳍骨组与至少两个所述齿轮组一一对应设置，每组所述活动鳍骨组的两根所述活动鳍骨分别与每组所述齿轮组的两个所述齿轮同轴连接。

在一种可能的设计中，所述仿生鱼尾包括两组活动鳍骨组，分别为第一活动鳍骨、第二活动鳍骨、第三活动鳍骨及第四活动鳍骨，所述第一活动鳍骨与第二活动鳍骨对称设置，所述第三活动鳍骨与所述第四活动鳍骨对称设置，所述第一活动鳍骨与第二活动鳍骨分别设于所述第三活动鳍骨与所述第四活动鳍骨的外侧；

所述驱动机构包括第一齿轮组、传动组件及第二齿轮组；所述第一齿轮组与所述第一电机连接，所述传动组件连接于所述第一齿轮组与所述第二齿轮组之间，所述第一齿轮组用于驱动所述第一活动鳍骨与第二活动鳍骨分别旋转，所述第二齿轮组用于驱动所述第三活动鳍骨与所述第四活动鳍骨旋转。

在一种可能的设计中，所述第一齿轮组包括第一齿轮及第二齿轮，所述第一齿轮与所述第一电机的输出端连接，所述第二齿轮与所述第一齿轮外啮合连接，所述第一齿轮与所述第二齿轮的转向相反，所述第一齿轮与所述第二齿轮的传动比为1；所述第一活动鳍骨与所述第一齿轮同轴连接，所述第二活动鳍骨与所述第二齿轮同轴连接。

在一个可能的设计中，所述第二齿轮组包括第三齿轮及第四齿轮，所述第三齿轮与所述传动组件的输出端连接，所述第四齿轮与所述第三齿轮啮合连接，所述第四齿轮与所述第三齿轮的转向相反，所述第三齿轮与所述第四齿轮的传动比为1；所述第三活动鳍骨与所述第三齿轮同轴连接，所述第四活动鳍骨与所述第四齿轮同轴连接。

在一个可能的设计中，所述第一齿轮与所述第三齿轮的传动比3:2。

在一个可能的设计中，所述传动组件包括第五齿轮、第六齿轮及第七齿轮，所述第五齿轮与所述第一齿轮同轴连接，所述第六齿轮与所述第五齿轮外啮合连接，所述第七齿轮与所述第六齿轮同轴连接，所述第三齿轮与所述第七齿轮外啮合连接。

在一个可能的设计中，所述仿生鱼尾包括至少两组活动鳍骨组，所述活动鳍骨组包括两根以所述固定鳍骨对称设置的所述活动鳍骨，至少两组所述活动鳍骨组依次间隔设于所述固定鳍骨的相对两侧；

所述驱动机构包括至少两个第二电机及至少两个第三齿轮组，至少两个所述第三齿轮组分别与至少两个所述第二电机的输出端连接，至少两个所述第三齿轮组分别用于驱动至少两组活动鳍骨组转动。

第二方面，本申请还提供了一种仿生机器鱼，包括头部、鱼身及上述仿生鱼尾，所述头部设于所述鱼身的头端，所述驱动机构及所述尾鳍设于所述鱼身的尾端；所述头部设有用于驱动所述鱼身、所述驱动机构及所述尾鳍周期性摆动的防水舵机，所述防水舵机与所述驱动机构电连接。

本申请实施例提供的仿生机器鱼，通过上述仿生鱼尾的设置，可以对尾鳍形状的主动调节，使得尾鳍在游动过程中具有较大角度的张合功能，从而提高了仿生机器鱼整体的游动速率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的仿生机器鱼的立体示意图；

图2是本申请实施例提供的仿生机器鱼的仿生鱼尾的张开状态示意图；

图3是本申请实施例提供的仿生机器鱼的仿生鱼尾的收拢状态示意图；

图4是本申请实施例提供的第一齿轮组、传动组件及第二齿轮组的连接示意图；

图5是本申请实施例提供的仿生鱼尾及部分鱼身的立体示意图；

图6是图5中A局部的放大示意图；

图7是本申请实施例提供的仿生鱼尾及部分鱼身的侧面示意图；

图8是图7中B局部的放大示意图；

图9是图1中仿生机器鱼在一个摆动周期中在水中所受反作用的示意图。

附图标记：100、仿生鱼尾；10、驱动机构；11、第一电机；12、第一齿轮组；121、第一齿轮；122、第二齿轮；123、第八齿轮；13、传动组件；131、第五齿轮；132、第六齿轮；133、第七齿轮；14、第二齿轮组；141、第三齿轮；142、第四齿轮；15、第一转轴；16、第二转轴；17、第三转轴；18、第四转轴；19、第五转轴；20、尾鳍；21、鳍骨；211、固定鳍骨；212、第一活动鳍骨；213、第二活动鳍骨；214、第三活动鳍骨；215、第四活动鳍骨；22、柔性面体；30、检测装置；40、安装架；200、鱼身；210、防水舵机；300、头部。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

还需说明的是，本申请实施例中以同一附图标记表示同一组成部分或同一零部件，对于本申请实施例中相同的零部件，图中可能仅以其中一个零件或部件为例标注了附图标记，应理解的是，对于其他相同的零件或部件，附图标记同样适用。

第一方面，请参阅图1，本申请实施例首先提供了一种仿生机器鱼，具体是一种身体/尾鳍推进模式的仿生机器鱼，并具有游动速度较快，机动性能优异等优势。

仿生机器鱼包括头部300、鱼身200及仿生鱼尾100，头部300连接于鱼身200的头端，仿生鱼尾100连接于鱼身200的尾端。

其中，头部300内部设有密封舱，头部300还包括控制板及电池等电子元器件(图未示)，控制板与电池电连接，控制板及电池密封固定于密封舱内。

鱼身200通过一个防水舵机210连接头部300，并能够相对头部300摆动，从而带动仿生鱼尾100周期性摆动，实现仿生机器鱼在水中游动。防水舵机210通过固定架固定在头部300上，鱼身200固定在防水舵机210的输出轴上，防水舵机210与控制板电连接，从而可以通过控制板控制防水舵机210，从而带动鱼身200及仿生鱼尾100在水中摆动。

以直游模式为例，如图9为仿生鱼尾100一个摆动周期的受力情况，仿生机器鱼向左游动，游速为V；仿生鱼尾100在0-1/4周期内向上摆动，水对仿生机器鱼的反作用力F与游速为V之间的方向夹角大于90度，此时仿生鱼尾100产生阻力；仿生鱼尾100在1/4-2/4周期内向下摆动，水对仿生机器鱼的反作用力F与游速为V之间的方向夹角小于90度，此时仿生鱼尾100产生推进力；仿生鱼尾100在2/4-3/4周期内继续向下摆动，水对仿生机器鱼的反作用力F与游速为V之间的方向夹角大于90度，此时仿生鱼尾100产生阻力；仿生鱼尾100在3/4-4/4周期内向上摆动，水对仿生机器鱼的反作用力F与游速为V之间的方向夹角小于90度，此时仿生鱼尾100产生推进力。

综上所述，仿生鱼尾100在0-1/4及2/4-3/4的摆动周期时，其产生阻力，而仿生鱼尾100在1/4-2/4及3/4-4/4的摆动周期时，其产生推进力。仿生鱼尾100产生的阻力会减小生机器鱼的整体游动速率。

为了解决上述问题，请参阅图2及图3，本申请还提供了一种仿生鱼尾100，该仿生鱼尾100包括驱动机构10及尾鳍20。驱动机构10安装于鱼身200上，驱动机构10与尾鳍20连接，驱动机构10用于驱动尾鳍20张开以增加尾鳍20在水中的受力面积或者用于驱动尾鳍20收拢以减少尾鳍20在水中的受力面积。

驱动机构10与防水舵机210电连接，具体是，驱动机构10及防水舵机210均与控制板电连接，通过驱动机构10用于根据防水舵机210的驱动情况来驱动尾鳍20的张开或收拢。

此处需要说明的是，以图2及图3为参考，以仿生机器鱼的游动方向为水平方向为基准，尾鳍20主要受到的是水平方向上的力，则尾鳍20的张开是指当仿生机器鱼在水中游动时沿竖直方向上张开，以增加尾鳍20在竖直平面上的受力面积。而尾鳍20的收拢是指沿竖直方向上收拢，以减少尾鳍20在竖直平面上的受力面积。可以理解地，上述竖直方向及水平方向并不绝对，例如当仿生机器鱼倾斜游动时，则尾鳍20的受力方向及张开方向也会对应改变。

本申请的仿生鱼尾100在水中游动时，当在仿生鱼尾100的0-1/4及2/4-3/4的摆动周期时，仿生鱼尾100产生阻力，则可以通过驱动机构10驱动尾鳍20以尽量减小尾鳍20的受力面积，使得仿生机器鱼所受阻力减小，进而削弱外部阻力对机器鱼游速的影响；在仿生鱼尾100的1/4-2/4及3/4-4/4的摆动周期时，仿生鱼尾100产生推进力，此时可以通过驱动机构10驱动尾鳍20以尽量增大尾鳍20的受力面积，通过通过尾鳍20的张开增大驱动力，从而提高仿生机器鱼的游动速率；这样，通过对尾鳍20形状的主动调节，使得尾鳍20在游动过程中具有较大角度的张合功能，从而提高了仿生机器鱼整体的游动速率。

而现有技术中的仿生机器鱼在游动的过程中，由于缺少对尾鳍20形状的主动调节，在游动过程中尾鳍20的形状和面积始终保持不变，在一个仿生鱼尾摆动周期内，既会产生推进力，也会产生阻力，从而影响了仿生机器鱼整体的游动速率。

在一个实施例中，驱动机构10可以与控制板电连接，从而可以通过控制板来控制驱动机构10，进而实现对尾鳍20的张开及收拢。而在其他实施例中，也可以直接在仿生鱼尾100处设置一个电路板，驱动机构10与电路板电连接，电路板与控制板电连接，从而实现对驱动机构10的控制。

请参阅图2及图3，仿生鱼尾100包括安装架40，安装架40安装于鱼身200的尾端，驱动机构10安装于安装架40上。

在一个实施例中，请参阅图2及图3，尾鳍20包括若干鳍骨21及柔性面体22，若干鳍骨21分别固定于柔性面体22的不同位置以支撑柔性面体22，例如像扇子一样通过多个扇杆将扇面撑起。驱动机构10与至少部分鳍骨21连接并用于至少驱动部分鳍骨21活动，以带动柔性面体22张开或收拢。

此处需要说明的是，驱动机构10可以将每一根鳍骨21都带动活动，以将柔性面体22张开或收拢；或者是，以其中一根或几根鳍骨21固定在安装架40上并作为基准，然后通过驱动机构10驱动其他鳍骨21活动，以带动柔性面体22张开或收拢。

本申请通过将尾鳍20由若干鳍骨21及柔性面体22组合而成，通过若干鳍骨21的活动来实现柔性面体22的张开和收拢，其不仅能实现柔性面体22的张开和收拢，以实现尾鳍20的张开或收拢，同时还能通过若干鳍骨21来增加柔性面体22的结构强度。可以理解地，在本申请的其他实施例中，上述尾鳍20的结构也可以是其他类型，例如尾鳍20可以包括若干依次连接的片体结构，若干片体结构能够依次折叠收拢以减少受力面积，且若干片体结构还能够依次展开以增大受力面积；又如，尾鳍20还可以是包括卷轴和面卷，面卷能够绕卷轴收卷以实现尾鳍20的张开或收拢。

柔性面体22为具有柔性并能够张开或收拢的面体结构，此外，柔性面体22还需具备防水及一定结构强度，以使得柔性面体22能够在水中正常工作。例如，柔性面体22可以是涤纶布、牛津布及帆布等布料制成。

在一个实施例中，请参阅图2及图3，至少部分鳍骨21能够在驱动机构10的驱动下分别旋转并沿扇形张开或折拢。具体的，至少部分鳍骨21靠近鱼身200的一端与驱动机构10连接，当驱动机构10驱动时，各鳍骨21分别旋转，并呈扇形展开，类似鱼尾的形状，从而达到类似鱼尾在水中的游动效果，且收拢时受力面积小，阻力小。可以理解地，在本申请的其他实施例中，在驱动机构10的驱动下，各鳍骨21也可以是平行展开并平行收拢。

在一个实施例中，请参阅图2及图3，若干鳍骨21包括固定鳍骨211和至少两个活动鳍骨；固定鳍骨211固定设于柔性面体22的中间位置且一端伸出柔性面体22以固定于安装架40上，固定鳍骨211的另一端向远离安装架40的方向伸出。各活动鳍骨分别对称设于固定鳍骨211的相对两侧，也即是活动鳍骨的数量为偶数，例如两根、四根或六根等；各活动鳍骨的一端分别伸出柔性面体22以与驱动机构10连接，驱动机构10用于驱动各活动鳍骨以固定鳍骨211为中心向两侧对称展开或对称收拢。本申请实施例通过将固定鳍骨211固定在中间位置，并将各活动鳍骨以固定鳍骨211为中心对称展开或对称收拢，从而使得整个尾鳍20的展开和收拢工动作平稳，展开的形状稳定，同时还对称设置，利于仿生鱼尾100在水中游动。可以理解地，在本申请的其他实施例中，也可以不设置固定鳍骨211，只设置四根或六根活动鳍骨对称张开或对称收拢；或者是，根据实际设计需求，将两侧的活动鳍骨不对称设置，此处不做特别限定。

在一个实施例中，请参阅图2及图3，鳍骨21具有相对设置的第一端及第二端，若干鳍骨21的第一端靠近或连接驱动机构10，例如固定鳍骨211的第一端安装于安装架40上并靠近驱动机构10，活动鳍骨的第一端连接驱动机构10。若干鳍骨21的第二端的连线呈V型，具体是，固定鳍骨211的第二端离安装架40最近，而两侧的活动鳍骨的第二端距离安装架40的距离则依次增大，如此使得整个尾鳍无论是张开或收拢时的形状均和生物鱼尾相类似，使得仿真鱼尾的仿真效果更好。

此外，柔性面体22对应若干第二端的一侧边缘与若干第二端的连线形状相适配，也即是柔性面体22的对应侧边缘也呈V型，最终使得整个尾鳍的尾端形状呈V型，类似鱼尾。

实际安装时，各鳍骨的大部分位置均设于柔性面体22上，只有第一端伸出柔性面体22以安装于安装架40或驱动机构10上。

在一个实施例中，请参阅图4至图8，驱动机构10包括第一电机11及多个齿轮，多个齿轮相互传动连接，各活动鳍骨分别与不同的齿轮同轴连接。也即是通过同一个第一电机11驱动不同的齿轮转动，然后通过不同的齿轮带动不同的活动鳍骨旋转，从而实现通过同一个第一电机11，即可驱动多个活动鳍骨旋转，以实现尾鳍20的张开或收拢。这样的设计，不仅可以节约第一电机11的数量及成本，同时能够提高各活动鳍骨的活动一致协调性，使得尾鳍20展开及收拢过程平稳。可以理解地，在本申请的其他实施例中，在条件允许的情况，也可以采用多个电机来带动不同的活动鳍骨旋转，或者是采用旋转气缸来驱动活动鳍骨旋转。

在一个实施例中，仿生鱼尾100包括至少两组活动鳍骨组，活动鳍骨组包括两根以固定鳍骨211对称设置的活动鳍骨，至少两组活动鳍骨组依次间隔设于固定鳍骨211的相对两侧；驱动机构10包括至少两个齿轮组，其中一个齿轮组与第一电机11的输出端连接，相邻两组齿轮组直接连接或通过传动组件传动连接；齿轮组包括两个相互外啮合的齿轮；至少两组活动鳍骨组与至少两个齿轮组一一对应设置，每组活动鳍骨组的两根活动鳍骨分别与每组齿轮组的两个齿轮同轴连接。如此，可以通过一个第一电机11就能够实现多组活动鳍骨组的驱动。

在一个具体的实施例中，仿生鱼尾100包括两组活动鳍骨组，分别是第一活动鳍骨212、第二活动鳍骨213、第三活动鳍骨214及第四活动鳍骨215，其中，第一活动鳍骨212及第二活动鳍骨213分别对称设于固定鳍骨211的两侧，第三活动鳍骨214及第四活动鳍骨215对称设于固定鳍骨211的两侧，且第一活动鳍骨212及第二活动鳍骨213分别设于的第三活动鳍骨214及第四活动鳍骨215外侧。可以理解地，在本申请的其他实施例中，活动鳍骨的数量也可以是两根、六根及六根以上，此处不做唯一限定。

驱动机构10包括第一齿轮组12、传动组件13及第二齿轮组14。第一齿轮组12与第一电机11的输出端连接，传动组件13连接于第一齿轮组12与第二齿轮组14之间，第一齿轮组12用于驱动第一活动鳍骨212与第二活动鳍骨213分别旋转，第二齿轮组14用于驱动第三活动鳍骨214与第四活动鳍骨215旋转。本申请通过传动组件13将第一齿轮组12与第二齿轮组14形成传动连接，从而将第一电机11输出的旋转运动传动至第二齿轮组14，使得第一电机11不仅可以驱动第一活动鳍骨212与第二活动鳍骨213分别旋转，还能够驱动第三活动鳍骨214与第四活动鳍骨215分别旋转，进而保证第一活动鳍骨212、第二活动鳍骨213、第三活动鳍骨214与第四活动鳍骨215的旋转协调性。可以理解地，当仿生鱼尾100只包括第一活动鳍骨212及第二活动鳍骨213时，则可以只设置第一齿轮组12即可；此外，当仿生鱼尾100除了包括第一活动鳍骨212、第二活动鳍骨213、第三活动鳍骨214与第四活动鳍骨215以外，还包括第五活动鳍骨和第六活动鳍骨，甚至更多活动鳍骨时，还可以多设置几个传动组件13，从而可以将第一电机11的输出依次传递下去。当然，当活动鳍骨21的数量大于四个时，还是建议多采用一个第一电机11来驱动，以减低结构的复杂性，也减低第一电机11的负载。

在一个实施例中，请参阅图4及图6，第一齿轮组12包括第一齿轮121及第二齿轮122，第一齿轮121与第一电机11的输出端连接，第二齿轮122与第一齿轮121外啮合连接，第一齿轮121与第二齿轮122的转向相反，第一齿轮121与第二齿轮122的传动比为1，也即是第一齿轮121与第二齿轮122的转速相同。第一活动鳍骨212与第一齿轮121同轴连接，第二活动鳍骨213与第二齿轮122同轴连接，则使得第一活动鳍骨212与第二活动鳍骨213的旋转方向相反，且旋转速度相同。例如，当尾鳍20张开时，第一活动鳍骨212沿顺时针旋转，第二活动鳍骨213沿逆时针同步旋转，从而能够将柔性面体22向两侧同步展开；当尾鳍20收拢时，第一活动鳍骨212沿逆时针旋转，第二活动鳍骨213沿顺时针同步旋转，从而能够将柔性面体22向两侧同步收拢。可以理解地，在本申请的其他实施例中，根据实际设计需求，第一齿轮121与第二齿轮122的传动比也可以不设置成1，例如第一活动鳍骨212旋转的速度快一些，第二活动鳍骨213旋转的速度慢一些，此处不做唯一限定。

此外，为了将第一电机11输出的转速转换成第一活动鳍骨212及第二活动鳍骨213需要的转速，第一电机11的输出端还连接有掌舵和第八齿轮123，第八齿轮123安装于掌舵上，第八齿轮123与第一齿轮121外啮合连接。

请参阅图4及图8，第二齿轮组14包括第三齿轮141及第四齿轮142，第三齿轮141与传动组件13的输出端连接，第四齿轮142与第三齿轮141啮合连接，第四齿轮142与第三齿轮141的转向相反，第三齿轮141与第四齿轮142的传动比为1，也即是第三齿轮141与第四齿轮142同速反向运动；第三活动鳍骨214与第三齿轮141同轴连接，第四活动鳍骨215与第四齿轮142同轴连接，从而使得第三活动鳍骨214与第四活动鳍骨215的旋转方向相反，且旋转速度相同。例如，当尾鳍20张开时，第三活动鳍骨214沿顺时针旋转，第四活动鳍骨215沿逆时针同步旋转，从而能够将柔性面体22向两侧同步展开；当尾鳍20收拢时，第三活动鳍骨214沿逆时针旋转，第四活动鳍骨215沿顺时针同步旋转，从而能够将柔性面体22向两侧同步收拢。可以理解地，在本申请的其他实施例中，根据实际设计需求，第三齿轮141与第四齿轮142的传动比也可以不设置成1，例如第三活动鳍骨214旋转的速度快一些，第四活动鳍骨215旋转的速度慢一些，此处不做唯一限定。

在一个实施例中，第一齿轮121与第三齿轮141的传动比为3:2，也即是第一齿轮121的转速是第三齿轮141转速的1.5倍，使得第一活动鳍骨212与第二活动鳍骨213的转速是第三活动鳍骨214与第四活动鳍骨215转速的1.5倍，使得当第一电机11开始启动时，第一活动鳍骨212与第二活动鳍骨213能够以较快的速度旋转至两边外侧，第三活动鳍骨214与第四活动鳍骨215以较慢的速度旋转至两边内侧。可以理解地，在本申请的其他实施例中，所述第一齿轮121与所述第三齿轮141之间的传动比也可以是4:3、5:4或6:5等，只要大于1均可。

具体的，请参阅图4、图6及图8，传动组件13包括第五齿轮131、第六齿轮132及第七齿轮133，第五齿轮131与第一齿轮121同轴连接，第六齿轮132与第五齿轮131外啮合连接，第七齿轮133与第六齿轮132同轴连接，第三齿轮141与第七齿轮133外啮合连接，其中第五齿轮131与第六齿轮132之间的传动比为1，第六齿轮132及第七齿轮133的传动比为1。本申请通过第五齿轮131、第六齿轮132及第七齿轮133的设置，不仅能够将第一齿轮121的转动传动至第三齿轮141，同时还将第一齿轮121与第三齿轮141沿第一齿轮121的轴向及径向错开，从而便于第一齿轮121至第七齿轮133的空间上的排布，进而利于各鳍骨21在各齿轮上的分布。可以理解地，在本申请的其他实施例中，第五齿轮131与第六齿轮132之间的传动比也可以不为1，第六齿轮132及第七齿轮133的传动比也可以为1；另外根据实际布局需求，也可以只设置第五齿轮131，或者只设置第五齿轮131及第六齿轮132，甚至是直接将第一齿轮121与第三齿轮141同轴连接，此处不做唯一限定。

请参阅图6及图8，安装架40上转动设有第一转轴15、第二转轴16、第三转轴17、第四转轴18及第五转轴19。第一转轴15贯穿安装架40设置，第一齿轮121固定设于第一转轴15的一端并位于安装架40的一侧，第五齿轮131固定设于第一转轴15上并位于第一齿轮121与安装架40之间，第一活动鳍骨212的一端安装于第一转轴15的另一端并位于安装架40的另一侧。第二转轴16贯穿安装架40设置，第二齿轮122固定设于第二转轴16的一端并位于安装架40的一侧，第二活动鳍骨213的一端安装于第二转轴16的另一端并位于安装架40的另一侧。第三转轴17贯穿安装架40设置，第六齿轮132固定设于第三转轴17的一端并位于安装架40的一侧，第七齿轮133固定设于第三转轴17的另一端并位于安装架40的另一侧。第四转轴18转动设于安装架40的另一侧，第三齿轮141安装于第四转轴18上并位于安装架40的另一侧，第三活动鳍骨214安装于第四转轴18上并位于第三齿轮141与安装架40之间。第五转轴19转动设于安装架40的另一侧，第四齿轮142安装于第五转轴19上并位于安装架40的另一侧，第四活动鳍骨215安装于第五转轴19上并位于第四齿轮142与安装架40之间。本申请通过将第一齿轮121、第二齿轮122、第五齿轮131及第六齿轮132设于安装架40的一侧，并将第三齿轮141、第四齿轮142及第七齿轮133设于安装架40的另一侧，此外还将固定鳍骨211、第一活动鳍骨212、第二活动鳍骨213、第三活动鳍骨214及第四活动鳍骨215设于安装架40的另一侧，从而使得仿生鱼尾100的各结构布局紧凑，占用空间小，且结构之间的运动不会产生干涉，利于仿生鱼尾100的张开和收拢。

在本申请的另一个实施例中，仿生鱼尾同样包括至少两组活动鳍骨组，活动鳍骨组包括两根以固定鳍骨对称设置的活动鳍骨，至少两组活动鳍骨组依次间隔设于固定鳍骨的相对两侧。驱动机构10包括至少两个第二电机及至少两个第三齿轮组，至少两个第三齿轮组分别与至少两个第二电机的输出端连接，至少两个第三齿轮组分别用于驱动至少两组活动鳍骨组转动，这样通过两个第二电机分别驱动至少两组活动鳍骨组转动，可以减少第二电机的负载以及第三齿轮组的装配精度。

具体的，第三齿轮组包括两个相互外啮合的第九齿轮，且两个第九齿轮的传动比为1，两个第九齿轮分别与两个对称的活动鳍骨同轴连接。

在一个实施例中，请参阅图2，仿生机器鱼还包括检测装置30，检测装置30用于检测仿生机器鱼在水中的受力情况，从而利于工作人员对仿生机器鱼的受力情况进行了解及分析。而在本申请的另一个实施例中，上述检测装置30也可以与驱动机构10电连接，驱动机构10根据检测装置30的反馈来控制尾鳍20的张开或收拢。例如，当检测装置30检测到仿生机器鱼受力较大时，则驱动机构10驱动尾鳍20收拢以减少尾鳍20在水中的阻力，以保证仿生机器鱼在水中平稳游动；当检测装置30检测到仿生机器鱼受力较小时，则驱动机构10驱动尾鳍20张开以增大尾鳍20在水中的阻力；此外，还可以根据尾鳍20在水中的受力情况，来控制尾鳍20的张开幅度。其中，可以将检测装置30及驱动机构10均电连接至控制板，检测装置30将检测到的尾鳍20受力情况反馈至控制板，然后利用控制板对尾鳍20的受力情况进行分析并控制驱动机构10来驱动尾鳍20。当然，也可以在仿生鱼尾100处设置电路板，并将检测装置30及驱动机构10均电连接至电路板，甚至可以将检测装置30与驱动机构10直接电连接。

检测装置30可以是力传感器、位移传感器或加速度传感器，通过检测到的力、位移或加速度以判断尾鳍20的受力情况。

请参阅图2，检测装置30可以为两个，两个检测装置30分别对称安装于鱼身200的两对两侧，具体是垂直于尾鳍20张开平面的方向上的相对两侧，从而可以分别检测出尾鳍20在相对两侧分别收到的力，进而分析出尾鳍20的受力情况。可以理解地，在本申请的其他实施例中，根据实际情况，上述检测装置30也可以安装于其他地方，例如安装在尾鳍20上，此外，检测装置30的数量也可以是1个或3个等，此处不做特别限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种仿生机器鱼，其特征在于，包括头部、鱼身及仿生鱼尾，所述头部设于所述鱼身的头端，

所述仿生鱼尾包括：

驱动机构；

尾鳍，所述驱动机构与所述尾鳍连接，所述驱动机构用于驱动所述尾鳍张开以增加所述尾鳍在水中的受力面积或者用于驱动所述尾鳍收拢以减少所述尾鳍在水中的受力面积；

所述驱动机构及所述尾鳍设于所述鱼身的尾端；所述头部设有用于驱动所述鱼身、所述驱动机构及所述尾鳍周期性摆动的防水舵机，所述防水舵机与所述驱动机构电连接；

所述驱动机构用于根据所述防水舵机的驱动情况来驱动所述尾鳍的张开或收拢；当在所述仿生鱼尾的0-1/4及2/4-3/4的摆动周期时，通过所述驱动机构驱动所述尾鳍以减小所述尾鳍的受力面积，使得仿生机器鱼所受阻力减小；在所述仿生鱼尾的1/4-2/4及3/4-4/4的摆动周期时，通过所述驱动机构驱动所述尾鳍以增大所述尾鳍的受力面积，提高仿生机器鱼的游动速率；通过对所述尾鳍形状的主动调节，使得所述尾鳍在游动过程中具有较大角度的张合功能，从而提高了仿生机器鱼整体的游动速率；

所述尾鳍包括若干鳍骨及柔性面体，若干所述鳍骨分别固定于所述柔性面体的不同位置以支撑所述柔性面体；所述驱动机构与至少部分所述鳍骨连接并用于至少驱动部分所述鳍骨活动，以带动所述柔性面体张开或收拢；

若干所述鳍骨包括固定鳍骨及至少两根活动鳍骨；

所述驱动机构包括第一电机及多个相互传动连接的齿轮，各所述活动鳍骨分别与不同的所述齿轮同轴连接。

2.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，至少两根所述活动鳍骨能够在所述驱动机构的驱动下分别旋转并沿扇形张开或折拢。

3.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述仿生鱼尾还包括安装架，所述驱动机构安装于所述安装架上；

所述固定鳍骨固定设于所述柔性面体的中间位置且一端伸出所述柔性面体以固定于所述安装架上，各所述活动鳍骨分别对称设于所述固定鳍骨的相对两侧，各所述活动鳍骨的一端分别伸出所述柔性面体以与所述驱动机构连接，所述驱动机构用于驱动各所述活动鳍骨以所述固定鳍骨为中心向两侧对称展开或对称收拢。

4.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述鳍骨具有相对设置的第一端及第二端，若干所述鳍骨的所述第一端靠近或连接所述驱动机构，若干所述鳍骨的第二端的连线呈V型。

5.根据权利要求4所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述柔性面体对应若干所述第二端的一侧边缘与若干所述第二端的连线形状相适配。

6.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述仿生鱼尾包括至少两组活动鳍骨组，所述活动鳍骨组包括两根以所述固定鳍骨对称设置的所述活动鳍骨，至少两组所述活动鳍骨组依次间隔设于所述固定鳍骨的相对两侧；

所述驱动机构包括至少两个齿轮组，其中一个所述齿轮组与所述第一电机的输出端连接，相邻两组所述齿轮组直接连接或通过传动组件传动连接；所述齿轮组包括两个相互外啮合的齿轮；至少两组所述活动鳍骨组与至少两个所述齿轮组一一对应设置，每组所述活动鳍骨组的两根所述活动鳍骨分别与每组所述齿轮组的两个所述齿轮同轴连接。

7.根据权利要求6所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述仿生鱼尾包括两组活动鳍骨组，分别为第一活动鳍骨、第二活动鳍骨、第三活动鳍骨及第四活动鳍骨，所述第一活动鳍骨与第二活动鳍骨对称设置，所述第三活动鳍骨与所述第四活动鳍骨对称设置，所述第一活动鳍骨与第二活动鳍骨分别设于所述第三活动鳍骨与所述第四活动鳍骨的外侧；

所述驱动机构包括第一齿轮组、传动组件及第二齿轮组；所述第一齿轮组与所述第一电机连接，所述传动组件连接于所述第一齿轮组与所述第二齿轮组之间，所述第一齿轮组用于驱动所述第一活动鳍骨与第二活动鳍骨分别旋转，所述第二齿轮组用于驱动所述第三活动鳍骨与所述第四活动鳍骨旋转。

8.根据权利要求7所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述第一齿轮组包括第一齿轮及第二齿轮，所述第一齿轮与所述第一电机的输出端连接，所述第二齿轮与所述第一齿轮外啮合连接，所述第一齿轮与所述第二齿轮的转向相反，所述第一齿轮与所述第二齿轮的传动比为1；所述第一活动鳍骨与所述第一齿轮同轴连接，所述第二活动鳍骨与所述第二齿轮同轴连接。

9.根据权利要求8所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述第二齿轮组包括第三齿轮及第四齿轮，所述第三齿轮与所述传动组件的输出端连接，所述第四齿轮与所述第三齿轮啮合连接，所述第四齿轮与所述第三齿轮的转向相反，所述第三齿轮与所述第四齿轮的传动比为1；所述第三活动鳍骨与所述第三齿轮同轴连接，所述第四活动鳍骨与所述第四齿轮同轴连接。

10.根据权利要求9所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述第一齿轮与所述第三齿轮的传动比3:2。

11.根据权利要求10所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述传动组件包括第五齿轮、第六齿轮及第七齿轮，所述第五齿轮与所述第一齿轮同轴连接，所述第六齿轮与所述第五齿轮外啮合连接，所述第七齿轮与所述第六齿轮同轴连接，所述第三齿轮与所述第七齿轮外啮合连接。

12.一种仿生机器鱼，其特征在于，包括头部、鱼身及仿生鱼尾，所述头部设于所述鱼身的头端，

所述仿生鱼尾包括：

驱动机构；

尾鳍，所述驱动机构与所述尾鳍连接，所述驱动机构用于驱动所述尾鳍张开以增加所述尾鳍在水中的受力面积或者用于驱动所述尾鳍收拢以减少所述尾鳍在水中的受力面积；

所述驱动机构及所述尾鳍设于所述鱼身的尾端；所述头部设有用于驱动所述鱼身、所述驱动机构及所述尾鳍周期性摆动的防水舵机，所述防水舵机与所述驱动机构电连接；

所述驱动机构用于根据所述防水舵机的驱动情况来驱动所述尾鳍的张开或收拢；当在所述仿生鱼尾的0-1/4及2/4-3/4的摆动周期时，通过所述驱动机构驱动所述尾鳍以减小所述尾鳍的受力面积，使得仿生机器鱼所受阻力减小；在所述仿生鱼尾的1/4-2/4及3/4-4/4的摆动周期时，通过所述驱动机构驱动所述尾鳍以增大所述尾鳍的受力面积，提高仿生机器鱼的游动速率；通过对所述尾鳍形状的主动调节，使得所述尾鳍在游动过程中具有较大角度的张合功能，从而提高了仿生机器鱼整体的游动速率；

所述尾鳍包括若干鳍骨及柔性面体，若干所述鳍骨分别固定于所述柔性面体的不同位置以支撑所述柔性面体；所述驱动机构与至少部分所述鳍骨连接并用于至少驱动部分所述鳍骨活动，以带动所述柔性面体张开或收拢；

若干所述鳍骨包括固定鳍骨及至少两根活动鳍骨；

所述仿生鱼尾包括至少两组活动鳍骨组，所述活动鳍骨组包括两根以所述固定鳍骨对称设置的所述活动鳍骨，至少两组所述活动鳍骨组依次间隔设于所述固定鳍骨的相对两侧；

所述驱动机构包括至少两个第二电机及至少两个第三齿轮组，至少两个所述第三齿轮组分别与至少两个所述第二电机的输出端连接，至少两个所述第三齿轮组分别用于驱动至少两组活动鳍骨组转动。

13.根据权利要求12所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述仿生鱼尾还包括安装架，所述驱动机构安装于所述安装架上；

所述固定鳍骨固定设于所述柔性面体的中间位置且一端伸出所述柔性面体以固定于所述安装架上，各所述活动鳍骨分别对称设于所述固定鳍骨的相对两侧，各所述活动鳍骨的一端分别伸出所述柔性面体以与所述驱动机构连接，所述驱动机构用于驱动各所述活动鳍骨以所述固定鳍骨为中心向两侧对称展开或对称收拢。

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