一种仿生驱动装置的制作方法

1.本发明涉及仿生技术领域，具体涉及一种仿生的驱动装置以及仿生机器鱼。


背景技术：

2.鱼类和鲸豚类等海洋生物经过亿万年的自然选择和环境适应，进化出了集推进和机动运动于一体的推进机制，获得了非凡的水中运动能力，其游动的高效率。随着鱼类推进机理研究的深入，机器人技术、仿生学、电子技术、材料科学和控制技术的新发展，模拟鱼类游动机理的水下仿生机器鱼受到了国内外的广泛关注。专利文献如cn101314404a、cn104627342a等公开了一些仿生机器鱼，其包括多个摆动关节，每个关节处由一个驱动装置直接驱动。其仿生鱼均存在仿生度不高，摆动生硬，结构以及控制复杂、可靠性差、制造成本高等问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明期望提供一种仿生机器鱼驱动装置以及仿生机器鱼，结构简单，运动灵活，可大规模推广应用。
4.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
5.本发明提供了一种仿生驱动装置，包括：
6.驱动组件，所述驱动组件包括安装壳体、第一驱动装置、第二驱动装置，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置分别包括第一驱动轴和第二驱动轴；
7.摆动组件，所述摆动组件包括第一摆动件、第二摆动件、第一枢轴、第二枢轴，所述第一摆动件的前端通过所述第一枢轴活动连接于所述驱动组件的后端，所述第二摆动件的前端通过所述第二枢轴活动连接于所述第一摆动件的后端；
8.传动组件，所述传动组件包括第一传动组件、第二传动组件；
9.所述第一驱动轴传动连接第一传动组件，第一传动组件带动第一摆动件绕所述第一枢轴转动实现摆动；所述第二驱动轴传动连接第二传动组件，所述第二传动组件进一步通过次级传动装置带动第二摆动件绕所述第二枢轴转动实现摆动。
10.可选地，所述摆动组件进一步包括柔性摆动片，所述柔性摆动片半包围连接于所述第一摆动件和所述第二摆动件，所述柔性摆动片的前端与所述安装壳体连接。
11.可选地，所述第一摆动件以及所述第二摆动件的外侧都分别包括至少一个拓展连接结构，所述柔性摆动片通过所述拓展连接结构固定于所述第一摆动件以及所述第二摆动件的外周。
12.可选地，所述第一传动组件、第二传动组件为齿轮传动组件；进一步地，所述第一传动组件以及第二传动组件为齿轮传动套筒，套设于所述第一枢轴上。
13.可选地，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置对称安装于所述安装壳体内部，所述第一驱动轴、第二驱动轴相对或者相反；
14.可选地，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴同在一个轴线上；
15.可选地，所述第一驱动装置以及所述第二驱动装置为伺服电机。
16.可选地，所述驱动组件进一步包括所述第一驱动装置以及所述第二驱动装置的防水结构。
17.可选地，所述次级传动装置可以是皮带轮、链条、齿轮传动轴结构，优选皮带轮，其中主动皮带轮套设于所述第一枢轴，从动皮带轮套设于所述第二枢轴。
18.可选地，所述第一摆动件在前端与所述第一枢轴连接的中部位置处形成所述主动皮带轮的安装空间，在后端与所述第二枢轴连接的中部位置处形成所述从动皮带轮的安装空间；进一步地，所述第一摆动件的前端包括第一双耳接头，所述第一双耳接头内部空间形成所述主动皮带轮的安装空间；所述第一摆动件的后端包括第二双耳接头，所述第二双耳接头内部空间形成所述第二枢轴以及所述从动皮带轮的安装空间。
19.可选地，所述第一双耳接头的下接头中部与所述第一传动组件传动连接。可选地，所述第一双耳接头的下接头中部与所述第一传动组件通过非圆形的形状配合实现传动连接。
20.可选地，所述第二传动组件穿过所述第一双耳接头的上接头与所述主动皮带轮实现传动连接。可选地，所述第一双耳接头上接头为圆形中空结构，与所述第二传动组件外壁活动连接。
21.可选地，所述第一传动组件、所述第二传动组件，所述第一摆动件、所述第二摆动件为部分镂空结构。
22.可选地，所述第二摆动件后端可拆卸地连接尾鳍。
23.可选地，所述第一摆动件以及所述第二摆动件的外周包括多个扩展连接结构。
24.可选地，所述第一摆动件以及第二摆动件外部整体包覆有柔性随动骨架结构，所述柔性随动骨架结构可跟随所述第一摆动件以及第二摆动件进行相应地摆动。
25.可选地，所述柔性随动骨架结构包括上脊柱结构、下脊柱结构和多个肋结构。
26.可选地，所述肋结构为环形结构，所述上脊柱结构和所述下脊柱结构分别连接于所述环形结构的上下端内部。
27.可选地，所述肋结构上包括背鳍或腹鳍结构。
28.可选地，所述上/下脊柱结构包括多个脊柱关节，所述脊柱关节包括转轴、叉形连接件以及固定插销。
29.可选地，所述上/下脊柱结构的第一个脊柱关节的叉形连接件与所述第一枢轴连接，前一个脊柱关节的转轴位于后一个脊柱关节的叉形连接件之间依次形成串联结构；叉形连接件以及转轴包括供固定插销连接的通孔。
30.可选地，所述脊柱关节的转轴固定安装于所述柔性摆动片上。
31.可选地，所述肋结构的数量为3
‑
8个。
32.可选地，所述柔性随动骨架结构的外部包括装饰性覆盖物。
33.可选地，所述仿生驱动装置进一步包括控制系统、电池。
34.一种仿生机器鱼，包括前所任一一项仿生驱动装置。
35.本发明提供的仿生机器鱼传动结构，包括驱动组件、摆动组件；其中摆动组件具备第一摆动件与第二摆动件，第一摆动件与第二摆动件可以独立的控制摆动，相比于传统单摆动结构，其模拟鱼类仿生运动更加真实。此外，本发明在摆动件的外部包覆有柔性随动骨
架结构，实现了类型鱼类自然的脊柱肋骨结构，摆动运动进一步自然真实，并且方便根据不同的鱼类调整不同形状的随动骨架外形。本发明提供的仿生机器鱼驱动装置将两个独立的驱动装置均设置于仿生机器鱼的驱动组件，相对于现有技术中双驱动装置分别安装于两个铰接点的方案，本发明提供的仿生驱动装置在摆动控制上更加简单，即使单个摆动件的摆动也能实现贴近真实仿生摆动的效果。本发明使得驱动装置的布局更加紧凑，对驱动装置的防水处理也更加容易。由于驱动装置全部设置于驱动组件内，摆动组件摆动件的结构也更加简单可靠，厚度更小，对真实扁平形状的鱼类仿生也更加真实自然，科技感更强。
附图说明
36.图1为本发明实施例仿生机器鱼整体三维示意图；
37.图2为本发明实施例仿生机器鱼的动力传动三维示意图；
38.图3为本发明实施例仿生机器鱼的第一传动链路示意图；
39.图4为本发明实施例仿生机器鱼的第二传动链路示意图；
40.图5为本发明实施例仿生机器鱼的柔性随动骨架结构整体三维示意图。
41.图中，主要附图标记说明如下：
42.1驱动组件；1
‑
1安装壳体；1
‑
2a第一驱动装置；1
‑
2b第二驱动装置；1
‑
3a第一驱动轴；1
‑
3b第二驱动轴；1
‑
4a第一传动组件；1
‑
4b第二传动组件；2摆动组件；2
‑
1尾鳍；2
‑
2柔性摆动片；2
‑
3背鳍(腹鳍)；2
‑
4肋结构；2
‑
5脊柱关节转轴；2
‑
6脊柱关节单元；2
‑
7插销；2
‑
8a上脊柱结构；2
‑
8b下脊柱结构；3
‑
1第一枢轴；3
‑
2第二枢轴；4摆动件；4
‑
1第一摆动件；4
‑1‑
1第一双耳接头；4
‑1‑
2第二双耳接头；4
‑
2第二摆动件；4
‑
3拓展连接结构；5次级传动机构；5
‑
1主动皮带轮；5
‑
2从动皮带轮；5
‑
3皮带。
具体实施方式
43.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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发明和简化描述，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发明的限制。
45.在本发明的描述中，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发明中的具体含义。
46.此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外
的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
47.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
48.应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。
49.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
50.参见附图1
‑
5，图1为本发明实施例仿生机器鱼整体三维示意图，图2为本发明实施例仿生机器鱼的动力传动三维示意图，为了便于展示传动结构的内部结构，图2中省略了部分部件。图3
‑
图4分别为本发明实施例仿生机器鱼的第一以及第二传动链路示意图，为了方便展示第一驱动装置1
‑
2a以及第二驱动装置1
‑
2b的传动链路，省略了其他无关结构。图5为本发明实施例仿生机器鱼的柔性随动骨架结构整体三维示意图。
51.参见图1
‑
2，仿生机器鱼的驱动装置，包括驱动组件1和摆动组件2；所述驱动组件1内包括第一驱动装置1
‑
2a和第二驱动装置1
‑
2b，所述第一驱动装置 1
‑
2a和所述第二驱动装置1
‑
2b分别包括第一驱动轴1
‑
3a和第二驱动轴1
‑
3b；所述摆动组件2包括第一摆动件4
‑
1、第二摆动件4
‑
2、第一枢轴3
‑
1、第二枢轴3
‑
2、摆动传动装置，所述第一摆动件4
‑
1的前端通过所述第一枢轴3
‑
1活动连接于所述驱动组件1的后端，所述第二摆动件4
‑
2的前端通过所述第二枢轴 3
‑
2活动连接于所述第一摆动件4
‑
1的后端；所述摆动传动装置包括第一传动组件1
‑
4a以及第二传动组件1
‑
4b，所述第一驱动轴1
‑
3a和所述第二驱动轴1
‑
3b 分别传动连接第一传动组件1
‑
4a以及第二传动组件1
‑
4b，所述第一传动组件 1
‑
4a以及第二传动组件1
‑
4b均套设于所述第一枢轴3
‑
1上；第一传动组件1
‑
4a 带动第一摆动件4
‑
1绕所述第一枢轴3
‑
1转动实现摆动，第二传动组件1
‑
4b通过次级传动装置5带动第二摆动件4
‑
2绕所述第二枢轴3
‑
2转动实现摆动。可选地，所述摆动组件进一步包括柔性摆动片2
‑
2，所述柔性摆动片2
‑
2在纵向包围连接于所述第一摆动件4
‑
1和所述第二摆动件4
‑
2，所述柔性摆动片2
‑
1的上下前端与所述第一枢轴3
‑
1连接。所述第一摆动件4
‑
1以及所述第二摆动件4
‑
2 的上下两侧都分别至少包括一个拓展连接结构4
‑
3；所述柔性摆动片2
‑
2通过多个所述拓展连接结构4
‑
3固定于所述第一摆动件4
‑
1以及所述第二摆动件4
‑
2 的外周。由于柔性摆动片2
‑
2的存在，在第一摆动件4
‑
1和第二摆动件4
‑
2的摆动路径上形成一定的柔性约束，这样使得第一摆动件4
‑
1和第二摆动件4
‑
2 的摆动更加柔和自然，更加贴近真实鱼类的样子，而没有纯机械摆动的生硬感。可选地，所述驱动组件进一步包括所述第一驱动装置1
‑
2a以及所述第二驱动装置1
‑
2b的防水结构(图中未示出)。在一些实施例中，参见图2，所述驱动组件 1包括流线型安装壳体1
‑
1，所述第一驱动装置1
‑
2a和所述第二驱动装置1
‑
2b 上下对称安装
于所述安装壳体1
‑
1内部。流线型安装壳体1
‑
1的形状可以根据不同鱼的类型进行相应的外形设计，所述安装壳体1
‑
1内部还可以设置相应的驱动装置安装结构以及防水结构，保障电路部件的可靠性。
52.在一些实施例中，参见图2
‑
4，所述第一驱动装置1
‑
2a的第一驱动轴1
‑
3a 和所述第二驱动装置1
‑
2b的第二驱动轴1
‑
3b同在一个轴线上；这样方便对称地对传动结构进行共轴布局。可选地，所述次级传动装置5可以是皮带轮、链条、齿轮传动轴结构，以便能将能所述驱动组件内的驱动装置的旋转运动传递至后方的所述第二摆动件4
‑
2上，优选采用皮带轮传动，参见图4，其中主动皮带轮5
‑
1套设于所述第一枢轴3
‑
1上，从动皮带轮3
‑
2套设于所述第二枢轴3
‑
2 上，主动皮带轮5
‑
1通过皮带5
‑
3将所述第二驱动装置1
‑
2b的转动传递至后方的所述第二摆动件4
‑
2上。
53.在一些实施例中，参见图2、4，所述第一摆动件4
‑
1的前端包括第一双耳接头4
‑1‑
1，所述第一双耳接头4
‑1‑
1内部空间形成所述主动皮带轮5
‑
1的安装空间。
54.在一些实施例中，参见图3
‑
4，所述第一双耳接头4
‑1‑
1的下接头中部与所述第一传动组件1
‑
4a传动连接。可选地，所述第一双耳接头4
‑1‑
1的下接头中部与所述第一传动组件1
‑
4a通过非圆形的形状配合实现传动连接。
55.在一些实施例中，参见图3
‑
4，所述第二传动组件1
‑
4b穿过所述第一双耳接头4
‑1‑
1的上接头与所述主动皮带轮5
‑
1实现传动连接。可选地，所述第一双耳接头上接头4
‑1‑
1为圆形中空结构，与所述第二传动组件1
‑
4b外壁活动连接。
56.在一些实施例中，参见附图3
‑
4，所述第一摆动件4
‑
1的后端包括第二双耳接头4
‑1‑
2，所述第二双耳接头4
‑1‑
2内部空间形成所述第二枢轴3
‑
2以及所述从动皮带轮5
‑
2的安装空间。
57.在一些实施例中，所述第一传动组件1
‑
4a、所述第二传动组件1
‑
4b，所述第一摆动件4
‑
1、所述第二摆动件4
‑
2为部分镂空结构。
58.在一些实施例中，参见图1
‑
2，所述第二摆动件4
‑
2后端可拆卸地连接尾鳍2
‑
1。在一些实施例中，所述第一摆动件4
‑
1以及所述第二摆动件4
‑
2的外周包括多个扩展连接结构4
‑
3。在一些实施例中，所述第一摆动件4
‑
1以及第二摆动件4
‑
2外部整体包覆有柔性随动骨架结构，所述柔性随动骨架结构可跟随所述第一摆动件4
‑
1以及第二摆动件4
‑
2进行相应地摆动。
59.在一些实施例中，参见图5，所述柔性随动骨架结构包括上脊柱结构2
‑
8a、下脊柱结构2
‑
8b和多个肋结构2
‑
4。可选地，所述肋结构2
‑
4为环形结构，所述上脊柱结构2
‑
8a和所述下脊柱结构2
‑
8b分别连接于所述环形结构的上下端内部。可选地，所述肋结构2
‑
4上包括背鳍和/或腹鳍2
‑
3结构。可选地，所述上/下脊柱结构包括多个脊柱关节，所述脊柱关节包括转轴2
‑
5、叉形连接件2
‑
6 以及固定插销2
‑
7。可选地，所述上/下脊柱结构的前端的第一个脊柱关节的叉形连接件2
‑
6与所述第一枢轴3
‑
1连接，前一个脊柱关节的转轴2
‑
5位于后一个脊柱关节的叉形连接件2
‑
6之间依次形成串联结构；叉形连接件2
‑
6以及转轴2
‑
5包括供固定插销2
‑
7连接的通孔，所述固定插销2
‑
7将所述肋结构2
‑
4 连接于所述脊柱关节上。可选地，所述脊柱关节的转轴2
‑
5固定安装于所述柔性摆动片2
‑
2上。可选地，所述柔性随动骨架结构的外部包括装饰性覆盖物。
60.尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性
的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。
61.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
62.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略。
63.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
64.类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
65.本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
66.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
67.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。