具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图6所示，根据本发明的具体实施例提供了一种仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统，该仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统具体包括：主轴10、转动轴20、多个传动齿轮组30、固定环框40、多个扭转环框50、摆动电机60和扭转电机70。主轴10为空心直杆，主轴10根部的一端与摆动电机60连接，摆动电机60驱动主轴10绕摆动电机60的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的上下拍动，主轴10套设于转动轴20外侧，主轴10具有沿主轴10轴向间隔设置的多个弧形开槽和多个传动齿轮组安装支架11，多个传动齿轮组安装支架11位于主轴10外侧，多个传动齿轮组安装支架11用于安装多个传动齿轮组30，多个弧形开槽与多个传动齿轮组安装支架11和多个传动齿轮组30一一对应设置，固定环框40和多个扭转环框50沿主轴10轴向间隔套设于主轴10外侧，固定环框40固定连接于主轴10靠近摆动电机60的一侧，多个扭转环框50通过多个传动齿轮组30与转动轴20转动连接，多个扭转环框50与多个传动齿轮组30一一对应设置，扭转电机70位于固定环框40内，转动轴20的一端与扭转电机70连接，扭转电机70驱动转动轴20绕转动轴20的轴线作往复转动，转动轴20通过多个传动齿轮组30带动多个扭转环框50绕转动轴20的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的扭转运动。

应用此种配置方式，提供了一种仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统，该仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统通过摆动电机60驱动主轴10绕摆动电机60的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的上下拍动，扭转电机70驱动转动轴20通过多个传动齿轮组30带动多个扭转环框50绕转动轴20的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的扭转运动，实现了仿生胸鳍拍动与扭转的耦合运动，胸鳍摆动角度幅值和频率及扭转角度幅值和频率均可实现自由设计。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中仿胸鳍推进驱动机构结构复杂，环境适应性差，环框运动角度不能实现线性运动且机构可靠性低的技术问题。

进一步地，在本发明中，为了适配转动轴20与多个扭转环框50之间的转动连接，可配置传动齿轮组30为包括多个齿轮的减速装置，扭转环框50具有扭转环框转动齿轮51，转动轴20具有多个转动轴齿轮21，转动轴20通过转动轴齿轮21依次带动传动齿轮组30中的齿轮和扭转环框转动齿轮51以实现扭转环框50的转动。

作为本发明的一个具体实施例，传动齿轮组30可包括两个或三个齿轮。例如，如图5所示，任一传动齿轮组30包括第一齿轮31、第二齿轮32和第三齿轮33，第二齿轮32与转动轴齿轮21啮合，第一齿轮31和第二齿轮32同轴连接，第三齿轮33分别与第一齿轮31和扭转环框转动齿轮51啮合。

此外，在本发明中，环框是仿胸鳍推进驱动机构内部的支撑骨架，为了更好地进行胸鳍的仿生模拟，从主轴10根部至翼尖方向，固定环框40和多个扭转环框50的剖面形状与仿生胸鳍沿展向的截面形状保持相同，固定环框40和多个扭转环框50的相邻间距以及多个扭转环框50的数量可根据实际仿生需要设置。作为本发明的一个具体实施例，如图1所示，仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统可包括六个扭转环框50。

进一步，在本发明中，为了更好地进行胸鳍的仿生模拟，可根据多个扭转环框50不同的扭转角度需求配置多个传动齿轮组30不同的减速比。由此，转动轴20在扭转电机70的驱动下带动多个扭转环框50绕转动轴20的轴线作不同角度的旋转。

作为本发明的一个具体实施例，多个扭转环框50的扭转角度从主轴10根部至翼尖逐渐增大，扭转环框50的转动角度和与其连接的传动齿轮组30的减速比对应，多个传动齿轮组30的减速比从主轴10根部至翼尖递增。例如，可配置多个传动齿轮组30的减速比从主轴10根部至翼尖依次为1:6、1:3、1:2、1:1.5、1:1.2、1:1。第一齿轮31和第二齿轮32的半径比按照上述减速比设计。

此外，在本发明中，为了进一步减轻仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统的重量，可配置主轴10的半径从根部至翼尖逐渐减小，转动轴20为空心圆柱轴。

作为本发明的一个具体实施例，为了便于对多个扭转环框50转动角度的控制，可设置多个弧形开槽和多个传动齿轮组安装支架11沿主轴10的同一径向设置。弧形开槽可实现传动齿轮组30与转动轴20之间的运动传递。

进一步地，在本发明中，为了实现多个扭转环框50与主轴10之间的连接，仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统还包括多个滚动轴承80，多个扭转环框50通过多个滚动轴承80与主轴10转动连接，多个扭转环框50与多个滚动轴承80一一对应设置。

此外，在本发明中，为了进一步减轻仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统的重量，可配置固定环框40和多个扭转环框50为薄板环形框架结构。

进一步地，在本发明中，为了实现传动齿轮组30的安装，可配置传动齿轮组30的轴心固定在主轴10的传动齿轮组安装支架11上。

此外，在本发明中，为了实现仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统的仿生模拟，仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统还包括蒙皮90，固定环框40和多个扭转环框50的外形与蒙皮90相切。作为本发明的一个具体实施例，可配置蒙皮90为柔性蒙皮。

进一步地，在本发明中，摆动电机60和扭转电机70均可选为旋转电机，摆动电机60的输出轴与主轴10的一端连接，摆动电机60的输出轴中心线与胸鳍展向的截面平行，转动轴20具有转向齿轮22，扭转电机70的输出轴通过转向齿轮22与转动轴20连接。

应用上述配置方式，本发明的仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统采用单主轴+齿轮驱动+环框+蒙皮的形式，通过摆动电机60驱动主轴10带动扭转电机70、固定环框40和多个扭转环框50绕摆动电机60的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的上下周期性拍动，扭转电机70驱动转动轴20通过多个传动齿轮组30带动多个扭转环框50绕转动轴20的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的扭转运动，将主轴摆动+环框扭转组合实现仿生胸鳍拍动与扭转的耦合运动。本发明的仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统可指导仿生胸鳍运动机构设计，支撑仿生胸鳍推进方案设计。

本发明还提供了一种仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统的设计方法，具体步骤如下。

步骤一，环框设计。提取水下仿生胸鳍三维模型及仿生胸鳍运动机构设计输入，沿仿生胸鳍展向设计多个环框，其中一个为根部的固定环框，其余为扭转环框，扭转环框沿胸鳍根部至翼尖的方向按等间距分布，环框内设计为薄板支撑的框架结构。

步骤二，空心主轴设计。根据仿生胸鳍沿展向的剖面特征，设计主轴为变径的空心圆柱，确定主轴与摆动电机连接方式，设计固定环框与主轴的固定连接结构，扭转环框通过滚动轴承与主梁的连接结构。

步骤三，转动轴设计。根据外部空心主轴尺寸的约束及机构强度要求，确定转动主轴尺寸及材料；确定转动轴与扭转电机的连接方式、转动轴与扭转环框之间齿轮的连接方式。

步骤四，传动齿轮组设计。根据扭转环框位置、最大扭转角度和转动轴转动角度要求，设计齿轮组减速比，根据需要设计传动齿轮组。

步骤五，确定摆动电机和扭转电机。根据仿生胸鳍运动机构设计的输入，提取摆动电机和扭转电机的性能、三维模型以及电机在样机上的安装位置。

步骤六，外部蒙皮设计。根据仿胸鳍水动数据确定蒙皮外部压力，根据胸鳍运动形式确定蒙皮变形量，由此确定胸鳍蒙皮材料，最后将蒙皮与环框紧密联合，通过仿真，如图8所示，对比胸鳍驱动机构系统的仿真模拟图和真实鱼类胸鳍摆动形状图，确定本发明的仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统设计合理可行。

综上所述，本发明提供了一种仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统，该仿胸鳍推进航行器胸鳍驱动机构系统通过摆动电机驱动主轴绕摆动电机的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的上下拍动，扭转电机驱动转动轴通过多个传动齿轮组带动多个扭转环框绕转动轴的轴线作往复转动以实现仿生胸鳍的扭转运动，实现了仿生胸鳍拍动与扭转的耦合运动，胸鳍摆动角度幅值和频率及扭转角度幅值和频率均可实现自由设计。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中仿胸鳍推进驱动机构结构复杂，环境适应性差，环框运动角度不能实现线性运动且机构可靠性低的技术问题。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。