线驱动连续型仿生机器海豚

摘要

本发明提供了一种线驱动连续型仿生机器海豚，包括：头部、腹部和尾部，所述腹部内安装有驱动模块和转向模块，所述驱动模块和转向模块均分别包括脊柱、舵机、舵盘、传动线；通过所述驱动模块和转向模块的舵机转动带动舵盘偏转，所述舵盘偏转带动传动线动作，所述传动线动作带动脊柱上下、左右运动，进而实现所述线驱动连续型仿生机器海豚三维运动。

权利要求

1.一种线驱动连续型仿生机器海豚，其特征在于，包括：头部、腹部和尾部，所述腹部内安装有驱动模块和转向模块，

所述驱动模块和转向模块均分别包括脊柱、舵机、舵盘、传动线；

通过所述驱动模块和转向模块的舵机转动带动舵盘偏转，所述舵盘偏转带动传动线动作，所述传动线动作带动脊柱上下、左右运动，进而实现所述线驱动连续型仿生机器海豚三维运动；

其中，

所述头部后半部分中部掏出第一空腔，所述转向模块的一固定盘固定在所述仿生机器海豚的腹部前部，所述转向模块的一脊柱通过所述第一空腔插入所述头部；

所述尾部前半部分中部掏出第二空腔，所述驱动模块的一固定盘固定在所述仿生机器海豚腹部后部，所述驱动模块的一脊柱通过所述第二空腔插入所述尾部；

当所述线驱动连续型仿生机器海豚下潜或上浮运动时，所述转向模块的其中一个舵机处于偏置状态，所述转向模块的另一个舵机处于保持状态，使所述头部发生上下偏转；所述驱动模块的其中一个舵机产生有规律正弦信号，所述驱动模块的另一个舵机处于保持状态，进而实现下潜或上浮；

当所述线驱动连续型仿生机器海豚转向运动时，所述转向模块的另一个舵机处于偏置状态，所述转向模块的其中一个舵机处于保持状态，使所述头部发生左右偏转；在保证游速的前提下，所述驱动模块的其中一个舵机处于保持状态，所述驱动模块的另一个舵机处于偏置状态，进而实现转向；

所述驱动模块还包括两个舵机、两个舵盘；

所述固定盘固定在所述腹部后方，所述两个舵机与所述固定盘连接，所述两个舵盘的其中一个舵盘与所述两个舵机的其中一个舵机连接，所述两个舵盘的另一个舵盘与所述两个舵机的另一个舵机连接；

所述脊柱的一端与所述固定盘连接，另一端伸入所述尾部；

所述转向模块包括两个舵机、两个舵盘；

所述转向模块的固定盘固定在所述腹部前方，所述转向模块的两个舵机与所述转向模块的固定盘连接，所述转向模块的两个舵盘的其中一个舵盘与所述转向模块的两个舵机的其中一个舵机连接，所述转向模块的两个舵盘的另一个舵盘与所述转向模块的两个舵机的另一个舵机连接；

所述转向模块的脊柱的一端与所述转向模块的固定盘连接，另一端伸入所述头部。

2.根据权利要求1所述的线驱动连续型仿生机器海豚，其特征在于，所述驱动模块还包括两对传动线和一舵轮；

所述两对传动线的其中一对传动线的一端与所述两个舵盘的其中一个舵盘连接，另一端穿设在所述脊柱中；

所述两对传动线的另一对传动线的一端穿过所述舵轮与所述两个舵盘的另一个舵盘连接，另一端穿设在所述脊柱中。

3.根据权利要求2所述的线驱动连续型仿生机器海豚，其特征在于，所述脊柱包括多个脊椎、多个椎间盘、压盖、压盖帽、套线圈和支撑杆；

所述椎间盘与所述脊椎交替排布，所述压盖设在所述脊柱的所述另一端的末端，所述支撑杆穿设在所述多个脊椎、多个椎间盘、压盖中；

所述两对传动线的其中一对传动线的所述另一端和另一对传动线的所述另一端均分别穿过所述脊椎、椎间盘、压盖并经由套线圈固定；

所述压盖帽与所述压盖连接，用于固定所述套线圈。

4.根据权利要求2所述的线驱动连续型仿生机器海豚，其特征在于，所述转向模块还包括两对传动线和一舵轮；

所述转向模块的两对传动线的其中一对传动线的一端与所述转向模块的两个舵盘的其中一个舵盘连接，另一端穿设在所述转向模块的脊柱中；

所述转向模块的两对传动线的另一对传动线的一端穿过所述转向模块的舵轮与所述转向模块的两个舵盘的另一个舵盘连接，另一端穿设在所述转向模块的脊柱中。

5.根据权利要求4所述的线驱动连续型仿生机器海豚，其特征在于，所述转向模块的脊柱包括多个脊椎、多个椎间盘、压盖、压盖帽、套线圈和支撑杆；

所述转向模块的椎间盘与所述转向模块的脊椎交替排布，所述转向模块的压盖设在所述转向模块的脊柱的所述另一端的末端，所述转向模块的支撑杆穿设在所述转向模块的多个脊椎、多个椎间盘、压盖中；

所述转向模块的两对传动线的其中一对传动线的所述另一端和另一对传动线的所述另一端分别穿过所述转向模块的脊椎、椎间盘、压盖并经由套线圈固定；

所述转向模块的压盖帽与所述转向模块的压盖连接，用于固定所述转向模块的套线圈。

6.根据权利要求3或5所述的线驱动连续型仿生机器海豚，其特征在于，每个脊椎、每个椎间盘及压盖的中部分别设有一个孔，在所述一个孔的周围还分别设有四个孔，呈上下、左右对称设置；

所述支撑杆穿设于所述脊椎、椎间盘、压盖的中部的所述孔，所述其中一对传动线分别穿过所述脊椎、椎间盘、压盖的上下对称设置的两个孔，所述另一对传动线分别穿过所述脊椎、椎间盘、压盖的左右对称设置的两个孔。

7.根据权利要求6所述的线驱动连续型仿生机器海豚，其特征在于，当所述线驱动连续型仿生机器海豚处于僵直状态时，所述驱动模块和所述转向模块的所有舵机上电均处于保持状态，所述驱动模块和所述转向模块的所有传动线处于拉紧状态；

当所述线驱动连续型仿生机器海豚直游运动时，所述转向模块的所有舵机处于保持状态，所述驱动模块的其中一个舵机产生有规律的正弦信号，所述驱动模块的另一个舵机处于保持状态，进而实现直游。

8.根据权利要求3或5所述的线驱动连续型仿生机器海豚，其特征在于，所述脊椎两侧有弧形凹槽，所述椎间盘两侧设有与所述弧形凹槽相配合的弧形凸起。

9.根据权利要求6所述的线驱动连续型仿生机器海豚，其特征在于， 所述支撑杆采用弹性材料形成；所述脊椎采用树脂材料3D打印而成；所述椎间盘采用硅胶而成；所述头部及尾部采用软胶材料3D打印而成；所述腹部采用聚甲醛加工而成。

说明书

线驱动连续型仿生机器海豚

技术领域

[0001] 本发明涉及水下仿生机器人技术领域，更具体地涉及一种线驱动连续型仿生机器海豚。

背景技术

[0002] 近几年来，随着仿生学的发展，水下仿生机器人得到了快速发展，水下仿生机器人实现了推进器与舵的统一，具有高机动、低扰动、无污染等优点，适合在狭窄、复杂和动态的
水下环境中进行监测、搜索、勘探、救援等任务。目前，大部分水下仿生机器人采用多关节刚
体相串联的机构，每个关节需要一个电机或舵机驱动，结构复杂，推进效率低。

[0003] 专利CN206766306U公开了一种适用于水下噪声监测的机器鱼，鱼尾由两个骨节与尾鳍组成，舵机拉动牵引绳带动整个鱼尾摆动，两骨节之间安装有弹力杆，起支撑和提供回
复力作用，使关节运动更平缓。但是，所述机器鱼只能实现二维平面的游动。

[0004] 专利CN201807186U公开了一种机器鱼复合转弯装置，采用两根钢丝将步进电机产生的转动力矩分配给鱼鳍和鱼头，驱动两者转动，提高转弯效率。但是，所述机器鱼游动是
靠摆杆传递动力，不存在连续型特点，并且只能在水平面实现转向不能下潜/上浮。

发明内容

[0005] (一)要解决的技术问题

[0006] 鉴于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种线驱动连续型仿生机器海豚，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

[0007] (二)技术方案

[0008] 根据本发明的一个方面，提供了一种线驱动连续型仿生机器海豚，包括：头部、腹部和尾部，所述腹部内安装有驱动模块和转向模块，

[0009] 所述驱动模块和转向模块均分别包括脊柱、舵机、舵盘、传动线；

[0010] 通过所述驱动模块和转向模块的舵机转动带动舵盘偏转，所述舵盘偏转带动传动线动作，所述传动线动作带动脊柱上下、左右运动，进而实现所述线驱动连续型仿生机器海
豚三维运动。

[0011] 进一步的，所述驱动模块包括一固定盘、两个舵机、两个舵盘、一脊柱、两对传动线和一舵轮；

[0012] 所述固定盘固定在所述腹部后方，所述两个舵机与所述固定盘连接，所述两个舵盘的其中一个舵盘与所述两个舵机的其中一个舵机连接，所述两个舵盘的另一个舵盘与所
述两个舵机的另一个舵机连接；

[0013] 所述脊柱的一端与所述固定盘连接，另一端伸入所述尾部，

[0014] 所述两对传动线的其中一对传动线的一端与所述两个舵盘的其中一个舵盘连接，另一端穿设在所述脊柱中；

[0015] 所述两对传动线的另一对传动线的一端穿过所述舵轮与所述两个舵盘的另一个舵盘连接，另一端穿设在所述脊柱中。

[0016] 进一步的，所述脊柱包括多个脊椎、多个椎间盘、压盖、压盖帽、套线圈和支撑杆；

[0017] 所述椎间盘与所述脊椎交替排布，所述压盖设在所述脊柱的所述另一端的末端，所述支撑杆穿设在所述多个脊椎、多个椎间盘、压盖中；

[0018] 所述两对传动线的其中一对传动线的所述另一端和另一对传动线的所述另一端均分别穿过所述脊椎、椎间盘、压盖并经由套线圈固定；

[0019] 所述压盖帽与所述压盖连接，用于固定所述套线圈。

[0020] 进一步的，所述转向模块包括一固定盘、两个舵机、两个舵盘、一脊柱、两对传动线和一舵轮；

[0021] 所述转向模块的固定盘固定在所述腹部前方，所述转向模块的两个舵机与所述转向模块的固定盘连接，所述转向模块的两个舵盘的其中一个舵盘与所述转向模块的两个舵
机的其中一个舵机连接，所述转向模块的两个舵盘的另一个舵盘与所述转向模块的两个舵
机的另一个舵机连接；

[0022] 所述转向模块的脊柱的一端与所述转向模块的固定盘连接，另一端伸入所述头部，

[0023] 所述转向模块的两对传动线的其中一对传动线的一端与所述转向模块的两个舵盘的其中一个舵盘连接，另一端穿设在所述转向模块的脊柱中；

[0024] 所述转向模块的两对传动线的另一对传动线的一端穿过所述转向模块的舵轮与所述转向模块的两个舵盘的另一个舵盘连接，另一端穿设在所述转向模块的脊柱中。

[0025] 进一步的，所述转向模块的脊柱包括多个脊椎、多个椎间盘、压盖、压盖帽、套线圈和支撑杆；

[0026] 所述转向模块的椎间盘与所述转向模块的脊椎交替排布，所述转向模块的压盖设在所述转向模块的脊柱的所述另一端的末端，所述转向模块的支撑杆穿设在所述转向模块
的多个脊椎、多个椎间盘、压盖中；

[0027] 所述转向模块的两对传动线的其中一对传动线的所述另一端和另一对传动线的所述另一端分别穿过所述转向模块的脊椎、椎间盘、压盖并经由套线圈固定；

[0028] 所述转向模块的压盖帽与所述转向模块的压盖连接，用于固定所述转向模块的套线圈。

[0029] 进一步的，每个脊椎、每个椎间盘及压盖的中部分别设有一个孔，在所述一个孔的周围还分别设有四个孔，是上下、左右对称设置；

[0030] 所述支撑杆穿设于所述脊椎、椎间盘、压盖的中部的所述孔，所述其中一对传动线分别穿过所述脊椎、椎间盘、压盖的上下对称设置的两个孔，所述另一对传动线分别穿过所
述脊椎、椎间盘、压盖的左右对称设置的两个孔。

[0031] 进一步的，当所述线驱动连续型仿生机器海豚处于僵直状态时，所述驱动模块和所述转向模块的所有舵机上电均处于保持状态，所述驱动模块和所述转向模块的所有传动
线处于拉紧状态；

[0032] 当所述线驱动连续型仿生机器海豚直游运动时，所述转向模块的所有舵机处于保持状态，所述驱动模块的其中一个舵机产生有规律的正弦信号，所述驱动模块的另一个舵
机处于保持状态，进而实现直游；

[0033] 当所述线驱动连续型仿生机器海豚下潜或上浮运动时，所述转向模块的其中一个舵机处于偏置状态，所述转向模块的另一个舵机处于保持状态，使所述头部发生上下偏转；
所述驱动模块的其中一个舵机产生有规律正弦信号，所述驱动模块的另一个舵机处于保持
状态，进而实现下潜或上浮；

[0034] 当所述线驱动连续型仿生机器海豚转向运动时，所述转向模块的另一个舵机处于偏置状态，所述转向模块的其中一个舵机处于保持状态，使所述头部发生左右偏转；在保证
游速的前提下，所述驱动模块的其中一个舵机处于保持状态，所述驱动模块的另一个舵机
处于偏置状态，进而实现转向。

[0035] 进一步的，所述脊椎两侧有弧形凹槽，所述椎间盘两侧设有与所述弧形凹槽相配合的弧形凸起。

[0036] 进一步的，所述支撑杆采用弹性材料形成；所述脊椎采用树脂材料3D打印而成；所述椎间盘采用硅胶而成；所述头部及尾部采用软胶材料3D打印而成；所述腹部采用聚甲醛
加工而成。

[0037] (三)有益效果

[0038] 从上述技术方案可以看出，本发明一种线驱动连续型仿生机器海豚至少具有以下有益效果其中之一：

[0039] (1)本发明仿生机器海豚通过所述驱动模块和转向模块的舵机转动带动舵盘偏转，所述舵盘偏转带动传动线动作，所述传动线动作带动脊柱上下、左右运动，进而实现所
述线驱动连续型仿生机器海豚三维运动，也就是说本发明仿生机器海豚连续型不仅能够在
二维平面运动，还能够实现下潜/上浮。

[0040] (2)本发明仿生机器海豚为能够柔顺弯曲的连续型仿生机器海豚，能够更接近生物真实的游动模态，实现高效游动，结构简单，易于实现。

附图说明

[0041] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

[0042] 在附图中：

[0043] 图1为本发明线驱动连续型仿生机器海豚整体结构示意图；

[0044] 图2为本发明线驱动连续型仿生机器海豚腹部内部结构图；

[0045] 图3为本发明线驱动连续型仿生机器海豚驱动模块局部爆炸结构图；

[0046] 图4为本发明线驱动连续型仿生机器海豚转向模块局部爆炸结构图。

具体实施方式

[0047] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

[0048] 本发明提供了一种线驱动连续型仿生机器海豚，包括：头部、腹部和尾部，所述腹部内安装有驱动模块和转向模块，所述驱动模块和转向模块均分别包括脊柱、舵机、舵盘、
传动线；通过所述驱动模块和转向模块的舵机转动带动舵盘偏转，所述舵盘偏转带动传动
线动作，所述传动线动作带动脊柱上下、左右运动，进而实现所述线驱动连续型仿生机器海
豚三维运动。

[0049] 本发明仿生机器海豚为能够柔顺弯曲的连续型仿生机器海豚，结构简单，更接近生物真实的游动模态，实现了高效游动，不仅能够在二维平面运动，还能够实现下潜/上浮。

[0050] 具体的，所述头部上设有左右鳍状肢，所述头部形成有空腔，优选的，在所述头部的后半部分(靠近腹部的部分)中部形成有圆柱形空腔，所述头部的圆柱形空腔的直径为
30‑60mm，以40mm为佳。所述尾部上设有大展弦尾鳍，与所述头部类似，所述尾部形成有空
腔，优选的，在所述尾部的前半部分(靠近腹部的部分)中部形成有圆柱形空腔，所述尾部的
圆柱形空腔的直径为30‑60mm，以40mm为佳。所述腹部设有背鳍，所述腹部也形成有空腔，所
述腹部与所述背鳍均采用聚甲醛工程塑料加工而成。所述头部和所述鳍状肢、以及所述尾
部和所述尾鳍均采用软胶材质3D打印而成。

[0051] 所述腹部内部安装有驱动模块，转向模块，锂电池组，深度传感器，控制器，姿态传感器等。其中，所述锂电池组用于为整个仿生机器海豚供电，所述姿态传感器用于获取仿生
机器海豚的运动姿态，所述深度传感器安装于所述腹部下方，用于获取仿生机器海豚的下
潜深度。所述深度传感器、所述姿态传感器与所述控制器通过串口相连。

[0052] 下面详细介绍所述仿生机器海豚的驱动模块。

[0053] 所述驱动模块包括脊柱、两个驱动舵机、两个驱动舵盘、两对传动线、固定盘和舵轮。所述脊柱包括多个脊椎(例如N个脊椎)、多个椎间盘(例如M个椎间盘)、压盖、压盖帽和
支撑杆。所述脊椎和所述椎间盘直径为30‑60mm，以40mm为佳。每对所述传动线为对称的两
根线。所述两个驱动舵机均与所述固定盘固定连接，所述驱动模块的固定盘固定在所述仿
生机器海豚腹部后方，所述两个驱动舵机的输出轴分别与所述各自的驱动舵盘固定连接。
所述驱动模块的脊柱插入到所述尾部空腔中。

[0054] 所述驱动模块的脊柱的N个脊椎沿所述腹部至所述尾部的方向依次为第一脊椎、......、第N脊椎。所述驱动模块的脊柱的M个椎间盘沿所述腹部至所述尾部的方向依次
为第一椎间盘、......、第M椎间盘。所述脊椎两侧设有弧形凹槽，所述椎间盘的两侧设有弧
形凸起，所述弧形凹槽与所述弧形凸起配合连接。所述第一脊椎通过螺钉与所述固定盘固
定连接，所述第一椎间盘与所述第一脊椎连接，......，所述第M椎间盘与所述第N脊椎连
接，所述压盖与所述第M椎间盘连接，所述压盖帽与所述压盖连接。

[0055] 所述脊椎、所述椎间盘及所述压盖在同一平面(径向平面)的中部设有一固定孔(即中部固定孔)，用于通过支撑杆；在所述一固定孔的周围还设有上下左右四个固定孔(分
别为上固定孔、下固定孔、左固定孔和右固定孔)，用于通过所述两对(四根)传动线；所述支
撑杆经由所述一固定孔穿过所述脊椎和椎间盘，所述两对传动线经由所述四个固定孔穿过
所述脊椎和所述椎间盘(其中一对传动线分别穿过所述上固定孔和下固定孔，也称上下对
称的两根传动线；另一对传动线分别穿过左固定孔和右固定孔，也称左右对称的两根传动
线)。所述四个用于通过传动线的固定孔的直径为0.5‑1mm，优选为1mm，所述一个用于通过
支撑杆的固定孔的直径为为2‑4mm，优选为2mm。

[0056] 所述上下对称的两根传动线一端与所述驱动舵盘固连，另一端分别沿着上、下固定孔(即上固定孔和下固定孔)穿过所述驱动模块的脊椎、椎间盘、压盖。所述左右对称的两
根传动线一端穿过所述舵轮分别与所述驱动舵盘两端固连，另一端分别沿着左、右固定孔
(即左固定孔和右固定孔)穿过所述驱动模块的脊椎、椎间盘、压盖。所述传动线穿过所述压
盖后用套线圈锁死。所述压盖与所述压盖帽通过螺钉固连，并进一步压住套线圈。

[0057] 下面详细介绍所述仿生机器海豚的转向模块。

[0058] 所述转向模块与驱动模块相似，所述转向模块包括脊柱、两个转向舵机、两个转向舵盘、两对传动线、固定盘和舵轮。所述脊柱包括多个脊椎(例如P个脊椎)、多个椎间盘(例
如Q个椎间盘)、压盖、压盖帽和支撑杆。所述脊椎和所述椎间盘直径为30‑60mm，以40mm为
佳。每对所述传动线为对称的两根线。所述两个转向舵机均与所述固定盘固定连接，所述转
向模块的固定盘固定在所述仿生机器海豚腹部前方，所述两个转向舵机的输出轴分别与所
述各自的转向舵盘固定连接。所述转向模块的脊柱插入到所述头部空腔中。

[0059] 所述转向模块的脊柱的P个脊椎沿所述腹部至所述头部的方向依次为第一脊椎、......、第P脊椎。所述转向模块的脊柱的Q个椎间盘沿所述腹部至所述头部的方向依次
为第一椎间盘、......、第Q椎间盘。所述脊椎两侧设有弧形凹槽，所述椎间盘的两侧设有弧
形凸起，所述弧形凹槽与所述弧形凸起配合连接。所述第一脊椎通过螺钉与所述固定盘固
定连接，所述第一椎间盘与所述第一脊椎连接，......，所述第Q椎间盘与所述第P脊椎连
接，所述压盖与所述第Q椎间盘连接，所述压盖帽与所述压盖连接。

[0060] 所述脊椎、所述椎间盘及所述压盖在同一平面(径向平面)的中部设有一固定孔(即中部固定孔)，用于通过支撑杆；在所述一固定孔的周围还设有上、下、左、右四个固定孔
(分别为上固定孔、下固定孔、左固定孔和右固定孔)，用于通过所述两对(四根)传动线；所
述支撑杆经由所述一固定孔穿过所述脊椎和椎间盘，所述两对传动线经由所述四个固定孔
穿过所述脊椎和所述椎间盘(其中一对传动线分别穿过所述上固定孔和下固定孔，也称上
下对称的两根传动线；另一对传动线分别穿过左固定孔和右固定孔，也称左右对称的两根
传动线)。所述四个用于通过传动线的固定孔的直径为0.5‑1mm，优选为1mm，所述一个用于
通过支撑杆的固定孔的直径为为2‑4mm，优选为2mm。

[0061] 所述上下对称的两根传动线一端与所述转向舵盘固连，另一端分别沿着上下固定孔(即上固定孔和下固定孔)穿过所述转向模块的脊椎、椎间盘、压盖。所述左右对称的两根
传动线一端穿过所述舵轮分别与所述转向舵盘两端固连，另一端分别沿着左、右固定孔(即
左固定孔和右固定孔)穿过所述转向模块的脊椎、椎间盘、压盖。所述传动线穿过所述压盖
后用套线圈锁死。所述压盖与所述压盖帽通过螺钉固连，并进一步压住套线圈。

[0062] 当然，所述转向模块的脊椎的数量及椎间盘的数量可以与所述驱动模块的脊椎的数量及椎间盘的数量相同，也可以不同，本发明对此不作限定。这与所述头部空腔和尾部空
腔长度有关。

[0063] 所述驱动舵机和转向舵机均与所述控制器通过串口相连，所述控制器发送指令控制所述驱动舵机和/或转向舵机转动，进而分别带动所述驱动舵盘和/或转向舵盘偏转，舵
盘偏转驱动传动线一端(与舵盘连接一端)收紧，压缩相对应椎间盘，从而控制脊柱上下、左
右有规律的拍动。

[0064] 具体的，当所有舵机上电处于保持状态时，所有传动线处于拉紧状态，仿生机器海豚处于僵直状态。当仿生机器海豚直游时，所述转向模块的所有转向舵机处于保持状态，头
部不发生偏转，所述驱动模块的上下驱动舵机产生有规律的正弦信号，左右驱动舵机处于
保持状态，实现仿生机器海豚背腹式拍动，进而实现直游。当仿生机器海豚下潜/上浮时，所
述转向模块的上下转向舵机处于偏置状态，左右转向舵机处于保持状态，头部发生上下偏
转；所述驱动模块的上下驱动舵机产生有规律正弦信号，左右驱动舵机处于保持状态，进而
实现仿生机器海豚的下潜或上浮。当仿生机器海豚转向时，所述转向模块的左右转向舵机
处于偏置状态，上下转向舵机处于保持状态，头部发生左右偏转；在保证游速的前提下，所
述驱动模块的上下驱动舵机处于保持状态，左右驱动舵机处于相应的偏置状态。进而实现
仿生机器海豚快速转向。

[0065] 所述脊椎采用树脂材料3D打印而成，所述椎间盘为加成型模具硅胶筑模而成，邵氏硬度5度，具有粘度低，流动性好，压缩后反弹不变形等优点。所述传动线和支撑杆材质均
为NiTi合金丝，传动线的直径分别为0.5‑1mm，优选为1mm，支撑杆的直径分别为2‑4mm，优选
为2mm。所述支撑杆具有一定弹性，当所述椎间盘被压缩后可发生形变，同时提供恢复弹力。

[0066] 此外，所述驱动模块的驱动舵机和转向模块的转向舵机的结构本身可以相同，驱动舵盘和转向舵盘的结构本身也可以相同，传动线、固定盘等也类似。

[0067] 本发明实施例提供了一种线驱动连续型仿生机器海豚，以实现三维机动灵活的游动。下面结合附图1‑4详细介绍本发明实施例。

[0068] 如图1所示，本发明线驱动连续型仿生机器海豚包括头部1，腹部2，尾部3。所述头部1上安装有两个鳍状肢11，分别安装在所述头部的左右两侧，也称左右鳍状肢(即左鳍状
肢和右鳍状肢)。所述头部1与所述鳍状肢11均为软胶材质，采用3D打印而成。所述头部1后
半部分中部掏出圆柱形空腔12，所述空腔12的直径为40mm。

[0069] 所述尾部3上设有大展弦尾鳍31，所述尾部3与所述尾鳍31均为软胶材质，采用3D打印而成。所述尾部3前半部分中部掏出圆柱形空腔32，所述空腔32的直径为40mm。

[0070] 如图1‑2所示，所述腹部2上安装有背鳍21，所述腹部2与所述背鳍21采用聚甲醛工程塑料加工而成。所述腹部2内部安装有驱动模块22，转向模块23，锂电池组24，深度传感器
25，控制器26，姿态传感器27。所述锂电池组24用于为整个仿生机器海豚供电，所述姿态传
感器27用于获取所述仿生机器海豚的运动姿态，所述深度传感器25安装于所述腹部2下方
用于获取所述仿生机器海豚的下潜深度，所述深度传感器25、所述姿态传感器27与所述控
制器26通过串口相连，所述控制器用于根据运动姿态和下潜深度控制所述驱动模块22和所
述转向模块23。

[0071] 如图3所示，所述驱动模块22包括脊柱221、驱动舵机222、驱动舵盘223、驱动舵机224、驱动舵盘225、传动线226、传动线227、固定盘228、舵轮229。所述脊柱221包括多个脊椎
2211、多个椎间盘2212、压盖2213、压盖帽2214和支撑杆2215。所述驱动舵机222和驱动舵机
224固定在所述固定盘228上，所述固定盘228固定在所述仿生机器海豚腹部2后部。所述驱
动舵机222和驱动舵机224的输出轴分别与所述驱动舵盘223和驱动舵盘225固连。所述脊柱
221通过所述空腔32插入所述尾部3中。

[0072] 所述脊椎2211采用树脂材料3D打印而成，所述椎间盘2212为加成型模具硅胶筑模而成，邵氏硬度5度，具有粘度低，流动性好，压缩后反弹不变形等优点。所述脊椎2211和所
述椎间盘2212直径为40mm。

[0073] 如图3所示，所述脊柱221的第一脊椎通过螺钉与所述固定盘228固定连接。所述脊椎2211两侧有弧形凹槽以与所述椎间盘2212两侧弧形凸起相吻合。所述脊椎2211与所述椎
间盘2212在同一平面上设有上、下、左、右四个固定孔，分别为用于通过两根传动线226的两
个固定孔2216(即上固定孔和下固定孔)和用于通过两根传动线227的两个固定孔2217(即
左固定孔和右固定孔)，所述平面中部还设有用于通过支撑杆2215的一固定孔2218。所述固
定孔2216、2217的直径为1mm，所述固定孔2218直径为2mm，其中，所述传动线226、227和支撑
杆2215材质均为NiTi合金丝，直径分别为1mm和2mm。

[0074] 如图3所示，所述两根传动线226呈上下对称分布，一端与所述驱动舵盘223固连，另一端分别沿着所述两个固定孔2216穿过所述脊椎2211、所述椎间盘2212、所述压盖2213。
所述两根传动线227呈左右对称分布，一端穿过所述舵轮229分别与所述驱动舵盘225两端
固连，另一端分别沿着所述两个固定孔2217穿过所述脊椎2211、所述椎间盘2212、所述压盖
2213。所述两根传动线226和所述两根传动线227穿过所述压盖2213后用套线圈锁死。所述
压盖2213与所述压盖帽2214通过螺钉固连，并进一步压住套线圈。

[0075] 如图4所示，所述转向模块23包括脊柱231、转向舵机232、转向舵盘233、转向舵机234、转向舵盘235、传动线236、传动线237、固定盘238、舵轮239。其中，所述脊柱231包括多
个脊椎2311、多个椎间盘2312、压盖2313、压盖帽2314和支撑杆2315。所述脊柱231通过空腔
12插入所述头部1中。所述脊柱231的第一脊椎通过螺钉与所述固定盘238固定连接，所述固
定盘238固定在所述仿生机器海豚的腹部2前部。所述转向舵机232和所述转向舵机234固定
在所述固定盘238上。所述转向舵机232和所述转向舵机234的输出轴分别与所述转向舵盘
233和所述转向舵盘235固连。

[0076] 所述脊椎2311采用树脂材料3D打印而成，所述椎间盘2312为加成型模具硅胶筑模而成，邵氏硬度5度，具有粘度低，流动性好，压缩后反弹不变形等优点。所述脊椎2311和所
述椎间盘2312直径为40mm。

[0077] 如图4所示，所述脊椎2311两侧设有弧形凹槽以与所述椎间盘2312两侧弧形凸起相吻合。所述脊椎2311与所述椎间盘2312在同一平面上设有上、下、左、右四个固定孔，分别
为用于通过两根传动线236的两个固定孔2316(上、下固定孔)和用于通过两根传动线237的
两个固定孔2317(左、右固定孔)，所述平面中部还设有用于通过支撑杆2315的一固定孔
2318。所述固定孔2316和所述固定孔2317的直径为1mm，所述固定孔2318的直径为2mm，其
中，所述传动线236、237和支撑杆2315材质均为NiTi合金丝，直径分别为1mm和2mm。

[0078] 所述两根传动线236呈上下对称分布，一端分别与所述转向舵盘233两边固连，另一端分别沿着所述两个固定孔2316穿过所述脊椎2311、所述椎间盘2312和所述压盖2313。
所述两根传动线237呈左右对称分布，一端穿过所述舵轮239分别与所述转向舵盘235两端
固连，另一端分别沿着所述两个固定孔2317穿过所述脊椎2311、所述椎间盘2312和所述压
盖2313。所述两根传动线236和所述两根传动线237穿过所述压盖后用套线圈锁死。所述压
盖2313与所述压盖帽2314通过螺钉固连，并进一步压住套线圈。

[0079] 如图1‑4所示，所述驱动舵机222、224和转向舵机232、234分别与控制器26通过串口相连，所述控制器26发送指令控制所述驱动舵机222、224和转向舵机232、234转动，进而
分别带动所述舵盘223、225、233、235偏转，驱动传动线一端收紧，压缩相对应的椎间盘，控
制所述脊柱231、221上下、左右有规律拍动，带动头部1和尾部3的运动，最终实现所述仿生
机器海豚多模态运动。所述支撑杆2215和所述支撑杆2315具有一定弹性，当椎间盘被压缩
后可发生形变，同时提供恢复弹力。

[0080] 当所述驱动舵机222、224和转向舵机232、234上电后处于保持状态(舵机为可以左右转动的装置，保持状态即舵机上电后保持中间位置，舵机不动)时，所述传动线226、227、
236、237都处于拉紧状态，所述仿生机器海豚处于僵直状态。

[0081] 当驱动所述仿生机器海豚直游时，所述转向舵机232和234处于保持状态，所述头部1不发生偏转，所述驱动舵机222产生有规律的正弦信号(正弦信号可以离散成一个个的
位置点，控制器通过连续发送位置信息，实现舵机转动不同位置)，所述驱动舵机224处于保
持状态，此时实现仿生机器海豚直游。

[0082] 当驱动所述仿生机器海豚下潜/上浮时，所述转向舵机232处于偏置状态(偏置状态即舵机偏转一定的角度)，所述转向舵机234处于保持状态，所述头部1发生上下偏转；所
述驱动舵机222产生有规律正弦信号，所述驱动舵机224处于保持状态，此时实现所述仿生
机器海豚下潜或上浮。

[0083] 当驱动所述仿生机器海豚转向时，所述转向舵机234处于偏置状态，所述转向舵机232处于保持状态，所述头部1发生左右偏转；在保证游速的前提下，所述驱动舵机222处于
保持状态，所述驱动舵机224处于相应的偏置状态，实现仿生机器海豚快速转向。

[0084] 以上所述具体的实施方式，是对本发明的目的，技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不限定于本发
明的使用范围。

[0085] 至此，已经结合附图对本发明进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。

[0086] 需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限
于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更
改或替换。

[0087] 当然，根据实际需要，本发明还可以包含其他的部分，由于同本发明的创新之处无关，此处不再赘述。

[0088] 类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施
例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保
护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面
的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，
遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身
都作为本发明的单独实施例。

[0089] 除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

[0090] 再者，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另
一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得
以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。

[0091] 此外，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每
个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为
新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附
图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，
虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可
在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

[0092] 除非存在技术障碍或矛盾，本发明的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本发明的保护范围中。

[0093] 虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是
示意性的，并不能理解为对本发明的限制。

[0094] 虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的
范围以权利要求和它们的等同物限定。

[0095] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。