具有中性浮力的仿生柔性鱼尾及制作方法

1.本发明涉及仿生技术领域，尤其涉及一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾及制作方法。


背景技术：

2.近年来，水下仿生机器人凭借其高效、高机动以及环境友好等特性受到了广泛关注，在海洋资源勘测和自主搜救等水下作业方面表现出了重要研究价值。经典的仿生游动模式包括身体/尾鳍模式(bcf)和中间鳍/对鳍模式(mpf)，其中bcf模式的主要推进力来源于柔顺的尾部摆动，适合执行高效巡游、自主搜索等任务，因而成为了研究热点。为了进一步提高bcf型水下机器人的游动速度和推进能效，科研人员近年来针对柔顺性鱼尾开展了大量研究。通过设计被动关节和柔性机构，研制了多种具有被动柔顺性的仿生鱼尾，极大地优化了水下机器人的游速和能耗，缩小了与生物鱼类的推进性能差距。
3.尽管仿生鱼尾的柔顺性研究较多，现有研究大多针对具体平台展开，缺乏系统和完备的方案，迁移能力有限。kancharala等人在尾柄处设计了被动关节，使用扭簧作为关节的连接，实现了不同的柔顺性，并通过理论和实验验证了性能优化结果；chen等人结合被动关节和柔性尾鳍，基于扭簧和碳纤维板设计了具有高爆发跃水能力的水下仿生机器人，但被动关节的扭簧弹性受限于机构的尺寸，柔顺性的选择难以达到最优；lu等人通过弹簧片连接尾部的两个刚性机舱，加入了两个柔性连接器以模拟生物鱼尾，获得了仿鱼姿态和游速的提升；zhong等人在仿鱼机器人尾部嵌入拉簧机构，拉簧两侧分别连接尾鳍和驱动器，通过驱动器施加在扭簧上的预张紧力实现了尾鳍柔顺性的可控改变，实现了机器人在宽速度范围内的推进效率增益；white等人在尾部加入多个自由关节，在不同频率下开展了广泛的实验测试，结果表明，柔性设计能有效提高游动速度，降低能耗成本。
4.但是，上述的各类仿生鱼尾通过加入柔性组件仅实现了局部的柔顺优化，难以模拟生物鱼尾部整体柔顺拍动的效果。此外，局部柔顺机构常常受限于弹性连接件的尺寸，极大地阻碍了柔性鱼尾性能的提升。


技术实现要素：

5.本发明提供一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾及制作方法，用以解决现有技术中的仿生鱼尾仅实现了局部的柔顺优化难以模拟生物鱼尾部整体柔顺拍动的效果的缺陷，实现一种整体实现了柔顺优化的仿生柔性鱼尾。
6.本发明提供一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾，包括：主骨架板、支撑骨架、固定件和柔性鱼尾外皮；
7.所述主骨架板根据生物鱼尾的形状进行设计，包括主体部和尾鳍，所述主骨架板为弹性金属材料制成；
8.所述支撑骨架根据生物鱼尾的形状进行设计且多个所述支撑骨架分为两组，两组所述支撑骨架对称设置于所述主骨架板的主体部的两个面上，与所述主骨架板组成鱼尾整
体骨架；
9.所述固定件与所述主骨架板远离所述尾鳍的一端连接；
10.所述柔性鱼尾外皮设置于所述固定件和所述鱼尾整体骨架的外表面上，且与所述鱼尾整体骨架形成一密闭的中空气舱，通过所述中空气舱的设置以使所述仿生柔性鱼尾的总重量能够等于所述仿生柔性鱼尾的排水重量，从而使所述仿生柔性鱼尾具有中性浮力的特性。
11.根据本发明提供的一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾，各所述支撑骨架垂直设置于所述主骨架板的主体部的两个面上，且各所述支撑骨架分别与所述主骨架板的轴线垂直设置。
12.根据本发明提供的一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾，所述支撑骨架包括弧形结构和支撑结构，所述支撑结构设置在所述弧形结构的内弧面上。
13.根据本发明提供的一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾，还包括防水膜，所述防水膜设置于所述固定件和所述鱼尾整体骨架的外表面上，位于所述鱼尾整体骨架与所述柔性鱼尾外皮之间。
14.本发明还提供一种水下仿生机器鱼，包括上述任一种所述具有中性浮力的仿生柔性鱼尾和仿生机器鱼主体；
15.所述仿生机器鱼主体通过连接件与所述仿生柔性鱼尾连接，其中所述连接件与所述仿生机器鱼主体转动连接，且所述连接件的转轴与所述仿生机器鱼主体的横剖面垂直，所述连接件与所述仿生柔性鱼尾固定连接。
16.本发明还提供一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，包括：
17.基于生物鱼尾的3d模型，制作仿生柔性鱼尾的主骨架板、支撑骨架和固定件，所述主骨架板包括主体部和尾鳍，所述尾鳍为设置在所述主体部一端的镰刀型结构；
18.将多个所述支撑骨架分为两组，将两组所述支撑骨架分别对称安装于所述主骨架板的主体部的两个面上，与所述主骨架板组成鱼尾整体骨架；
19.将所述鱼尾整体骨架安装于所述固定件上，并在所述鱼尾整体骨架上的非尾鳍部位的外周面上缠绕至少一层防水薄膜以得到浇筑基础；
20.基于所述生物鱼尾的3d模型设计鱼尾模具；
21.将所述鱼尾模具装配到所述浇筑基础上，在所述鱼尾模具与所述浇筑基础之间浇筑硅胶，以在所述浇筑基础外周面上形成硅胶柔性鱼尾外皮，待硅胶凝固后拆除所述鱼尾模具，得到仿生柔性鱼尾；
22.其中，得到的所述仿生柔性鱼尾的重量等于所述仿生柔性鱼尾总重量等于所述仿生柔性鱼尾的排水重量。
23.根据本发明提供的一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，所述基于生物鱼尾的3d模型，制作仿生柔性鱼尾的主骨架板、支撑骨架和固定件，所述主骨架板包括主体部和尾鳍，所述尾鳍为设置在所述主体部一端的镰刀型结构包括：
24.建立所述生物鱼尾的3d模型，根据所述3d模型设计所述主骨架板、所述支撑骨架和所述固定件的形状；
25.根据所述主骨架板、所述支撑骨架、所述固定件和所述柔性鱼尾外皮预使用的材料密度以及所述仿生柔性鱼尾的设计排水重量，确定所述主骨架板、所述支撑骨架和所述
固定件的尺寸；
26.基于所述主骨架板、所述支撑骨架和所述固定件的形状和尺寸，制作所述主骨架板、所述支撑骨架和所述固定件。
27.根据本发明提供的一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，所述基于所述生物鱼尾的3d模型设计鱼尾模具，包括：
28.基于所述生物鱼尾的3d模型，分别设计第一模具、第二模具和第三模具，所述第一模具为所述固定件部分的模具，所述第二模具为所述尾鳍部分的模具，所述第三模具为所述主体部部分的模具。
29.根据本发明提供的一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，所述将所述鱼尾模具装配到所述浇筑基础上，在所述鱼尾模具与所述浇筑基础之间浇筑硅胶，以在所述浇筑基础外周面上形成硅胶柔性鱼尾外皮，待硅胶凝固后拆除所述鱼尾模具，得到仿生柔性鱼尾，包括：
30.将所述第一模具装配在所述浇筑基础的所述固定件的外周，装配成功后在所述第一模具与所述固定件之间浇筑硅胶，直至所述硅胶浸没距离最近的防水薄膜开口处；
31.待所述第一模具中的硅胶凝固后，将所述第二模具装配在所述浇筑基础的所述尾鳍的外周，装配成功后在所述第二模具于所述尾鳍之间浇筑硅胶，直至所述硅胶浸没距离最近的防水薄膜开口处；
32.待所述第二模具中的硅胶凝固后，将所述第三模具装配在所述浇筑基础的所述尾部的外周，装配成功后在所述第三模具于所述尾鳍之间浇筑硅胶；
33.待所述第三模具中的硅胶凝固后，统一拆除所述第一模具、所述第二模具和所述第三模具，获得所述仿生柔性鱼尾。
34.根据本发明提供的一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，通过所述热熔胶将两组所述支撑骨架分别对称安装于所述主骨架板的主体部部的两个面上，以便于所述仿生柔性鱼尾在使用过程中所述热熔胶能够脱落。
35.本发明提供的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾及制作方法，一方面，该仿生柔性鱼尾的主骨架板为弹性金属材料构成且设置有一体化的柔性鱼尾外皮，实现了仿生鱼尾整体的柔顺优化，具有平滑的推进姿态、高推进性能和低能源损耗；另一方面，该仿生柔性鱼尾的重量与该仿生柔性鱼尾的排水重量相同，保证了重力浮力的平衡，具有中性浮力的特性，确保了动态推进性能的稳定性。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1是本发明提供的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾的透视结构示意图；
38.图2是本发明提供的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾的局部剖面结构示意图；
39.图3是本发明提供的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾的爆炸结构示意图；
40.图4是本发明提供的水下仿生机器鱼的结构示意图；
41.图5是本发明提供的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法流程示意图；
42.图6是本发明提供的制作主骨架板、支撑骨架和固定件的方法的流程示意图；
43.图7是本发明提供的鱼尾模具的结构示意图之一；
44.图8是本发明提供的鱼尾模具的结构示意图之二；
45.图9是本发明提供的柔性鱼尾外皮制作方法的流程示意图之一；
46.图10是本发明提供的柔性鱼尾外皮制作方法的流程示意图之二。
47.附图标记：
48.101、主骨架板；102、支撑骨架；103、固定件；104、柔性鱼尾外皮；105、中空气舱；106、仿生机器鱼主体；107、第一模具；108、第二模具；109、第三模具；110、防水膜。
具体实施方式
49.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
50.在本发明实施例的描述中，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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
51.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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实施例中的具体含义。
52.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
54.下面结合图1-图3描述本发明的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾。
55.如图1、2、3中所示，该仿生柔性鱼尾包括：主骨架板101、支撑骨架102、固定件103和柔性鱼尾外皮104；所述主骨架板101根据生物鱼尾的形状进行设计，包括主体部和尾鳍，所述主骨架板101为弹性金属材料制成；所述支撑骨架102根据生物鱼尾的形状进行设计且多个所述支撑骨架102分为两组，两组所述支撑骨架102对称设置于所述主骨架板101的主体部的两个面上，与所述主骨架板101组成鱼尾整体骨架；所述固定件103与所述主骨架板101远离所述尾鳍的一端连接；所述柔性鱼尾外皮104设置于所述固定件103和所述鱼尾整体骨架的外表面上，且与所述鱼尾整体骨架形成一密闭的中空气舱105，通过所述中空气舱105的设置以使所述仿生柔性鱼尾的总重量能够等于所述仿生柔性鱼尾的排水重量，从而使所述仿生柔性鱼尾具有中性浮力的特性。
56.具体的，主骨架板101根据生物鱼尾的形状设计的，为弹性金属材料制成的，厚度在0.3mm～1.0mm之间，仿造生物鱼尾中的鱼脊椎骨和与鱼刺组成的骨架部分，示例性的，该弹性金属材料可以为淬火弹性钢板。支撑骨架102根据生物鱼尾的形状设计的，多个支撑骨架102分为两组，分别设置在主骨架板101的两个面上，且是对称设置的，该支撑骨架102安装后不会影响主骨架板101的摆动，支撑骨架102与主骨架板101形成鱼尾整体骨架。
57.固定件103是用于连接该仿生柔性鱼尾与仿生机器鱼主体的，固定件103与主骨架板101远离尾鳍的一端连接，例如，固定件103上可以设置有插槽，主骨架板101远离尾鳍的一端上可以设置有安装插件，通过将安装插件插入安装槽的方式将固定件103与主骨架板101进行连接，固定件103可以采用尼龙材质制成。柔性鱼尾外皮104包覆在固定件103和鱼尾整体骨架的外面，与鱼尾整体骨架之间形成一密闭的中空气舱105，该柔性鱼尾外皮104可以为硅胶材料制成，具体可采用0度人体硅胶材料一体成型制成。在随着仿真鱼体游动过程中，基于弹性的主骨架板101和柔性鱼尾外皮104，该仿生柔性鱼尾能够展现出平滑的推进姿态。
58.进一步的，通过所述中空气舱105的设置，能够使该仿生柔性鱼尾的总重量等于该仿生柔性鱼尾的排水重量，使得该仿生柔性鱼尾的浮力等于重力。在该仿生柔性鱼尾与仿真机器鱼主体连接后在水中移动时，不需要额外的获得浮力或重力，保证了机器鱼鱼体的姿态平衡和动态推进性能的稳定性。
59.本发明提供的仿生柔性鱼尾，一方面，该仿生柔性鱼尾的主骨架板101为弹性金属材料构成且设置有一体化的柔性鱼尾外皮104，实现了仿生鱼尾整体的柔顺优化，具有平滑的推进姿态、高推进性能和低能源损耗；另一方面，该仿生柔性鱼尾的重量与该仿生柔性鱼尾的排水重量相同，保证了重力浮力的平衡，具有中性浮力的特性，确保了动态推进性能的稳定性。
60.在一个实施例中，各所述支撑骨架102垂直设置于所述主骨架板101的主体部的两个面上，且各所述支撑骨架102分别与所述主骨架板101的轴线垂直设置。
61.具体的，如图3所示，各支撑骨架102垂直设置于主骨架板101的主体部的两个面上，且与主骨架板101的轴线垂直设置，骨架板的轴线即是主骨架板101上对应鱼脊椎骨位置的线。该支撑骨架102可以固定设置在主骨架板101上，也可以通过柔性鱼尾外皮104将其包覆设置在主骨架板101上，支撑骨架102和固定件103均可以为尼龙材质制成。
62.在一个实施例中，所述支撑骨架102包括弧形结构和支撑结构，所述支撑结构设置在所述弧形结构的内弧面上。
63.具体的，支撑骨架102包括弧形结构和支撑结构，支撑结构设置在所述弧形结构的内弧面上，用于在仿生柔性鱼尾在收到侧方的压力时，减小支撑骨架102的形变。
64.在一个实施例中，还包括防水膜110，所述防水膜110设置于所述固定件103和所述鱼尾整体骨架的外表面上，位于所述鱼尾整体骨架与所述柔性鱼尾外皮104之间。
65.具体的，该仿生柔性鱼尾还可以包括设置在固定件103和鱼尾整体骨架的外表面上，位于鱼尾整体骨架与柔性鱼尾外皮104之间的防水膜110，一方面提高防水性，进一步进一步保证中空气舱的密封性，另一方面在仿生柔性鱼尾制作过程中辅助支撑柔性鱼尾外皮104的硅胶浇筑。
66.本发明还提供一种水下仿生机器鱼，包括上述任一种所述的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾和仿生机器鱼主体106；所述仿生机器鱼主体106通过连接件与所述仿生柔性鱼尾连接，其中所述连接件与所述仿生机器鱼主体转动连接，且所述连接件的转轴与所述仿生机器鱼主体的横剖面垂直，所述连接件与所述仿生柔性鱼尾固定连接。
67.具体的，参考图4中所示，水下仿真机器鱼是由仿生机器鱼主体和仿生柔性鱼尾构成的，两者通过连接件连接。示例性的，该连接件可以包括两片，一片设置在靠近仿生机器鱼主体106背脊一侧，一片设置在靠近仿生机器鱼主体106鱼肚一侧。该连接件的一端与仿生机器鱼主体106是转动连接的，转轴与所述仿生机器鱼主体的横剖面垂直，横剖面即是与仿生柔性鱼尾的主骨架板101垂直，沿着鱼体方向的剖面。连接件另一端与固定件103固定连接，例如可以是通过螺钉固定连接的。如此的连接方式使得仿生机器鱼主体106移动时，仿生柔性鱼尾可以模拟生物鱼尾进行摆动提供推力。
68.本发明提供的水下仿真机器鱼，一方面，该水下仿真机器人具有整体柔顺的仿生柔性鱼尾，具有平滑的推进姿态、高推进性能和低能源损耗，另一方面，该水下仿真机器人的仿生柔性鱼尾的重量与该仿生柔性鱼尾的排水重量相同，保证了重力浮力的平衡，具有中性浮力的特性，确保了动态推进性能的稳定性。
69.本发明还提供一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，可以用于制作上述仿生柔性鱼尾，如图5中所示，该方法包括：
70.s501：基于生物鱼尾的3d模型，制作仿生柔性鱼尾的主骨架板101、支撑骨架102和固定件103，所述主骨架包括主体部和尾鳍，所述尾鳍为设置在所述主体部一端的镰刀型结构。
71.s502：将多个所述支撑骨架102分为两组，将两组所述支撑骨架102分别对称安装于所述主骨架板101的主体部的两个面上，与所述主骨架板101组成鱼尾整体骨架。
72.s503：将所述鱼尾整体骨架安装于所述固定件103上，并在所述鱼尾整体骨架上的非尾鳍部位的外周面上缠绕至少一层防水薄膜以得到浇筑基础。
73.s504：基于所述生物鱼尾的3d模型设计鱼尾模具。
74.s505：将所述鱼尾模具装配到所述浇筑基础上，在所述鱼尾模具与所述浇筑基础之间浇筑硅胶，以在所述浇筑基础外周面上形成硅胶柔性鱼尾外皮104，待硅胶凝固后拆除所述鱼尾模具，得到仿生柔性鱼尾；其中，得到的所述仿生柔性鱼尾的重量等于所述仿生柔性鱼尾总重量等于所述仿生柔性鱼尾的排水重量。
75.本发明提供的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，一方面，该仿生柔性鱼尾的主骨架板101为弹性金属材料构成且设置有一体化的柔性鱼尾外皮104，实现了仿生鱼尾
整体的柔顺优化，具有平滑的推进姿态、高推进性能和低能源损耗；另一方面，该仿生柔性鱼尾的重量与该仿生柔性鱼尾的排水重量相同，保证了重力浮力的平衡，具有中性浮力的特性，确保了动态推进性能的稳定性。
76.在一个实施例中，如图6中所示，所述基于生物鱼尾的3d模型，制作仿生柔性鱼尾的主骨架板101、支撑骨架102和固定件103，所述主骨架板101包括主体部和尾鳍，所述尾鳍为设置在所述主体部一端的镰刀型结构，包括：
77.s601：建立所述生物鱼尾的3d模型，根据所述3d模型设计所述主骨架板101、所述支撑骨架102和所述固定件103的形状。
78.s602：根据所述主骨架板101、所述支撑骨架102、所述固定件103和所述柔性鱼尾外皮104预使用的材料密度以及所述仿生柔性鱼尾的设计排水重量，确定所述主骨架板101、所述支撑骨架102和所述固定件103的尺寸。
79.s603：基于所述主骨架板101、所述支撑骨架102和所述固定件103的形状和尺寸，制作所述主骨架板101、所述支撑骨架102和所述固定件103。
80.具体的，因为生物鱼尾的3d模型应该与制成的仿生柔性鱼尾的形状大小相同，因此根据3d模型设计的主骨架板101和支撑骨架102在组合后应当比3d模型的外轮廓小，以给柔性鱼尾外皮104留有余量。其中主骨架板101的厚度在0.3mm～1.0mm之间，柔性鱼尾外皮部分采用0度人体硅胶材料。
81.为使得制作而成的仿生柔性鱼尾的重量能够无限接近仿生柔性鱼尾的排水量。在制作时，基于生物鱼尾的3d模型的排水体积，计算仿生柔性鱼尾的设计排水重量md，从而计算得到重定向静浮力fs＝m
d-m
all
。理想状态下，最佳的静浮力满足fs＝0。
82.在工程考虑下，初步设定静浮力略大于0，即具体操作是在确定所述主骨架板101、所述支撑骨架102和所述固定件103的材料后，通过尺寸的调整，如主骨架板的薄厚，支撑骨架的粗细，使其在加上预估的柔性鱼尾外皮104的估计重量后比仿生柔性鱼尾的排水重量略小预设值。即使得排水量相较仿生柔性鱼尾的整体初步设定重量有冗余，由此在设置柔性鱼尾外皮104阶段可以根据机构实际重量对硅胶用量进行微调，从而便于实现中性浮力的效果。
83.在一个实施例中，如图7和图8中所示，所述基于所述生物鱼尾的3d模型设计鱼尾模具，包括：
84.基于所述生物鱼尾的3d模型，分别设计第一模具107、第二模具108和第三模具109，所述第一模具107为所述固定件103部分的模具，所述第二模具108为所述尾鳍部分的模具，所述第三模具109为所述主体部部分的模具。
85.具体的，在设置生物鱼尾的3d模型时，为便于后续硅胶的浇筑，可以对多个部分分别设置模具，以便于后续可以分段浇筑。
86.在一个实施例中，如图9和图10中所示，所述将所述鱼尾模具装配到所述浇筑基础上，在所述鱼尾模具与所述浇筑基础之间浇筑硅胶，以在所述浇筑基础外周面上形成硅胶柔性鱼尾外皮104，待硅胶凝固后拆除所述鱼尾模具，得到仿生柔性鱼尾，包括：
87.s901：将所述第一模具107装配在所述浇筑基础的所述固定件103的外周，装配成功后在所述第一模具107与所述固定件103之间浇筑硅胶，直至所述硅胶浸没距离最近的防
水薄膜开口处。
88.s902：待所述第一模具107中的硅胶凝固后，将所述第二模具108装配在所述浇筑基础的所述尾鳍的外周，装配成功后在所述第二模具108于所述尾鳍之间浇筑硅胶，直至所述硅胶浸没距离最近的防水薄膜开口处。
89.s903：待所述第二模具108中的硅胶凝固后，将所述第三模具109装配在所述浇筑基础的所述尾部的外周，装配成功后在所述第三模具109于所述尾鳍之间浇筑硅胶。
90.s904：待所述第三模具109中的硅胶冷却凝固后，统一拆除所述第一模具107、所述第二模具108和所述第三模具109，获得所述仿生柔性鱼尾。
91.具体的，在对浇筑基础浇筑硅胶时进行分段浇筑，首先浇筑固定件103外周和尾鳍外周，以便于先将防水薄膜的开口处进行浇筑密封，具体浇筑时可以先浇筑固定件103外周后浇筑尾鳍外周，也可以先浇筑尾鳍外周后浇筑固定件103外周，待固定件103外周和尾鳍外周浇筑凝固后再浇筑主体部外周，根据需要，第三模具109上还需要设置浇筑口。
92.在拆除模具时，最后一分部浇筑完成并凝固后统一进行拆除。
93.在一个实施例中，通过所述热熔胶将两组所述支撑骨架102分别对称安装于所述主骨架板101的主体部的两个面上，以便于所述仿生柔性鱼尾在使用过程中所述热熔胶能够脱落。
94.具体的，采用热熔胶将两组支撑骨架102分别对称安装于主骨架板101的尾部的两个面上，在之后仿生柔性鱼尾使用过程中会随着运动脱落，支撑骨架102的弧形结构被所述柔性鱼尾外皮的硅胶材料包裹，以随着所述柔性鱼尾外皮的摆动与所述主骨架板产生位置偏移，使得仿生柔性鱼尾的灵活性更好。
95.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾，其特征在于，包括：主骨架板、支撑骨架、固定件和柔性鱼尾外皮；所述主骨架板根据生物鱼尾的形状进行设计，包括主体部和尾鳍，所述主骨架板为弹性金属材料制成；所述支撑骨架根据生物鱼尾的形状进行设计且多个所述支撑骨架分为两组，两组所述支撑骨架对称设置于所述主骨架板的主体部的两个面上，与所述主骨架板组成鱼尾整体骨架；所述固定件与所述主骨架板远离所述尾鳍的一端连接；所述柔性鱼尾外皮设置于所述固定件和所述鱼尾整体骨架的外表面上，且与所述鱼尾整体骨架形成一密闭的中空气舱，通过所述中空气舱的设置以使所述仿生柔性鱼尾的总重量能够等于所述仿生柔性鱼尾的排水重量，从而使所述仿生柔性鱼尾具有中性浮力的特性。2.根据权利要求1所述的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾，其特征在于，各所述支撑骨架垂直设置于所述主骨架板的主体部的两个面上，且各所述支撑骨架分别与所述主骨架板的轴线垂直设置。3.根据权利要求去2所述的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾，其特征在于，所述支撑骨架包括弧形结构和支撑结构，所述支撑结构设置在所述弧形结构的内弧面上。4.根据权利要求1至3任一项所述的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾，其特征在于，还包括防水膜，所述防水膜设置于所述固定件和所述鱼尾整体骨架的外表面上，位于所述鱼尾整体骨架与所述柔性鱼尾外皮之间。5.一种水下仿生机器鱼，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的具有中性浮力的仿生柔性鱼尾和仿生机器鱼主体；所述仿生机器鱼主体通过连接件与所述仿生柔性鱼尾连接，其中所述连接件与所述仿生机器鱼主体转动连接，且所述连接件的转轴与所述仿生机器鱼主体的横剖面垂直，所述连接件与所述仿生柔性鱼尾固定连接。6.一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，其特征在于，包括：基于生物鱼尾的3d模型，制作仿生柔性鱼尾的主骨架板、支撑骨架和固定件，所述主骨架板包括主体部和尾鳍，所述尾鳍为设置在所述主体部一端的镰刀型结构；将多个所述支撑骨架分为两组，将两组所述支撑骨架分别对称安装于所述主体部的两个面上，与所述主骨架板组成鱼尾整体骨架；将所述鱼尾整体骨架安装于所述固定件上，并在所述鱼尾整体骨架上的非尾鳍部位的外周面上缠绕至少一层防水薄膜以得到浇筑基础；基于所述生物鱼尾的3d模型设计鱼尾模具；将所述鱼尾模具装配到所述浇筑基础上，在所述鱼尾模具与所述浇筑基础之间浇筑硅胶，以在所述浇筑基础外周面上形成硅胶柔性鱼尾外皮，待硅胶凝固后拆除所述鱼尾模具，得到仿生柔性鱼尾；其中，得到的所述仿生柔性鱼尾的重量等于所述仿生柔性鱼尾总重量等于所述仿生柔性鱼尾的排水重量。7.根据权利要求6所述具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，其特征在于，所述基于
生物鱼尾的3d模型，制作仿生柔性鱼尾的主骨架板、支撑骨架和固定件，所述主骨架板包括主体部和尾鳍，所述尾鳍为设置在所述主体部一端的镰刀型结构，包括：建立所述生物鱼尾的3d模型，根据所述3d模型设计所述主骨架板、所述支撑骨架和所述固定件的形状；根据所述主骨架板、所述支撑骨架、所述固定件和所述柔性鱼尾外皮预使用的材料密度以及所述仿生柔性鱼尾的设计排水重量，确定所述主骨架板、所述支撑骨架和所述固定件的尺寸；基于所述主骨架板、所述支撑骨架和所述固定件的形状和尺寸，制作所述主骨架板、所述支撑骨架和所述固定件。8.根据权利要求6所述具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，其特征在于，所述基于所述生物鱼尾的3d模型设计鱼尾模具，包括：基于所述生物鱼尾的3d模型，分别设计第一模具、第二模具和第三模具，所述第一模具为所述固定件部分的模具，所述第二模具为所述尾鳍部分的模具，所述第三模具为所述主体部部分的模具。9.根据权利要求8所述具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，其特征在于，所述将所述鱼尾模具装配到所述浇筑基础上，在所述鱼尾模具与所述浇筑基础之间浇筑硅胶，以在所述浇筑基础外周面上形成硅胶柔性鱼尾外皮，待硅胶凝固后拆除所述鱼尾模具，得到仿生柔性鱼尾，包括：将所述第一模具装配在所述浇筑基础的所述固定件的外周，装配成功后在所述第一模具与所述固定件之间浇筑硅胶，直至所述硅胶浸没距离最近的防水薄膜开口处；待所述第一模具中的硅胶凝固后，将所述第二模具装配在所述浇筑基础的所述尾鳍的外周，装配成功后在所述第二模具于所述尾鳍之间浇筑硅胶，直至所述硅胶浸没距离最近的防水薄膜开口处；待所述第二模具中的硅胶凝固后，将所述第三模具装配在所述浇筑基础的所述尾部的外周，装配成功后在所述第三模具于所述尾鳍之间浇筑硅胶；待所述第三模具中的硅胶凝固后，统一拆除所述第一模具、所述第二模具和所述第三模具，获得所述仿生柔性鱼尾。10.根据权利要求6至9任一项所述具有中性浮力的仿生柔性鱼尾制作方法，其特征在于，通过所述热熔胶将两组所述支撑骨架分别对称安装于所述主骨架板的主体部的两个面上，以便于所述仿生柔性鱼尾在使用过程中所述热熔胶能够脱落。

技术总结
本发明提供一种具有中性浮力的仿生柔性鱼尾和制作方法。该仿生柔性鱼尾包括：主骨架板、支撑骨架、固定件和柔性鱼尾外皮；主骨架板根据生物鱼尾的形状进行设计，包括主体部和尾鳍，主骨架板为弹性金属材料制成；支撑骨架根据生物鱼尾的形状进行设计且多个支撑骨架分为两组，两组支撑骨架对称设置于主骨架板的主体部的两个面上，与主骨架板组成鱼尾整体骨架；固定件与主骨架板远离尾鳍的一端连接；柔性鱼尾外皮设置于固定件和鱼尾整体骨架的外表面上，且与鱼尾整体骨架形成一密闭的中空气舱，通过中空气舱的设置以使仿生柔性鱼尾的总重量能够等于仿生柔性鱼尾的排水重量。该仿生柔性鱼尾是一种整体实现了柔顺优化的仿生柔性鱼尾。性鱼尾。性鱼尾。


技术研发人员：喻俊志 吴正兴 仝茹 王健 陈迪 谭民
受保护的技术使用者：中国科学院自动化研究所
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/5/23