一种柔性线驱动海豚的制作方法

本发明属于水下仿生机器人技术领域，具体涉及一种柔性线驱动海豚。

背景技术：

在水下仿生机器人领域，仿生海豚拥有着比鱼类更为优越的游动性能、低扰动特性。常规的刚性结构仿生海豚仿生效果较不理想，驱动效率较低。现有柔性海豚部分内部仍具有刚性传动结构，仿生效果提升有限。

技术实现要素：

本申请提供了一种柔性线驱动海豚，其目的在于解决传统刚性仿生海豚仿生效果欠佳，动作不自然，以及部分柔性仿生海豚在驱动方式上存在的缺陷。

一种柔性线驱动海豚，包括海豚头部、海豚躯体、海豚尾部、海豚胸鳍、海豚背鳍，海豚胸鳍包括左胸鳍、右胸鳍，所述海豚头部内装有驱动头部俯仰动作的头部俯仰驱动器，用于安装外接附加件的通用连接头，用于观察用的摄像头及led补光灯，用于自动避障的避障模块，用于测量水底距离的超声波探头，所述海豚躯体的前部左侧设有两自由度的左胸鳍驱动器组，所述左胸鳍通过胸鳍内骨架与左胸鳍驱动器组连接，所述海豚躯体前部右侧设有两自由度的右侧胸鳍驱动器组，所述右胸鳍通过胸鳍内骨架与右胸鳍驱动器组连接，所述海豚背鳍连接于海豚躯体的上部，所述海豚躯体的后部和海豚尾部连接，海豚尾部内设有尾部驱动器组，所述海豚头部的正前方设有连接件通用接口，该连接件通用接口内部安装有磁铁，通过磁铁吸附达到固定外部部件的目的，所述海豚头部后侧设有头部俯仰驱动器连接口，所述头部俯仰驱动器连接口内安装有头部俯仰驱动器。

进一步，所述海豚头部安装有用于俯仰动作的头部俯仰驱动器，用于驱动海豚头部进行俯仰动作，限制俯仰角度在-15°～+15。

进一步，所述海豚头部的内部安装有摄像及led补光系统，摄像及led补光系统包括摄像头、led照明灯密封舱、摄像头模块、led灯组、系统电源模组、图像传输模组、天线模组，所述摄像头模块与led灯组均与电源模组相连接。

进一步，所述海豚头部的内部安装有o字型外接附加件连接头，所述o字型外接附加件连接头包括连接凹槽、连接螺栓孔，所述海豚头部的内部安装有用于测量水底距离的超声波模块，所述测量水底距离的超声波模块包括密封装置、单片机、超声波探头、通讯线缆。

进一步，所述海豚头部的内部安装有用于避障的两只超声波模块，两只超声波模块分别包括超声波模块、密封桶、通讯线缆，所述两只超声波模块位于海豚头部的左右两侧，夹角为90°。

进一步，所述左胸鳍两自由度驱动器组设置于所述海豚躯体左侧，通过左胸鳍内置骨架与其相连接，实现以左胸鳍海豚x轴方向的转动和z轴方向的角度调整，所述右胸鳍两自由度驱动器组设置于所述海豚躯体右侧，通过右胸鳍内置骨架与其相连接，实现右胸鳍以海豚x轴方向的转动与z轴方向的角度调整，所述左胸鳍、右胸鳍内设有高分子材料制成的仿生骨架，预埋于左胸鳍、右胸鳍的软性硅胶中。

进一步，所述海豚躯体设计为上下两半式结构，包括躯体上半部分、躯体下半部分，所述躯体上半部分通过螺栓固定于躯体下半部分，所述躯体上半部分的顶部设有背鳍连接螺孔、天线槽孔，所述躯体下半部分的底部中轴线上依次设置有四个排水孔，所述下半部分结构的前后设置线缆通过槽孔，所述下半部分结构的内部设置有水密桶支架、水密桶，所述下半部分结构的后部设置有法兰盘、第一水平驱动器连接口，所述下半部分结构的底部设置有排/进水口，开关线缆口，所述水密桶支架上安装有水密桶，所述水密桶内设有电源模块、单片机、通讯模块、线缆，天线通过天线槽孔连接至海豚躯体内的水密桶内。

进一步，所述海豚背鳍通过螺栓固定于海豚躯体上半部分，为硅胶包覆刚性骨骼一次成型，所述海豚背鳍内部预埋有从海豚躯体内延长的通讯天线，埋于上部硅胶中。

进一步，所述尾部驱动器组的线缆穿过所述海豚躯体下半部分线缆槽孔，与所述左胸鳍、右胸鳍两自由度驱动器组一同连接于所述海豚躯体内的水密封桶内。

进一步，所述海豚尾部通过预埋于硅胶内的法兰盘连接在所述的海豚躯体后部的法兰盘上。

有益效果：本申请提供的一种柔性线驱动海豚，受到海豚高机动、灵活性运动的启发，采用了流线型躯体。高仿真度背鳍、胸鳍和尾鳍来完成海豚流线型的外形。由刚性海豚头部与海豚躯体，结合硅胶成型的尾部。通过柔性尾部仿真海豚背腹式运动，其海豚头部集成有多种传感器，可实现对水域的观察、测量，同时具有自动避障、航行功能。海豚头部前端装备有外界件通用接口，可方便安装测量仪器、诱鱼诱饵等部件。本申请的柔性线驱动海豚具有一对两自由度动作的胸鳍，通过两只驱动器，仿生了真实海豚胸鳍转弯、沉浮姿态调整的动作。海豚尾部由硅胶一体成型，符合真实海豚柔体特征。此外，本申请提供的柔性线驱动海豚具有水下游动高效率、高机动性、低噪声的特点。可以广泛适用于环境监控、渔场调研的水下移动载体。

附图说明

图1为本发明柔性线驱动海豚一个实施例的整体结构示意图。

图2为本发明柔性线驱动海豚一个实施例的海豚头部的爆炸图。

图3为本发明柔性线驱动海豚一个实施例的海豚躯体的结构示意图。

图4为本发明柔性线驱动海豚一个实施例的海豚躯体的爆炸图。

图5为本发明柔性线驱动海豚一个实施例的海豚胸鳍的结构示意图。

图6为本发明柔性线驱动海豚一个实施例的海豚尾部的结构示意图。

图中各符号代表：海豚1；海豚头部1-1；连接件通用接口1-1-1；摄像头模块1-1-2；避障模块1-1-3；头部俯仰驱动器1-1-4；海豚躯体1-2；身体上部1-2-1；背鳍连接口1-2-1-1；躯体下部1-2-2；身体前部线缆槽孔1-2-2-1；头部俯仰驱动器连接口1-2-2-2；躯体后部线缆槽孔1-2-2-3；躯体法兰盘1-2-2-4；第一水平驱动器连接口1-2-2-5；左胸鳍连接口1-2-2-6；右胸鳍连接口1-2-2-7；左胸鳍1-2-3；左胸鳍z轴驱动器1-2-3-1；左胸鳍x轴驱动器1-2-3-2；左胸鳍仿生骨架1-2-3-3；右胸鳍1-2-4；右胸鳍z轴驱动器1-2-4-1；右胸鳍x轴驱动器1-2-4-2；右胸鳍仿生骨架1-2-4-3；背鳍1-2-5；水密桶1-2-6；水密桶支架1-2-7；海豚尾部1-3；尾部法兰盘1-3-1；尾部驱动器组1-3-2；尾鳍1-3-3。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，海豚1包括海豚头部1-1、海豚躯体1-2、海豚尾部1-3，海豚胸鳍、海豚背鳍，海豚胸鳍包括左胸鳍、右胸鳍，

如图2所示，海豚头部1-1正前方安装连接件通用接口1-1-1，内部安装有强磁铁，需要连接的外部件通过强磁吸附至其上。

海豚头部1-1前上方开有一长方形斜孔用于安装摄像模块1-1-2，摄像模块1-1-2包括：摄像头及led照明灯密封舱、摄像头模块、led灯组、系统电源模组、图像传输模组、天线模组。灯组与摄像头模块电源均连接至系统电源模组。led灯组采用30°汇聚型透镜聚焦探照光线，避免眩光干扰摄像头观察效果。

海豚头部1-1中轴线左右各呈45°夹角侧面开有两圆孔用于安装1-1-3避障模块，避障模块包括：超声波模块、密封桶、通讯线缆。孔洞用于发射超声波。此外，还可将现有的超声波传感器替换为各种传感器，如水质传感器、红外传感器、温度传感器、盐度传感器。以便实现海豚的自主游动与智能环境监测作用。

海豚头部1-1后方安装有头部俯仰驱动器1-1-4，负责驱动海豚头部1-1进行俯仰动作，角度为-15°～+15。

如图3、4所示，海豚躯体1-2，为上下两半式结构设计，躯体上半部1-2-1通过螺栓固定于躯体下半部1-2-2，躯体下半部1-2-2设置体后部线缆槽孔2-4身、身体前部线缆槽孔1-2-2-1，内部设置有水密桶支架1-2-7，后部设置躯体法兰盘1-2-2-4，第一水平驱动器连接口1-2-2-5，底部设置有排/进水口，开关线缆口。

海豚背鳍1-2-5通过螺栓连接于躯体上半部1-2-1，硅胶包覆刚性骨骼一次成型，内部预埋有从海豚躯体内延长的通讯天线，埋于上部硅胶中。并连接至海豚躯体内的水密桶内。实现无需拖拽浮标天线的人机通讯，提高美观程度。

躯体上半部1-2-1通过螺栓与躯体上半部1-2-2连接，上下开合设计有助于快捷检查、维护内部电子仓设备。水密桶支架1-2-7为镂空圆柱形，外径符合海豚躯体内径，接触面包覆有pva发泡海绵减震。内部安装有水密桶1-2-6，水密桶1-2-6内设有电源模块、单片机、通讯模块、线缆。水密桶采用防腐蚀亚克力制成，桶口法兰盘用铝合金制成。线缆于水密桶后部穿出，连接尾部驱动器组1-3-2、左胸鳍1-2-3、右胸鳍1-2-4以及电源开关。躯体下部1-2-2分底部中轴线上依次设置有排水孔，用于加快海豚下水和出水时的进/排水。

如图5所示，右胸鳍仿生骨架1-2-4由高分子材料制造，预埋于右胸鳍软性硅胶中。骨架连接所述右胸鳍轴驱动器1-2-4-2x，x轴驱动器实现右胸鳍以z轴为转动轴在x轴方向上的转动，右胸鳍z轴驱动器1-2-4-1与轴驱动器1-2-4-2x连接，并与躯体下部1-2-2连接，实现以x轴为转动轴的在z轴方向上的运动。两台驱动器同时工作时，即可实现海豚胸鳍在两自由度上的运动，在海豚游动过程中，通过改变驱动器转角，可不断调节海豚胸鳍的方位和运动。使得海豚可以完成例如急转、潜浮的复杂动作。

尾部驱动器组1-3-2的线缆穿过躯体后部线缆槽孔1-2-2-3，与左胸鳍、右胸鳍两自由度驱动器组一同连接于所述海豚躯体内的水密桶1-2-6。预埋于尾部硅胶中的尾部法兰盘1-3-1连接于躯体法兰盘1-2-2-4，通过螺栓连接，达到无缝连接海豚躯体1-2与海豚尾部1-3的作用。

海豚尾部1-3模拟真实海豚的背腹式运动，在海豚稳定推进过程中，海豚尾部不断上下拍动来产生推力，达到推动海豚游动的目的。海豚头部1-1与海豚躯体1-2由密度小，强度高，防腐蚀性强的高分子聚合物制造，符合海豚背腹式运动时身体前半部分失去柔性的特点。海豚尾部1-3则采用结构柔软的硅胶成型，并且能在海豚前进时产生弹性应变力，提高了推进效率，增强了仿生效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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