[实用新型]线驱动多关节水下矢量推进装置及其仿生机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及在水中使用的仿生机构领域，尤其涉及的是一种噪音小、推进效率高的线驱动多关节水下矢量推进装置及其仿生机构。

背景技术

仿生机构指的是模拟生物运动的构造形态和功能而制作的机构。随着人类在水面以及水下活动的增加，模仿鱼类游动的装置以及机构越来越多，例如鱼尾推进装置。与传统的螺旋桨驱动相比，仿鱼尾推进装置通过鱼尾的往复摆动而产生推力，其摆动频率低，噪音小，推进效率高，不仅可实现推进还可以对方向进行控制。

现有的仿鱼尾推进装置仅可实现平面内的摆动或波动，以模仿鲹科类鱼尾的摆动或鳗状类鱼身的波动，但缺少可以在空间摆动以提供任意方向推力的推进功能。

例如，现有技术中包括鱼形外壳、若干节骨架、电池和接收控制电路板的遥控多关节仿生机器鱼，每节骨架由舵机、固定架和摆动连接架构成。虽然这样类型的设计可以实现平面内鱼尾的摆动或波动，但只能通过鱼尾控制机器鱼偏航方向，而不能控制机器鱼俯仰方向。同时，该类设计的每一个关节需要一个驱动器，导致系统结构复杂，控制困难。

又如，现有技术中包括A/D变换器、中央控制器、驱动器和弹性薄板的仿鱼形的机器人控制尾鳍水下推进装置，通过控制弹性薄板的往复摆动，为机器鱼提供向前推进和左右转弯方向的控制。但该类设计中，弹性薄板的摆动仅为平面摆动，只能控制左右转弯，也无法控制机器鱼俯仰运动。

再如，现有技术中包括鱼身、鱼尾、重心改变装置的三维运动仿生机器鱼，通过鱼尾的摆动提供向前的推力，通过重心改变装置控制游动方向，以及现有技术中包括鱼壳体、胸鳍、尾部、浮力调节部分的仿生机器鱼，通过尾部的摆动提供推力，由电机带动胸鳍拍动控制机器鱼游动方向。虽然这两种设计中的机器鱼都可以实现三维运动，但其运动方向通过鱼尾外的重心改变装置或胸鳍控制，与单纯依靠鱼尾控制运动方向相比，增加了系统的复杂性。

通过上述分析可知，现有技术中的仿鱼尾水下推进机构中鱼尾只能实现平面内的摆动或波动，为机器鱼提供向前的推力和控制左右转弯，而机器鱼的俯仰大都需要由另外的系统进行控制。因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种线驱动多关节水下矢量推进装置，可在推进水下航行器的同时控制其偏航和俯仰方向。

同时，本实用新型还提供一种使用驱动器数量少、结构紧凑、易于控制的仿生机构。

本实用新型的技术方案如下：一种线驱动多关节水下矢量推进装置，其中：该装置包括柔性软管、椎骨和驱动线，所述椎骨由一中心柱和非同一平面内的至少三片翅片组成，所述中心柱上设置有中心孔，所述柔性软管从所述中心孔中穿过以串连多节椎骨，所述椎骨的一端设置有凹球面，所述椎骨的另一端设置有凸球面，前一节椎骨的凸球面适配在后一节椎骨的凹球面中形成一球面关节，每一翅片上各设置有一线孔，同一侧翅片上的线孔中由一根驱动线穿过，用于通过交替收紧放松不同侧翅片上的驱动线，带动所述椎骨绕相应的球面关节朝不同方向转动。

所述的线驱动多关节水下矢量推进装置，其中：同一节椎骨后端面翅片的高度低于其前端面翅片的高度，且后一节椎骨前端面翅片的高度适配前一节椎骨后端面翅片的高度。

所述的线驱动多关节水下矢量推进装置，其中：所述翅片上的线孔走向与该翅片的外边沿走向相一致。

所述的线驱动多关节水下矢量推进装置，其中：所述椎骨上翅片的数量设置为四片，并呈十字型均布在所述中心柱的侧壁上。

所述的线驱动多关节水下矢量推进装置，其中：位于所述椎骨凸球面一端的中心孔处设置有外喇叭口，所述外喇叭口的锥度与相邻两节椎骨之间的最大倾斜角度相一致。

所述的线驱动多关节水下矢量推进装置，其中：所述凹球面位于所述椎骨的前端，所述凸球面位于所述椎骨的后端，该推进装置还包括连接在最后一节椎骨后端的末节椎骨，所述末节椎骨也由一中心柱和非同一平面内的至少三片翅片组成，每一翅片上也各设置有一线孔，所述末节椎骨的前端设置有适配最后一节椎骨凸球面的凹球面，所述末节椎骨的后端设置为连通该凹球面的中心孔以适配所述柔性软管穿过。

所述的线驱动多关节水下矢量推进装置，其中：所述末节椎骨前端面翅片的高度适配最后一节椎骨后端面翅片的高度，所述末节椎骨后端面翅片的高度与该末节椎骨中心柱的侧壁相齐平。

所述的线驱动多关节水下矢量推进装置，其中：该推进装置还包括连接在所述末节椎骨后端面上的尾盖，所述尾盖上设置有适配插入所述末节椎骨中心孔的尾盖中心柱以及适配该末节椎骨线孔以固定所述驱动线的尾盖定位孔。