一种可控变刚度仿生鳍式推进机构

1.本技术涉及水下机器人领域，具体涉及一种可控变刚度仿生鳍式推进机构。

背景技术：

2.随着海洋开发活动越来越频繁和深入，对海洋探测技术和设备的需求也越来越高。在超越潜水极限的恶劣水下环境中，搭载传感器、仪器设备的水下机器人很自然地成为人类延伸自己感知能力的主要工具之一。水下机器人作为一种高技术手段在海洋开发和利用领域的重要性不亚于宇宙火箭在探索宇宙空间中的作用，在勘测海底矿产资源和发现新物种上有巨大的潜力和开发的空间。
3.auv(autonomous underwater vehicle，自行式水下航行器)是水下机器人的典型代表，各国研究机构已开展大量研究。auv通常采用状的外形，并采用螺旋桨驱动方式。但是，螺旋桨驱动方式转弯半径大，不够灵活，且具有高噪声、难以实现小型化、容易形成湍流等问题，不但增加了能耗，还在很大程度上影响了周围的水生物环境。

技术实现要素：

4.因此，本技术的目的在于提供一种用于仿生机器人的变刚度仿生鳍式推进机构，将海龟的肢体结构与运动机理运用到机器人的机构设计与运动控制中，从而提高水下机器人的隐蔽性和推进效率。
5.为此，本技术提供一种变刚度仿生鳍式推进机构，用作仿生鳍式推进机器人的前肢机构，所述推进机构包括变刚度柔性前肢水翼，所述前肢水翼的远端为多关节水翼，近端为刚度调节机构。
6.进一步的，所述刚度调节机构包括依次连接的刚度调节器、弹簧牵引绳、弹簧、多关节水翼牵引绳，多关节水翼牵引绳的远端连接所述多关节水翼。
7.进一步的，所述刚度调节器为舵机，所述刚度调节器的输出轴通过舵盘连接所述弹簧牵引绳。
8.进一步的，所述推进机构还包括前肢驱动关节，所述前肢驱动关节包括前肢摆旋关节、前肢位旋关节、前肢拍旋关节，用于驱动前肢水翼的摆旋、位旋、拍旋运动。
9.进一步的，所述推进机构还包括前肢连接件、前肢关节外壳，所述前肢连接件与所述前肢关节外壳形成水平方向的转动副，所述前肢关节外壳与所述变刚度柔性前肢水翼形成垂直方向的转动副和前肢水翼轴向的转动副。
10.进一步的，所述前肢摆旋关节由前肢摆旋舵机驱动，所述前肢摆旋舵机装配于所述前肢连接件内，所述前肢摆旋舵机的输出轴通过前肢摆旋舵机舵盘、前肢摆旋驱动绳将摆旋运动传递至所述前肢关节外壳上。
11.进一步的，所述前肢位旋关节由前肢位旋舵机驱动，所述前肢位旋舵机装配于所述前肢关节外壳内，所述前肢位旋舵机的输出轴通过前肢位旋舵机舵盘、前肢位旋驱动绳、斜角齿轮组将位旋运动传递至前肢水翼上。
12.进一步的，所述前肢拍旋关节由前肢拍旋舵机驱动，所述前肢拍旋舵机装配于前肢关节外壳内，所述前肢拍旋舵机的输出轴通过前肢拍旋舵机舵盘、前肢拍旋驱动绳、前肢滚轴连接件将拍旋运动传递至前肢水翼上。
13.进一步的，所述前肢滚轴连接件为t型构件，所述前肢滚轴连接件的上侧横杆中空，中空部与拍旋运动的旋转轴连接；所述前肢水翼连接于所述前肢滚轴连接件的中间竖杆末端。
14.进一步的，所述斜角齿轮组包括相啮合的第一斜角齿轮和第二斜角齿轮，所述第一斜角齿轮可旋转的连接于所述前肢滚轴连接件的上侧横杆一端，所述第二斜角齿轮可旋转的连接于所述前肢滚轴连接件的中间竖杆末端，且前肢水翼与第二斜角齿轮固定连接。
15.本技术技术方案，具有如下优点：
16.1.本技术的变刚度仿生鳍式推进机构，以海龟的前肢为模板进行设计，可用作仿生鳍式推进机器人的前肢机构。其中，刚度调节机构包括依次连接的刚度调节器、弹簧牵引绳、弹簧、多关节水翼牵引绳，且多关节水翼牵引绳的远端连接多关节水翼。其中，弹簧本身具有一定的弹性，可对多关节水翼形成柔性连接，此外，可通过刚度调节器主动拉伸弹簧，改变弹簧的长度并进一步改变被弹性牵引的多关节水翼的刚度。如此设计，可在机器人的滑翔模式、扑翼划水模式、爬行模式下自由切换水翼刚度，以适应不用模式的需求。
17.2.本技术的仿生鳍式推进机构为三自由度设计，可实现滑翔推进、扑翼划水推进及爬行等运动模式于一体，相比于常规水下航行器，其具有较高的隐身性能、机动性和推进效率；其中，滑翔模式可实现广域长航时滑行，扑翼划水模式提高机器人隐身性能、机动性及推进效率，并且机器人可以在海底、碎浪带、海滩等地带自由爬行。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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技术的一些实施方式，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。
19.图1为本发明实施例中的仿海龟机器人的整体结构示意图；
20.图2为本发明实施例中的浮力调节舱的内部结构示意图；
21.图3为本发明实施例中的重心调节舱的结构示意图；
22.图4为本发明实施例中的前肢机构的结构示意图；
23.图5为本发明实施例中的后肢机构的结构示意图。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
25.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的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技术的限制。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。
26.在本技术的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
28.本技术提供一种仿海龟机器人，包括躯干1，以及用于仿生鳍式推进的一对前肢机构2和一对后肢机构3。其中，躯干1包括浮力调节舱4和重心调节舱5。前肢机构2连接于躯干1的前端，后肢机构3连接于躯干1的后端。前肢机构2为变刚度仿生鳍式推进机构，后肢机构3为柔性仿生鳍式推进机构。
29.仿海龟机器人的躯干1由海龟状流线型躯干外壳包裹。图1为躯干外壳的局部爆炸示意图，躯干外壳包括背甲11与腹甲12两部分。具体的，仿海龟机器人躯干1的上部由背甲11覆盖，下部由腹甲12包裹，且背甲11和腹甲12固定连接于躯干1的固定架上。
30.仿海龟机器人还包括一头部部件6，头部部件6连接于躯干1的前端。同时，头部部件6上还可设置光学传感器61，如双目相机，可满足机器人的运动规划、环境采集、目标识别等控制和任务需求。仿海龟机器人的躯干1上还装配有电气控制舱7以及驱动控制舱8。其中，电气控制舱7与浮力调节舱4固定连接；驱动控制舱8通过驱动控制舱固定件9套设于重心调节舱5外。电气控制舱7内密封中央控制器，由控制电电路供电，以满足机器人通讯、数据处理和分析功能；驱动控制舱8内密封电机驱动控制器，由动力电电路供电，以满足机器人的电机驱动功能。在此，将控制电和动力电分离，提高机器人整体的可靠性。
31.在一实施例中，仿海龟机器人的浮力调节舱4用于调节机器人所受浮力。如图1所示，浮力调节舱4整体呈柱形(如圆柱形)，其轴向沿躯干1的对称轴设置。当然，在其他实施中，浮力调节舱4还可成其他柱形结构，在此不做限制。仿海龟机器人的重心位置设置于浮力调节舱4的体积范围内，可使仿海龟机器人更稳定的控制上浮和下潜运动。
32.仿海龟机器人的浮力调节舱4包括浮力调节舱外壳，以及设置于浮力调节舱外壳内的吸水/排水体积调节机构。图2为浮力调节舱4的吸水/排水体积调节机构局部爆炸示意图，具体的，吸水/排水体积调节机构包括伸缩管401和伸缩驱动部件。其中，伸缩管401可在轴向改变长度，如波纹管；伸缩驱动部件用于沿伸缩管401的轴向压缩或拉伸伸缩管401，从而减小或增大伸缩管401的容积，以起到利用伸缩管401排水和吸水的作用，从而实现仿海龟机器人的浮力自主调节。
33.在本实施例中，伸缩驱动部件包括第一电机402、第一齿轮组、丝杠组件。如图2所示，第一电机402(如步进电机)的输出轴与第一齿轮组连接。具体的，第一齿轮组包括第一齿403，第二齿404，第三齿405；其中，第一齿403与第一电机402的输出轴固定连接，第二齿404和第三齿405分别与第一齿403齿啮合。从而，在第一电机402的转动下，由第一齿403带动第二齿404和第三齿405转动。
34.如图2所示，上述伸缩驱动部件的丝杠组件包括第一丝杠408、移动板411、第一丝
杠固定底板406、第二丝杠固定底板410、导向杆413。其中，第一丝杠408的两端可转动的分别连接于第一丝杠固定底板406、第二丝杠固定底板410上。移动板411上设有螺纹孔，用于与第一丝杠408螺纹连接；移动板411上设有通孔，用于与导向杆413滑动连接。导向杆413的两端分别固定连接于第一丝杠固定底板406和第二丝杠固定底板410上，导向杆413中段滑动连接移动板411。从而，在第一丝杠408的转动下，移动板411被驱动沿第一丝杠408和导向杆413的轴向移动。在本实施例中，伸缩管401的两端分别连接于移动板411和其中一个丝杠固定底板上(如第二丝杠固定底板410)。并且，伸缩管401的一端封闭，另一端设置出水口，如图2所示，伸缩管401在连接第二丝杠固定底板410的一端设置出水口，相应的，第二丝杠固定底座410上也设置有相应的开口或出水管417。当然，出水口也可设置于连接移动板411一端，或根据伸缩管401与其他丝杠固定底板的连接关系而设置于其他丝杠固定底板上，在此不做限制。由此，在第一丝杠408的转动下，移动板411可沿伸缩管401的轴向压缩或拉伸伸缩管401，从而调节仿海龟机器人的浮力。
35.在本实施例中，第一齿轮组的第二齿404和第三齿405可转动的连接于第一丝杠固定底板406的一侧，且与第一丝杠固定底板406另一侧的丝杠408固定连接，从而，由第一电机402驱动，在第一齿轮组的带动下，使第一丝杠408产生转动。可以理解的是，本实施例中伸缩驱动部件的丝杠可以设置为位置对称的两个，分别与第二齿404和第三齿405对应连接，当然，在其他实施例中，丝杠可以为更少或者更多个，而相应的，丝杠对应连接的齿轮也应为对应数量。
36.在本实施例中，第一丝杠固定底板406和第二丝杠固定底板410上成对的设置有第一导向杆固定件414、第二导向杆固定件415，用于固定连接导向杆413。第一丝杠固定底板406和第二丝杠固定底板410上还成对的设置有第一丝杠固定件407、第二丝杠固定件409，用于固定连接丝杠408，其中，第一丝杠固定件407还与第一齿轮组的第二齿404和/或第三齿405固定连接。移动板411上设置有带通孔的第三导向杆固定件416，第三导向杆固定件416上的通孔用于滑动连接导向杆413；移动板411上还设置有第一丝杠滑盘412，用于在移动板411上形成与丝杠408匹配的螺纹孔。当然，在其他实施例中，成组的第一导向杆固定件414、第二导向杆固定件415、第三导向杆固定件416以及导向杆413也可设置为多组，如图2所示，本实施例设置为位置相对的两组。
37.当然，在至少一个实施例中，上述第二丝杠固定件409、第一导向杆固定件414、第二导向杆固定件415、第三导向杆固定件416、第一丝杠滑盘412与其固定连接板的板也可制成单一部件。
38.在一实施例中，仿海龟机器人的重心调节舱5用于调节机器人的重心位置。如图1所示，重心调节舱5整体呈柱形(如圆柱形)且可设置为两个。两个重心调节舱5轴向平行于躯干1的对称轴设置且分设于躯干1的两侧。当然，在其他实施中，重心调节舱5还可成其他柱形结构，在此不做限制。通过将两个重心调节舱5分别设置于仿海龟机器人的两侧，可便于仿海龟机器人的倾转运动。
39.仿海龟机器人的重心调节舱5包括重心调节舱壳体，以及设置于重心调节舱壳体内的重物位置调节机构。图3为重心调节舱壳体透视的重心调节舱5的结构示意图，具体的，重物位置调节机构包括重块503和位置驱动部件。其中，重块503可以由锂电池组代替，以充分利用仿海龟机器人的各器件，从而减小仿海龟机器人整体体积。重物位置调节机构用于
平行于仿海龟机器人的躯干1的对称轴调节重块503的位置，从而实现仿海龟机器人的重心位置自主调节。
40.在本实施例中，如图3所示，重物位置调节机构包括第二电机501、第二丝杠502。第二电机501(如步进电机)的输出轴与第二丝杠502固定连接。重块503穿设于第二丝杠502上，且在重块503上设有螺纹孔，与第二丝杠502螺纹连接。在一优选的实施例中，重块503的螺纹孔由固定于重块503上的第二丝杠滑盘508形成。在重心调节舱外壳507的内壁上设置有滑轨(图中为示出)，且重块503的外部为重物外壳504，重物外壳504上设置有与上述滑轨向匹配的滑槽。从而，当第二电机501带动第二丝杠502转动时，可推动重块503沿重心调节舱外壳507滑动。可以理解的是，当重块503为锂电池组时，重物外壳504为锂电池组外壳，当然在其他情况下，如重块503和重物外壳504可设置为相同材料，且形成为单一部件，以便于整体加工。
41.在其他实施例中，重心调节舱外壳507的截面可设置成非圆形，重块503或重物外壳504的截面设置成与重心调节舱外壳507的截面相对应的形状，从而当第二电机501带动第二丝杠502转动时，由于非圆形外壳会对重块503的转动产生干涉，从而无需设置滑槽和滑轨，也能实现重块503沿重心调节舱外壳507滑动。
42.如图3所示，重心调节舱壳体除了重心调节舱外壳507，还包括舱前盖504和舱后盖506，且由重心调节舱外壳507、舱前盖504和舱后盖506共同形成一封闭舱体，以保证其内部的电气安全。进一步的，第二电机501固定安装于舱后盖506上，第二丝杠502的延伸端延伸至舱前盖504，从而更大地利用舱内位置调节空间。
43.在本实施例中，躯干1的固定架可以是单一部件，也可以拆分成多个部件，用于连接各个躯干组件，如躯干外壳、浮力调节舱4和重心调节舱5，以及其他功能部件，如前肢机构2、后肢机构3和头部部件6。可以理解的是，固定架的多个部件间可直接连接或可通过躯干组件间接连接。如图1所示，固定架包括第一固定架13和第二固定架14。而且，第一固定架13和第二固定架14均整体呈板状，从而便于加工与安装。其中，第一固定架13位于躯干1的前端，第二固定架14位于躯干1的后端，且分别连接于浮力调节舱4和重心调节舱5的两端。并且，背甲11和腹甲12也固定连接于第一固定架13和第二固定架14上。
44.在本实施例中，仿海龟机器人的前肢机构2为一对变刚度仿生鳍式推进机构。如图4所示，前肢机构2包括前肢驱动关节和变刚度柔性前肢水翼201。其中，前肢驱动关节用于驱动柔性前肢水翼的摆旋、位旋、拍旋运动，变刚度的柔性前肢水翼201用于形成仿生鳍式推进的迎水面。具体的，与上述柔性前肢水翼的摆旋、位旋、拍旋运动对应的，前肢驱动关节包括前肢摆旋关节、前肢位旋关节、前肢拍旋关节。其中，前肢摆旋关节是前肢水翼水平方向的转动关节；前肢位旋关节是前肢水翼轴向的转动关节；前肢拍旋关节是前肢水翼垂直方向的转动关节。在本实施例中，前肢水翼201的远端为多关节水翼205，用于形成迎水面，近端为刚度调节机构206；其中，刚度调节机构206包括依次连接的刚度调节器207、弹簧牵引绳208、弹簧209、多关节水翼牵引绳210，多关节水翼牵引绳210的远端连接多关节水翼205。通过上述设计，由弹簧牵引绳208、弹簧209、多关节水翼牵引绳210形成的弹性牵引绳两端分别连接刚度调节器207和多关节水翼205，可形成多关节水翼205的柔性特征；并且，刚度调节器207可主动拉伸弹簧209，从而改变被弹性牵引的多关节水翼205的关节刚度。刚度调节器207可为舵机，其输出轴通过舵盘220连接弹簧牵引绳208。
45.更具体的，前肢机构2还包括前肢连接件211、前肢关节外壳214(图4中的透视部分)，前肢连接件211与前肢关节外壳214形成转动副，前肢连接件211固定连接于躯干1的第一固定架13上。前肢摆旋关节由前肢摆旋舵机202驱动，且前肢摆旋舵机202装配于前肢连接件211内，前肢摆旋舵机202的输出轴通过前肢摆旋舵机舵盘212及其前肢摆旋驱动绳213将摆旋运动传输至前肢关节外壳214上。
46.进一步的，关节外壳214与前肢水翼201形成两个自由度的转动副。前肢位旋关节由前肢位旋舵机203驱动，且前肢位旋舵机203装配于前肢关节外壳214内，前肢位旋舵机203的输出轴通过前肢位旋舵机舵盘215及其前肢位旋驱动绳将位旋运动传输至第一斜角齿轮216和第二斜角齿轮217构成的齿轮组上，第一斜角齿轮216和第二斜角齿轮217啮合，第二斜角齿轮217与前肢水翼201固定连接，从而可通过前肢位旋舵机203控制前肢水翼201的位旋运动。前肢拍旋关节由前肢拍旋舵机204驱动，且前肢拍旋舵机204装配于前肢关节外壳214内，前肢拍旋舵机204的输出轴通过前肢拍旋舵机舵盘218及其前肢拍旋驱动绳将拍旋运动传输至前肢滚轴连接件219上，前肢水翼201连接于前肢滚轴连接件219上，从而可通过前肢拍旋舵机204控制前肢水翼201的绕轴拍旋运动。前肢滚轴连接件219为t型构件，前肢滚轴连接件219的上侧横杆中空，中空部与拍旋运动的旋转轴连接；第一斜角齿轮216可旋转的连接于前肢滚轴连接件219的上侧横杆一端，第二斜角齿轮217可旋转的连接于前肢滚轴连接件219的中间竖杆末端，且前肢水翼201与第二斜角齿轮217固定连接。
47.在本实施例中，仿海龟机器人的后肢机构3为一对柔性仿生鳍式推进机构。如图5所示，后肢机构3包括后肢驱动关节和柔性后肢水翼301。其中，后肢驱动关节用于驱动柔性后肢水翼的摆旋、位旋、拍旋运动，柔性后肢水翼301用于形成仿生鳍式推进的迎水面。具体的，与上述柔性后肢水翼的摆旋、位旋、拍旋运动对应的，后肢驱动关节包括后肢摆旋关节、后肢位旋关节、后肢拍旋关节。其中，后肢摆旋关节是后肢水翼水平方向的转动关节；后肢位旋关节是后肢水翼轴向的转动关节；后肢拍旋关节是后肢水翼垂直方向的转动关节。具体的，后肢机构3还包括后肢连接件302、后肢关节外壳303(图5中的透视部分)，后肢连接件302和后肢关节外壳303形成转动副，后肢连接件302固定连接于躯干1的第二固定架14上。后肢摆旋关节由后肢摆旋舵机304驱动，且后肢摆旋舵机304装配于后肢连接件302内，后肢摆旋舵机304的输出轴通过后肢摆旋舵机舵盘305及其后肢摆旋驱动绳306将摆旋运动传输至后肢关节外壳303上。
48.进一步的，后肢关节外壳303与后肢水翼301形成两个自由度的转动副。后肢位旋关节由后肢位旋舵机307驱动，且后肢位旋舵机307装配于后肢关节外壳303内，后肢位旋舵机307的输出轴通过后肢位旋舵机舵盘308及其后肢位旋驱动绳将位旋运动传输至第三斜角齿轮309和第四斜角齿轮310构成的齿轮组上，第三斜角齿轮309和第四斜角齿轮310啮合，第四斜角齿轮310与后肢水翼301固定连接，从而可通过后肢位旋舵机307控制后肢水翼301的位旋运动。后肢拍旋关节由后肢拍旋舵机311驱动，且后肢拍旋舵机311装配于后肢关节外壳303内，后肢拍旋舵机311的输出轴通过后肢拍旋舵机舵盘312及其后肢拍旋驱动绳将拍旋运动传输至后肢滚轴连接件313上，后肢水翼401连接于后肢滚轴连接件313上，从而可通过后肢拍旋舵机311控制后肢水翼301的绕轴拍旋运动。此外，后肢水翼301包括柔性主体，用于形成仿生鳍式推进的迎水面；以及后肢水翼连接件314，后肢水翼连接件314的硬度高于柔性主体，以便于与后肢驱动关节的部件固定连接。后肢滚轴连接件313也为t型构建，
后肢滚轴连接件313的上侧横杆中空，中空部与拍旋运动的旋转轴连接；第三斜角齿轮309可旋转的连接于后肢滚轴连接件313的上侧横杆一端，第四斜角齿轮310可旋转的连接于后肢滚轴连接件313的中间竖杆末端，且后肢水翼301与第四斜角齿轮310固定连接。
49.本技术的仿海龟机器人通过浮力调节机构通过压缩波纹管，增加机器人浮力，使机器人产生正浮力而上浮，以及拉伸波纹管，导致舱内空气被压缩，降低机器人浮力，使机器人产生负浮力而下沉。机器人的重心调节舱分别位于浮力调节舱两侧，将电池作为重心改变的重块，重心调节舱内的重块同时前推或后移，会使机器人的重心位置改变；若重块一前一后，会使机器人产生向左前或右前倾斜，从而可以使机器人在滑翔推进时实现转弯。此外，仿海龟机器人的四肢都具有三个自由度，可实现海底及滩涂地带爬行，对于近距离观察具有较大优势，同时，通过前肢水翼和后肢水翼的摆旋、位旋、拍旋运动，可实现机器人的滑翔推进和扑翼划水推进；仿海龟机器人身体扁平，具备较大的升阻比和滑翔比，且使用柔性变刚度水翼，可以实现海中扑翼推进，提高能源利用率。
50.需说明的是，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
51.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本技术创造的保护范围之中。

技术特征：

1.一种变刚度仿生鳍式推进机构，用作仿生鳍式推进机器人的前肢机构，其特征在于，所述推进机构包括变刚度柔性前肢水翼(201)，所述前肢水翼(201)的远端为多关节水翼(205)，近端为刚度调节机构(206)。2.根据权利要求1所述的推进机构，其特征在于，所述刚度调节机构(206)包括依次连接的刚度调节器(207)、弹簧牵引绳(208)、弹簧(209)、多关节水翼牵引绳(210)，多关节水翼牵引绳(210)的远端连接所述多关节水翼(205)。3.根据权利要求2所述的推进机构，其特征在于，所述刚度调节器(207)为舵机，所述刚度调节器(207)的输出轴通过舵盘(220)连接所述弹簧牵引绳(208)。4.根据权利要求1所述的推进机构，其特征在于，所述推进机构还包括前肢驱动关节，所述前肢驱动关节包括前肢摆旋关节、前肢位旋关节、前肢拍旋关节，用于驱动前肢水翼(201)的摆旋、位旋、拍旋运动。5.根据权利要求3所述的推进机构，其特征在于，所述推进机构还包括前肢连接件(211)、前肢关节外壳(214)，所述前肢连接件(211)与所述前肢关节外壳(214)形成水平方向的转动副，所述前肢关节外壳(214)与所述变刚度柔性前肢水翼(201)形成垂直方向的转动副和前肢水翼轴向的转动副。6.根据权利要求5所述的推进机构，其特征在于，所述前肢摆旋关节由前肢摆旋舵机(202)驱动，所述前肢摆旋舵机(202)装配于所述前肢连接件(211)内，所述前肢摆旋舵机(202)的输出轴通过前肢摆旋舵机舵盘(212)、前肢摆旋驱动绳(213)将摆旋运动传递至所述前肢关节外壳(214)上。7.根据权利要求5所述的推进机构，其特征在于，所述前肢位旋关节由前肢位旋舵机(203)驱动，所述前肢位旋舵机(203)装配于所述前肢关节外壳(214)内，所述前肢位旋舵机(203)的输出轴通过前肢位旋舵机舵盘(215)、前肢位旋驱动绳、斜角齿轮组将位旋运动传递至前肢水翼(201)上。8.根据权利要求5或7所述的推进机构，其特征在于，所述前肢拍旋关节由前肢拍旋舵机(204)驱动，所述前肢拍旋舵机(204)装配于前肢关节外壳(214)内，所述前肢拍旋舵机(204)的输出轴通过前肢拍旋舵机舵盘(218)、前肢拍旋驱动绳、前肢滚轴连接件(219)将拍旋运动传递至前肢水翼(201)上。9.根据权利要求8所述的推进机构，其特征在于，所述前肢滚轴连接件(219)为t型构件，所述前肢滚轴连接件(219)的上侧横杆中空，中空部与拍旋运动的旋转轴连接；所述前肢水翼(201)连接于所述前肢滚轴连接件(219)的中间竖杆末端。10.根据权利要求9所述的推进机构，其特征在于，所述斜角齿轮组包括相啮合的第一斜角齿轮(216)和第二斜角齿轮(217)，所述第一斜角齿轮(216)可旋转的连接于所述前肢滚轴连接件(219)的上侧横杆一端，所述第二斜角齿轮(217)可旋转的连接于所述前肢滚轴连接件(219)的中间竖杆末端，且前肢水翼(201)与第二斜角齿轮(217)固定连接。

技术总结

本发明提出一种变刚度仿生鳍式推进机构，用作仿生鳍式推进机器人的前肢机构，所述推进机构包括变刚度柔性前肢水翼，所述前肢水翼的远端为多关节水翼，近端为刚度调节机构；所述刚度调节机构包括依次连接的刚度调节器、弹簧牵引绳、弹簧、多关节水翼牵引绳，多关节水翼牵引绳的远端连接所述多关节水翼。其中，弹簧本身具有一定的弹性，可对多关节水翼形成柔性连接，此外，可通过刚度调节器主动拉伸弹簧，改变弹簧的长度并进一步改变被弹性牵引的多关节水翼的刚度。如此设计，可在机器人的滑翔模式、扑翼划水模式、爬行模式下自由切换水翼刚度，以适应不同模式的需求。以适应不同模式的需求。以适应不同模式的需求。