本发明属于水下机器人，涉及一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构。
背景技术：
1、仿生机器鱼是一种具有高机动性、高隐蔽性和低噪声的新型水下机器人，广泛应用在水下资源勘探、水下设备巡检、水下生物观测和水下考古等方面。仿生胸鳍作为机器鱼的推进机构和位姿调整机构，能够显著提高机器鱼的游动性能和稳定性。因此，研究者希望能够模仿鱼类胸鳍骨骼结构设计出一款兼顾游动效率和稳定性的胸鳍驱动机构。
2、现有研究表明，胸鳍驱动机构的既要实现前后拍翼运动、上下拍翼运动、摇翼运动以及其中两者或三者的复合运动，又需要自适应调整胸鳍在鱼体上的安装位姿。然而，现有的胸鳍机构只是实现拍翼或摇翼运动，忽略了不同鱼类胸鳍在鱼体上的生长位置，也就是说在进行仿生胸鳍机构设计时没有考虑到胸鳍的安装位姿。本发明既能完成前后拍翼运动、上下拍翼运动、摇翼运动以及其中两者或三者的复合运动，又能够解决不同仿生鱼类胸鳍生长位置不同的问题，从而自适应调整三自由度仿生胸鳍机构的安装位置。
技术实现思路
1、针对技术背景中的问题，本发明提供一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，能够实现三自由运动的同时调整胸鳍机构安装位姿。
2、本发明提供一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，安装于仿生机器鱼鱼头内部控制胸鳍鳍面运动。其特征在于：包括内齿轮架，第一合页，第二合页，右侧三自由仿生胸鳍机构和左侧三自由仿生胸鳍机构，以右侧三自由仿生胸鳍机构为例包括顶板，前后拍翼舵机，前后拍翼齿轮组，顶板连接轴，顶板轴承，上下拍翼舵机架，上下拍翼舵机，上下拍翼舵柄，上下拍翼齿轮组，第一上下拍翼轴，第二上下拍翼轴，第一上下拍翼轴承，第二上下拍翼轴承，拍翼从动齿轮轴承，拍翼主动齿轮轴，拍翼主动齿轮轴承，齿轮压板，底板连接轴，底板轴承，底板，摇翼舵机架，摇翼舵机，摇翼舵柄，胸鳍摆动杆，位姿舵机，第一位姿齿轮以及第二位姿齿轮，左侧三自由仿生胸鳍机构为右侧三自由仿生胸鳍机构关于内齿轮架中间平面的镜像；所述左侧三自由仿生胸鳍机构和所述右侧三自由仿生胸鳍机构均连接于所述内齿轮架，分别可独立控制胸鳍摆动杆实现左右两侧前后拍翼运动、上下拍翼运动，摇翼运动以及调整胸鳍机构位姿；所述内齿轮架固定至机器鱼本体内。
3、作为进一步的技术方案，所述右侧三自由仿生胸鳍机构一侧通过底板连接至所述第一合页和所述第二合页，所述第一合页和所述第二合页连接至所述内齿轮架，所述右侧三自由仿生胸鳍机构另一侧通过位姿齿轮连接至齿轮架内齿上；所述左侧三自由仿生胸鳍机构一侧通过底板连接至所述第一合页和所述第二合页，所述第一合页和所述第二合页连接至所述内齿轮架，所述左侧三自由仿生胸鳍机构另一侧通过位姿齿轮连接至齿轮架内齿上。
4、作为进一步的技术方案，所述内齿轮架与所述底板均通过连接螺栓和连接螺母与所述第一合页和所述第二合页连接固定。
5、作为进一步的技术方案，所述上下拍翼舵机架一侧通过螺栓和螺母连接至所述顶板连接轴，所述顶板连接轴通过所述顶板轴承连接至所述顶板；所述上下拍翼舵机架另一侧通过螺栓连接至所述底板连接轴，所述底板连接轴通过所述底板轴承连接至所述底板；所述顶板连轴和所述底板连接轴中轴承使得所述上下拍翼舵机架具有旋转自由度。
6、作为进一步的技术方案，所述上下拍翼舵机通过螺栓固定至所述上下拍翼舵机架，上下拍翼舵机输出轴连接于所述上下拍翼齿轮组的主动齿轮，上下拍翼齿轮组的从动齿轮连接至拍翼齿轮轴，拍翼齿轮轴一端连接至摇翼舵机架控制胸鳍摆动杆的上下转动运动，拍翼齿轮轴的另一端连接至齿轮压板的轴承孔，齿轮压板连接至上下拍翼舵机架。
7、作为进一步的技术方案，所述前后拍翼舵机安装至所述顶板，前后拍翼舵机输出轴连接至前后拍翼齿轮组的主动齿轮，前后拍翼齿轮组的从动齿轮通过顶板连接轴连接至上下拍翼舵机架，控制胸鳍摆动杆的前后转动运动；所述顶板通过螺栓和螺母连接至所述底板。
8、作为进一步的技术方案，所述胸鳍摆动杆通过螺栓和螺母连接至所述摇翼舵柄，所述摇翼舵柄连接至摇翼舵机输出轴，摇翼舵机转动控制所述胸鳍摆动杆实现摇翼运动；所述摇翼舵机通过螺栓安装至所述摇翼舵机架，所述摇翼舵机架通过第一上下拍翼轴和第二上下拍翼轴分别连接至第一上下拍翼轴承和第二上下拍翼轴承，第一上下拍翼轴承和第二上下拍翼轴承连接至所述上下拍翼舵机架，使得摇翼舵机架具有旋转自由度。
9、作为进一步的技术方案，所述位姿舵机通过螺栓安装至所述底板，所述第一位姿齿轮和第二位姿齿轮连接至所述位姿舵机输出轴，通过位姿舵机控制位姿齿轮转动，实现胸鳍机构位姿的调整。
10、作为进一步的技术方案，所述齿轮组均连接于对应舵机输出轴、旋转轴；所述齿轮组和转动轴之间的连接方式均采用键连接，前后拍翼齿轮组为锥齿轮，上下拍翼齿轮组为平齿轮，传动比均为1:1；位姿齿轮组为平齿轮，内外啮合，传动比为7:34。
11、作为进一步的技术方案，所述位姿舵机是双轴舵机，所述前后拍翼舵机、上下拍翼舵机和摇翼舵机均为单轴舵机。
12、作为进一步的技术方案，提供一种机器鱼，包含上述的一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构。
13、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
14、本发明的有益效果为：
15、该机构可同时对左侧和右侧胸鳍进行驱动，且左右两侧为独立三自由度运动。
16、安装位姿自适应有利于实现机器鱼胸鳍输出轴的位姿，增强了机器鱼的仿生性，通过调节胸鳍输出轴位姿的不同增大机器鱼胸鳍推力、减小阻力，提高运动效率。
1.一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，安装于仿生机器鱼鱼头内部控制胸鳍鳍面运动；其特征在于：包括内齿轮架，第一合页，第二合页，右侧三自由仿生胸鳍机构和左侧三自由仿生胸鳍机构，以右侧三自由仿生胸鳍机构为例包括顶板，前后拍翼舵机，前后拍翼齿轮组，顶板连接轴，顶板轴承，上下拍翼舵机架，上下拍翼舵机，上下拍翼舵柄，上下拍翼齿轮组，第一上下拍翼轴，第二上下拍翼轴，第一上下拍翼轴承，第二上下拍翼轴承，拍翼从动齿轮轴承，拍翼主动齿轮轴，拍翼主动齿轮轴承，齿轮压板，底板连接轴，底板轴承，底板，摇翼舵机架，摇翼舵机，摇翼舵柄，胸鳍摆动杆，位姿舵机，第一位姿齿轮以及第二位姿齿轮，左侧三自由仿生胸鳍机构为右侧三自由仿生胸鳍机构关于内齿轮架中间平面的镜像；所述左侧三自由仿生胸鳍机构和所述右侧三自由仿生胸鳍机构均连接于所述内齿轮架，分别可独立控制胸鳍摆动杆实现左右两侧前后拍翼运动、上下拍翼运动，摇翼运动以及调整胸鳍机构位姿；所述内齿轮架固定至机器鱼本体内。
2.根据权利要求1所述的一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，其特征在于：所述右侧三自由仿生胸鳍机构一侧通过底板连接至所述第一合页和所述第二合页，所述第一合页和所述第二合页连接至所述内齿轮架，所述右侧三自由仿生胸鳍机构另一侧通过位姿齿轮连接至齿轮架内齿上；所述左侧三自由仿生胸鳍机构一侧通过底板连接至所述第一合页和所述第二合页，所述第一合页和所述第二合页连接至所述内齿轮架，所述左侧三自由仿生胸鳍机构另一侧通过位姿齿轮连接至齿轮架内齿上。
3.根据权利要求2所述的一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，其特征在于：所述内齿轮架与所述底板均通过连接螺栓和连接螺母与所述第一合页和所述第二合页连接固定。
4.根据权利要求1所述的一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，其特征在于：所述上下拍翼舵机架一侧通过螺栓和螺母连接至所述顶板连接轴，所述顶板连接轴通过所述顶板轴承连接至所述顶板；所述上下拍翼舵机架另一侧通过螺栓连接至所述底板连接轴，所述底板连接轴通过所述底板轴承连接至所述底板；所述顶板连轴和所述底板连接轴中轴承使得所述上下拍翼舵机架具有旋转自由度。
5.根据权利要求4所述的一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，其特征在于：所述上下拍翼舵机通过螺栓固定至所述上下拍翼舵机架，上下拍翼舵机输出轴连接于所述上下拍翼齿轮组的主动齿轮，上下拍翼齿轮组的从动齿轮连接至拍翼齿轮轴，拍翼齿轮轴一端连接至摇翼舵机架控制胸鳍摆动杆的上下转动运动，拍翼齿轮轴的另一端连接至齿轮压板的轴承孔，齿轮压板连接至拍翼舵机架。
6.根据权利要求1所述的一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，其特征在于：所述前后拍翼舵机安装至所述顶板，前后拍翼舵机输出轴连接至前后拍翼齿轮组的主动齿轮，前后拍翼齿轮组的从动齿轮通过顶板连接轴连接至拍翼舵机架，控制胸鳍摆动杆的前后转动运动；所述顶板通过螺栓和螺母连接至所述底板。
7.根据权利要求1所述的一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，其特征在于：所述胸鳍摆动杆通过螺栓和螺母连接至所述摇翼舵柄，所述摇翼舵柄连接至摇翼舵机输出轴，摇翼舵机转动控制所述胸鳍摆动杆实现摇翼运动；所述摇翼舵机通过螺栓安装至所述摇翼舵机架，所述摇翼舵机架通过第一上下拍翼轴和第二上下拍翼轴分别连接至第一上下拍翼轴承和第二上下拍翼轴承，第一上下拍翼轴承和第二上下拍翼轴承连接至所述上下拍翼舵机架，使得摇翼舵机架具有旋转自由度。
8.根据权利要求1所述的一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，其特征在于：所述位姿舵机通过螺栓安装至所述底板，所述第一位姿齿轮和第二位姿齿轮连接至所述位姿舵机输出轴，通过位姿舵机控制位姿齿轮转动，实现胸鳍机构位姿的调整。
9.根据权利要求1所述的一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，其特征在于：所述齿轮组均连接于对应舵机输出轴、旋转轴；所述齿轮组和转动轴之间的连接方式均采用键连接，前后拍翼齿轮组为锥齿轮，上下拍翼齿轮组为平齿轮，传动比均为1:1；位姿齿轮组为平齿轮，内外啮合，传动比为7:34。
10.根据权利要求1所述的一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构，其特征在于：所述位姿舵机是双轴舵机，所述前后拍翼舵机、上下拍翼舵机和摇翼舵机均为单轴舵机。
11.一种机器鱼，其特征在于，包含如权利要求1-10所述的一种位姿自适应的三自由度仿生胸鳍机构。
