一种柔性仿生骨盆推进机构以及仿海豹尾部驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种柔性仿生骨盆推进机构以及仿海豹尾部驱动装置，属于水下航行器技术领域，柔性仿生骨盆推进机构包括仿生椎骨、回弹轴件、骨盆驱动线；若干仿生椎骨轴向设置，且相邻的两仿生椎骨构成转动副；回弹轴件连接于相邻的两仿生椎骨之间，回弹轴件与仿生椎骨构成轴向脊柱，回弹轴件为轴向脊柱提供趋于轴向的回弹力；骨盆驱动线的连接于尾端的仿生椎骨，骨盆驱动线延伸至仿生骨盆单元的前方且对尾端的仿生椎骨施加位于回弹轴件侧方的牵拉力。本发明专利技术所提出的柔性仿生骨盆推进机构的自身构造、水下行进的动作原理高度仿海豹躯体，相比现有常规机械传动水下航行器，高效、动作柔顺、灵活。灵活。灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性仿生骨盆推进机构以及仿海豹尾部驱动装置


[0001]本专利技术属于仿生水下机器人
，尤其涉及一种柔性仿生骨盆推进机构以及仿海豹尾部驱动装置。

技术介绍

[0002]传统水下航行器通过控制浮力和重浮心的变化，以及螺旋桨等机械结构提供的推进力，实现下沉、上浮、转向等功能，但由于刚性机械结构的限制，其在环境适应性和机动性上存在欠缺，并且螺旋桨机器人产生较大噪声和能量消耗的问题。仿生水下机器人作为新兴研究领域，结合传统机械结构与自然界生物运动行为，创造出更加接近自然界生物的高效、柔顺、灵活的运动机构。
[0003]水下生物经过亿万年的进化，具有机动性和推进效率等方面的优越性，因此成为仿生研究的重要对象。海豹作为一种鳍足目哺乳动物，通过尾部运动提供推进力，具有极强的机动性和优秀的推进效率。其稳重而灵活的躯体运动机理具有较高的研究价值。然而，目前尚缺乏一种高度仿海豹的水下机器人，该机器人能够在水下设计和运动控制中应用仿生原理，以提高水下航行器的机动性和推进效率，并减少噪声和能量消耗。因此，需要一种新的技术来填补这一空白。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种解决传统水下航行器在环境适应性和机动性上的不足以及噪音控制效果不佳的问题的柔性仿生骨盆推进机构以及仿海豹尾部驱动装置。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种柔性仿生骨盆推进机构，其特征在于，包括仿生椎骨、回弹轴件、骨盆驱动线；若干所述仿生椎骨轴向设置，且相邻的两所述仿生椎骨构成转动副；所述回弹轴件连接于相邻的所述两仿生椎骨之间，所述回弹轴件与所述仿生椎骨构成轴向脊柱，所述回弹轴件为所述轴向脊柱提供趋于轴向的回弹力；所述骨盆驱动线的连接于尾端的所述仿生椎骨，所述骨盆驱动线延伸至所述仿生骨盆单元的前方且对尾端的仿生椎骨施加位于所述回弹轴件侧方的牵拉力。
[0006]本专利技术的优点和效果是：
[0007]本专利技术提出了一种柔性仿生骨盆推进机构，通过回弹轴件串联仿生椎骨形成的并联机构，以骨盆驱动线驱动。仿生椎骨构成轴向多关节结构，骨盆驱动线交替对单侧施加拉力，从而在末端产生弯矩，通过骨盆驱动线和回弹轴件对其余仿生椎骨的限位和椎间连接件的支撑，带动轴向脊柱产生弯曲形变，回弹轴件的弯曲形变将决定整个仿生骨盆单元的摆动情况。采用仿海豹骨骼的结构设计方案，骨盆单元的构造和动作原理高度仿生海豹躯体构造，从而实现了高度仿生的骨盆单元，为高度仿海豹水下机器人的设计提供了基础。
[0008]在上述技术方案中，优选的，所述回弹轴件为聚氨酯棒，所述聚氨酯棒沿所述轴向脊柱的轴向延伸，所述聚氨酯棒连接于所述仿生椎骨之间。使用聚氨酯等柔性材料，高度模
仿了海豹行进过程中的柔顺动作，在水中运动更加柔顺，结构简单且噪音小，灵活性高。
[0009]在上述技术方案中，优选的，相邻的两所述仿生椎骨通过竖向销轴连接构成转动副。
[0010]在上述技术方案中，优选的，仿生骨盆单元非摆动状态下，所述竖向销轴的轴线与所述轴向脊柱的轴线垂直相交，所述轴向脊柱的轴线的正上方和正下方分别设置所述回弹轴件。
[0011]在上述技术方案中，优选的，所述仿生椎骨包括椎骨本体和设于椎骨本体上部和下部的连接部，相邻的两所述仿生椎骨构成转动副，所述回弹轴件是串联同侧所有所述连接部之间的聚氨酯棒；所述仿生椎骨的外侧连接廓骨部，所述廓骨部的外侧形成圆周向仿生外形轮廓。
[0012]本专利技术的另一目的，提出一种仿海豹尾部驱动装置，包括自前向后轴向依次设置的驱动组件、仿生骨盆单元、仿生胫骨单元、仿生尾鳍单元，所述仿生骨盆单元为上述仿生骨盆推进机构。
[0013]在上述技术方案中，优选的，所述驱动组件包括骨盆驱动电机、尾鳍驱动电机、骨盆驱动转盘和尾鳍驱动转盘，所述骨盆驱动转盘安装于所述骨盆驱动电机并绕竖向轴向转动，所述尾鳍驱动转盘安装于所述尾鳍驱动电机并绕横向轴向转动，所述骨盆驱动转盘与延伸至仿生骨盆单元前方的所述骨盆驱动线前端连接。
[0014]在上述技术方案中，优选的，所述仿生胫骨单元包括仿生胫骨、胫骨连杆、胫骨驱动支架，胫骨驱动电机，胫骨驱动摆臂；两所述仿生胫骨左右对称设置于所述柔性仿生骨盆推进机构的尾部两侧，所述仿生胫骨的前端与所述柔性仿生骨盆推进机构的仿生椎骨通过竖向销轴连接；所述胫骨驱动支架设置于两所述仿生胫骨之间，所述胫骨驱动支架固定于所述柔性仿生骨盆推进机构的尾部，胫骨驱动电机安装于所述胫骨驱动支架，所述胫骨驱动摆臂安装于所述胫骨驱动电机的输出轴，所述胫骨驱动摆臂分别通过所述胫骨连杆连接所述仿生胫骨并在胫骨驱动摆臂的两侧形成对称的平面四连杆结构。
[0015]在上述技术方案中，优选的，所述仿生尾鳍单元包括尾鳍安装件、尾趾、滑块、外摆弹性件、展开弹性件，所述尾鳍安装件通过竖向销轴安装于所述仿生胫骨的后端；所述滑块以轴向滑动的方式安装于所述尾鳍安装件，所述滑块与所述尾鳍驱动转盘通过尾鳍驱动线连接，所述尾鳍驱动线通过拉力对所述滑块施加轴向向前的拉力以及通过向前的滑块对所述尾鳍安装件施加向内摆动的拉力，所述外摆弹性件安装于所述仿生胫骨的后端，所述外摆弹性件对所述括尾鳍安装件施加向外摆动的弹性，所述展开弹性件安装于所述尾鳍安装件，所述展开弹性件对所述滑块施加以轴向向后的弹性，至少两所述尾趾通过横向销轴交接安装于所述尾鳍安装件的后部，所述尾趾形成自所述尾鳍安装件向后的扇形构造，所述尾趾的前端与所述滑块铰接，轴向前向的所述滑块驱动尾趾形成的扇形面收缩，轴向向后的所述滑块驱动所述尾趾形成的扇形面展开。
附图说明
[0016]图1是装备本专利技术所述的仿海豹尾部驱动装置的仿海豹水下机器人的结构示意图；
[0017]图2是仿海豹水下机器人的内部结构示意图；
[0018]图3是仿海豹水下机器人的柔性外蒙皮的分段示意图；
[0019]图4是本专利技术中驱动组件的结构示意图；
[0020]图5是本专利技术中仿生柔性骨盆单元的结构示意图；
[0021]图6是本专利技术中仿生胫骨单元的结构示意图；
[0022]图7是本专利技术中仿生尾鳍单元的结构示意图；
[0023]图8是本专利技术中尾鳍单元的滑块驱动部分结构示意图；
[0024]图9是本专利技术中尾鳍单元的尾趾结构示意图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]为传统水下航行器在环境适应性和机动性上的不足以及噪音控制效果不佳的问题，本专利技术特提供一种柔性仿生骨盆推进机构，本专利技术所提出的仿生骨盆单元构造、水下行进的动作原理高度仿海豹，相比现有常规机械传动水下航行器，高效，动作柔顺、灵活。为了进一步说明本专利技术的结构，结合附图详细说明书如下：
[0027]请参阅图1和图2，在本实施例中，本专利技术所提出的仿生骨盆单元构成仿海豹尾部推进装置的主要部分，仿海豹尾部推本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性仿生骨盆推进机构，其特征在于，包括：仿生椎骨，若干所述仿生椎骨轴向设置，且相邻的两所述仿生椎骨构成转动副；回弹轴件，所述回弹轴件连接于相邻的所述两仿生椎骨之间，所述回弹轴件与所述仿生椎骨构成轴向脊柱，所述回弹轴件为所述轴向脊柱提供趋于轴向的回弹力；骨盆驱动线，所述骨盆驱动线的连接于尾端的所述仿生椎骨，所述骨盆驱动线延伸至所述仿生骨盆单元的前方且对尾端的仿生椎骨施加位于所述回弹轴件侧方的牵拉力。2.根据权利要求1所述的柔性仿生骨盆推进机构，其特征在于，所述回弹轴件为聚氨酯棒，所述聚氨酯棒沿所述轴向脊柱的轴向延伸，所述聚氨酯棒连接于所述仿生椎骨之间。3.根据权利要求2所述的柔性仿生骨盆推进机构，其特征在于，相邻的两所述仿生椎骨通过竖向销轴连接构成转动副。4.根据权利要求3所述的柔性仿生骨盆推进机构，其特征在于，仿生骨盆单元非摆动状态下，所述竖向销轴的轴线与所述轴向脊柱的轴线垂直相交，所述轴向脊柱的轴线的正上方和正下方分别设置所述回弹轴件。5.根据权利要求4所述的柔性仿生骨盆推进机构，其特征在于，所述仿生椎骨包括椎骨本体和设于椎骨本体上部和下部的连接部，相邻的两所述仿生椎骨构成转动副，所述回弹轴件是串联同侧所有所述连接部之间的聚氨酯棒；所述仿生椎骨的外侧连接廓骨部，所述廓骨部的外侧形成圆周向仿生外形轮廓。6.一种仿海豹尾部驱动装置，包括自前向后轴向依次设置的驱动组件、仿生骨盆单元、仿生胫骨单元、仿生尾鳍单元，所述仿生骨盆单元为权利要求1
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5任一所述的柔性仿生骨盆推进机构。7.根据权利要求6所述的仿海豹尾部驱动装置，其特征在于，所述驱动组件包括骨盆驱动电机、尾鳍驱动电机、骨盆驱动转盘和尾鳍驱动转盘，所述骨盆驱动转盘安装于所述骨盆驱动电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉红，王智杰，王树新，王延辉，李厚存，杨绍琼，牛文栋，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：