CN104309789A 说明 书 2/4页 界中真实鱼类的游动，但由于尾鳍不具备直接可控硅的展向柔性和弦向柔性，因此其仿生 效果跟真实鱼类的尾鳍相比必然会受到一定程度的制约，而且结构复杂、维修更换成本高。 发明内容 [0007]本发明是为解决现有水下仿尾鳍推进装置存在的结构复杂、维修更换成本高、运 动模式单一、仿生效果与自然界中真实鱼类游动有较大差距的问题，进而提供一种驱动关 节内嵌式的柔性多运动模式仿生尾鳍。 [0008]本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的驱动关节内嵌式的柔性多运 动模式仿生尾鳍包括仿生柔性蒙皮、弹性夹持框、第一压电纤维复合材料驱动关节和、个 第二压电纤维复合材料驱动关节：其中N偶数，且N≥2： [0009]弹性夹持框、第一压电纤维复合材料驱动关节和N个第二压电纤维复合材料驱动 关节嵌入柔性蒙皮内，第一压电纤维复合材料驱动关节和N个第二压电纤维复合材料驱动 关节分别与弹性夹持框可拆卸连接，第一压电纤维复合材料驱动关节沿轴向水平布置在仿 生柔性蒙皮的中部，N个第二压电纤维复合材料驱动关节以第一压电纤维复合材料驱动关 节为对称轴对称布置，且N个第二压电纤维复合材料驱动关节向外倾斜。 [0010] 本发明的有益效果是：一、本发明的驱动关节内嵌式的柔性多运动模式仿生尾鳍 直接通过内嵌于仿生柔性蒙皮的压电纤维复合材料(MFC)驱动关节的弯曲变形带动仿生 柔性蒙皮进行偏摆或扭转，以模拟自然界中真实鱼类尾鳍的变形模式，实现有效推进。在本 发明中，规定垂直于第一压电纤维复合材料驱动关节的中心线的方向为展向，第一压电纤 维复合材料驱动关节的长度方向中心线为弦向。由于多数鱼类的尾鳍呈轴对称的几何形 态，且在展向和弦向都具有一定的柔性，因此本发明中根据尾鳍形态布置了三个压电纤维 复合材料(F℃)驱动关节，其中一个布置于仿生柔性蒙皮的中心轴线位置，另两个则对称 地分布于中心轴线的两侧。这种布置方式一方面可以最大限度地利用展向长度空间，使得 运动执行效率更高；另一方面有利于实现防身尾鳍的多种运动模式。 [0011] 二、根据自然界中鱼类利用柔性尾鳍进行推进的水动力学机理，尾鳍作为推进的 重要部件具备相对独立的运动特性，其升潜幅值、摆动角度、摆动频率、击水角度等运动学 参数和形态参数都直接决定了系统的推进速度、推进效率等动力学性能。本发明根据这个 原理，将仿生尾鳍进行模块化设计，做成独立的便于安装、维护和替换的部件。由于压电纤 维复合材料(MF℃)驱动关节是嵌入柔性尾鳍的，因此其运动也会同步复现在柔性尾鳍的变 形上。当三个压电纤维复合材料(FC)驱动关节已有同一侧长生延展时，便会带动仿生柔 性蒙皮产生弯曲变形，在柔性尾鳍的运动形态上体现出来的就是绕垂直于第一压电纤维复 合材料驱动关节的中心线的摆动，此时会产生击水的动作效果：若合理规划、控制压电纤维 复合材料(MFC)驱动关节的弯曲方向和幅值，则可以让柔性胸鳍展现出可控的沿垂直于第 一压电纤维复合材料驱动关节的长度方向中心线传播的波动形态或者绕第一压电纤维复 合材料驱动关节的中心线的扭转摆动形态，即实现本发明提出的多运动模式。 [0012]三、本发明的驱动关节内嵌式的柔性多运动模式仿生尾鳍是通过控制MFC驱动关 节两侧的电压来实现运动的。根据压电纤维复合材料MF℃的动力学特性，在其两端同正向 电压时会产生延展变形，通负向电压时则会产生收缩变形，因此根据仿生尾鳍的运动学模 型来控制F℃驱动关节的通电时间和方向来控制运动时间和变形幅度。对尾鳍上的三个