[发明专利]变刚度的平面串并联仿生摆动推进机构

权利要求书

1.一种变刚度的平面串并联仿生摆动推进机构，其特征在于：

包括多个“T”型结构刚性体单元和多个模拟鱼体侧向肌单元(2)，每个“T”型结构单元包括模拟鱼肋骨的刚性体(1)和模拟鱼脊椎的刚性体(4)，模拟鱼脊椎的刚性体(4)的一端与模拟鱼肋骨的刚性体(1)的中间位置铰接；模拟鱼脊椎的刚性体的另外一端与下一个模拟鱼肋骨的刚性体中间位置铰接，从而使多个“T”型结构刚性体单元依次互相串联；模拟鱼体侧向肌单元(2)包括弹簧(2-1)和阻尼器(2-2)，弹簧(2-1)的两端分别与阻尼器(2-2)的两端连接，第一个“T”型结构单元的模拟鱼肋骨的刚性体(1)的一侧与模拟鱼体侧向肌单元(2)的一端连接，该模拟鱼体侧向肌单元(2)的另外一端与下一个“T”型结构单元的模拟鱼肋骨的刚性体的一侧连接，每个“T”型结构单元另外一侧的连接结构也相同，从而使整体机构形成平面超冗余串并联机构，若对首端“T”型结构单元施加正旋的驱动力矩，则该串并联机构能够产生平面往复摆动的运动。

2.根据权利要求1所述的一种变刚度的平面串并联仿生摆动推进机构，其特征在于：所述的首端驱动力矩和各结构单元对应的刚性体的刚度计算方法如下，

步骤1：选取所要拟合的鱼体波和平面串并联机构的几何参数

选取鱼游动时鱼体发生最大弯曲时鱼体波形成的包络线为所要拟合曲线，由生物观测得到；

确定串并联机构的几何参数，包括“T”型结构刚性体单元的个数N，第i个“T”型结构刚性体单元的模拟鱼肋骨的刚性体长度r_i和模拟鱼脊椎的刚性体的长度h_i，连接在“T”型结构刚性体单元之间的模拟鱼体侧向肌单元的弹簧未变形之间的长度l_0i；

对于结构参数确定的平面串并联机构，转动惯量I_i，相对转角θ_maxi，结构单元的变形尺寸f(θ_maxi+1)均为非零常数，则第k个串并联结构单元中弹簧所对应的刚度k_i的计算表达式为：

ki+1=f(θmaxi)f(θmaxi+1)ki+Iiθmaxif(θmaxi+1)ω2(i=1,2,3...,n-1),]]>kn=Iiθmaxnf(θmaxn)ω2---(6)]]>

I_i为第i节结构单元对应的转动惯量；ω为串并联机构的驱动频率；

根据平面串并联机构弹性力的传递性以及被动驱动的特点，根据(6)可由末端结构单元逐一递推求解该串并联机构各结构单元对应的刚度k_i和首端驱动源的驱动力矩M₁＝k₁f(θ_max1)；

其中，将需拟合的包络线与串并联结构对应，以串并联结构单元为旋转体，其旋转中心为包络线上的离散点，将连续的包络线曲线离散为多段折线段，在起始点处建立以水平线为x轴的平面直角坐标系，确定各离散点的坐标值，计算出每段折线段与水平轴之间的夹角θ_i0，然后计算后一段折线相对于前一段折线的相对转角θ_maxi；

其具体计算方法为：在直角坐标系中，设相邻离散点A，B，C的坐标分别为：(x_a，y_a)，(x_b，y_b)，(x_c，y_c)，该三点确定两段直线段AB和BC，设其与x轴之间的夹角为θ_a0、θ_b0，则θa0=arctanyb-yaxb-xa,]]>θb0=arctanyc-ybxc-xb;]]>

设直线段AB与BC之间的相对转角为θ_maxb，则θ_maxb＝|θ_b0-θ_a0|。