液压驱动仿生机器海豚.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911090154.3 (22)申请日 2019.11.08 (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北 大街西段438号 (72)发明人 赵静一黄立成何一非陈家恒 徐逸飞 (74)专利代理机构 北京孚睿湾知识产权代理事 务所(普通合伙) 11474 代理人 韩燕 (51)Int.Cl. B63H 1/36(2006.01) B63G 8/22(2006.01) (54)发明名称 液压驱动仿生机器海豚 (57)摘要 本发明提供一种液压驱动仿生机器。

2、海豚， 其 包括外壳支撑框架组件、 腰关节推进及转向机 构、 胸鳍运动机构、 尾关节推进机构、 平衡调节机 构、 控制沉浮机构、 调幅机构以及液压控制系统。 以模块化的设计思想， 设计了机器海豚的各个相 对独立部分能实现功能的机构,以交流液压原理 为理论基础， 用交流液压脉冲泵为动力源设计驱 动方案。 本发明的机器海豚可以在复杂水域进行 长时间的巡航， 充分利用仿生机器鱼的机动、 低 扰动等特性， 仿生结构可以迷惑声纳系统有效保 护自己。 权利要求书3页 说明书8页 附图11页 CN 110861761 A 2020.03.06 CN 110861761 A 1.一种液压驱动仿生机器海豚， 其。

3、特征在于， 包括： 外壳支撑框架组件、 腰关节推进及 转向机构、 两个胸鳍运动机构、 尾关节推进机构、 平衡调节机构、 控制沉浮机构以及调幅机 构； 所述外壳支撑框架组件包括安装骨架、 第一T型截面支撑框架、 第二T型截面支撑框架、 头部、 躯干部、 尾部和尾鳍， 所述头部与躯干部分别与安装骨架固连， 第一弹簧穿过第一T型 截面支撑框架的孔， 使得第一T型截面支撑框架实现躯干部与尾部的柔性连接； 尾部与腰关 节推进及转向机构的腰关节摆杆固连， 实现同步摆动； 第二弹簧穿过第二T型截面支撑框架 的孔， 使得第二T型截面支撑框架实现尾部与尾鳍的柔性连接； 尾鳍连接在尾关节推进机构 的尾鳍连接件上，。

4、 尾关节推进机构也与腰关节推进及转向机构的腰关节摆杆固连； 腰关节推进及转向机构包括转向液压缸、 转向液压缸支架、 腰关节转向环、 腰关节支 座、 推力圆柱滚子轴承、 腰关节过渡支座、 腰关节液压缸固定架、 腰关节双出杆液压缸、 腰关 节摆杆和腰关节摆杆驱动件； 腰关节推进及转向机构固定在安装骨架上， 用于使得尾部相 对于躯干部上下往复摆动和相对于躯干部转动一个角度， 实现海豚背腹式运动中的第一部 分和转向； 胸鳍运动机构包括胸鳍摆动液压缸支架、 胸鳍摆动液压缸、 胸鳍旋转环、 胸鳍套筒、 胸 鳍安装支座、 带槽摇杆、 胸鳍转动驱动架、 胸鳍旋转轴、 胸鳍连接件、 胸鳍连接件、 胸鳍连杆、 胸。

5、鳍、 胸鳍转动液压缸支架和胸鳍转动液压缸； 两个胸鳍运动机构对称固定在安装骨架两 侧， 用于改变胸鳍相对于躯干部的倾角； 尾关节推进机构包括尾鳍连接件、 尾鳍摆杆、 尾关节支座、 尾关节摆动驱动架、 尾关节 双出杆液压缸和尾关节液压缸支架； 尾关节推进机构固定在腰关节推进及转向机构的腰关 节摆杆上， 尾关节推进机构用来实现尾鳍的上下往复摆动， 实现海豚背腹式运动中的第二 部分； 平衡调节机构包括平衡台液压缸支架、 平衡台液压缸、 平衡台、 平衡台滑轨和蓄电池； 平衡调节机构固定在安装骨架上， 用来改变重心的位置， 使海豚游动时整个躯干部不侧向 倾斜； 控制沉浮机构包括蓄水腔、 蓄水腔抱箍、 蓄。

6、水腔安装台、 蓄水腔吸排水液压缸和吸排水 液压缸支架； 控制沉浮机构固定在安装骨架上， 通过蓄水腔吸入或排出水改变海豚的重量， 进而实现海豚的上浮、 下潜和悬浮； 以及 调幅机构包括脉冲泵安装支架、 调幅平台、 调幅平台滑轨、 调幅液压缸和调幅液压缸支 架， 调幅机构固定在安装骨架上， 调幅机构用来改变脉冲泵的凸轮轴与脉冲泵的柱塞滑靴 的接触位置， 从而改变柱塞运动幅度， 进一步改变腰关节双出杆液压缸和尾关节双出杆液 压缸的行程， 实现机器海豚摆动幅度的变化。 2.根据权利要求1所述的液压驱动仿生机器海豚， 其特征在于， 还包括液压控制系统， 其包括三维角度传感器、 控制中心、 控制平台、 伺。

7、服阀、 单向阀、 伺服电机、 减速器、 联轴器以 及脉冲泵； 所述脉冲泵安装在调幅机构的脉冲泵安装支架中， 脉冲泵有N个柱塞， 所述脉冲 泵的第一柱塞和第二柱塞分别经过变压缸和腰关节双出杆液压缸通过管路相连接； 脉冲泵 的第三柱塞和第四柱塞也分别经过变压缸和尾关节双出杆液压缸通过管路相连接； 脉冲泵 的第四柱塞经过单向阀与蓄能器和多个并行伺服阀连接， 每个伺服阀分别与转向液压缸、 胸鳍转动液压缸、 胸鳍摆动液压缸、 平衡台液压缸、 调幅液压缸、 以及蓄水腔吸排水液压缸 权利要求书 1/3 页 2 CN 110861761 A 2 中的一个油口连接； 控制平台与安装骨架固连， 三维角度传感器与控。

8、制中心都安装在控制 平台上， 伺服电机的输出端与减速器的输入端通过键相连， 减速器的输出端与联轴器输入 端通过键相连， 联轴器输出端与脉冲泵的凸轮轴通过键连接； 三维角度传感器实时向控制 中心反馈机器海豚的运动姿态， 控制中心发送信号至伺服阀， 使伺服阀左位或右位接通， 通 过电路控制， 能根据需要对不同的液压缸进行操作， 实现对液压驱动仿生机器海豚的控制。 3.根据权利要求1或者2所述的液压驱动仿生机器海豚， 其特征在于， 所述腰关节推进 及转向机构具体结构为： 所述转向液压缸安装在转向液压缸支架上， 转向液压缸支架用螺钉固定在安装骨架 上， 腰关节转向环用螺母和垫圈夹紧在转向液压缸的活塞杆。

9、上， 腰关节转向环另一端套于 腰关节过渡支座的圆柱上， 腰关节支座用螺钉固定在安装骨架上， 腰关节过渡支座与腰关 节支座之间隔着推力圆柱滚子轴承通过双头螺柱连接， 腰关节液压缸固定架与腰关节过渡 支座通过螺栓固连， 腰关节双出杆液压缸的活塞杆用螺母固定在腰关节液压缸固定架上， 腰关节摆杆驱动件与腰关节双出杆液压缸的缸体固连， 腰关节摆杆驱动件的圆轴置于腰关 节摆杆的槽孔内， 腰关节摆杆一端的圆孔套于腰关节液压缸固定架的圆轴上， 尾部与腰关 节摆杆固连。 4.根据权利要求1所述的液压驱动仿生机器海豚， 其特征在于， 所述胸鳍运动机构具体 结构为： 所述胸鳍摆动液压缸支架用螺钉固定在安装骨架上， 。

10、胸鳍摆动液压缸与胸鳍摆动液压 缸支架通过销轴铰接， 胸鳍旋转环与胸鳍摆动液压缸的活塞杆端通过螺纹固连， 胸鳍旋转 环的安装于胸鳍套筒圆环槽里， 胸鳍套筒套在胸鳍旋转轴一端， 带槽摇杆与胸鳍旋转轴固 连， 胸鳍旋转轴安装于胸鳍安装支座孔内， 胸鳍安装支座用螺钉固定在安装骨架上， 第一胸 鳍连接件通过销轴与胸鳍旋转轴铰接， 第一胸鳍连接件用螺钉固定在胸鳍上， 胸鳍连杆两 端分别与胸鳍套筒和第二胸鳍连接件通过销轴铰接， 第二胸鳍连接件用螺钉固定在胸鳍 上， 胸鳍转动液压缸安装在胸鳍转动液压缸支架上， 胸鳍转动液压缸支架用螺钉固定在安 装骨架上， 胸鳍转动驱动架与胸鳍转动液压缸的活塞杆端通过螺纹固连，。

11、 胸鳍转动驱动架 上的销轴穿过带槽摇杆的槽孔。 5.根据权利要求1或者2所述的液压驱动仿生机器海豚， 其特征在于， 所述尾关节推进 机构具体结构为： 所述尾关节液压缸支架用螺栓固定在腰关节摆杆上， 尾关节双出杆液压缸与尾关节液 压缸支架固连， 尾关节摆动驱动架与尾关节双出杆液压缸的活塞杆端通过螺纹固连， 尾关 节摆动驱动架上的销轴穿过尾鳍摆杆的槽孔， 尾关节支座用螺栓固定在腰关节摆杆上， 尾 鳍摆杆通过销轴安装在尾关节支座的孔内， 尾鳍摆杆尾鳍连接件通过螺栓固连， 尾鳍通过 螺钉连接在尾鳍连接件上。 6.根据权利要求1或者2所述的液压驱动仿生机器海豚， 其特征在于， 所述平衡调节机 构具体结构。

12、为： 其包括平衡台液压缸支架、 平衡台液压缸、 平衡台、 平衡台滑轨和蓄电池； 平衡台液压 缸支架用螺钉固定在安装骨架上， 平衡台液压缸与平衡台液压缸支架固连， 平衡台液压缸 的活塞杆通过螺纹连接与平衡台固连， 蓄电池安放于平衡台上， 平衡台通过滑块与平衡台 滑轨配合， 平衡台滑轨用螺钉固定在安装骨架上。 权利要求书 2/3 页 3 CN 110861761 A 3 7.根据权利要求或者1或者2所述的液压驱动仿生机器海豚， 其特征在于， 所述控制沉 浮机构具体结构为： 所述蓄水腔用蓄水腔抱箍固定在蓄水腔安装台， 蓄水腔安装台与蓄水腔固定架用螺栓 连接， 吸排水液压缸支架用螺钉固定在安装骨架上，。

13、 蓄水腔吸排水液压缸与吸排水液压缸 支架固连， 蓄水腔吸排水液压缸的活塞杆与蓄水腔活塞杆通过销钉连接。 8.根据权利要求1或者2所述的液压驱动仿生机器海豚， 其特征在于， 所述调幅机构具 体结构为： 所述调幅平台通过滑块与调幅平台滑轨配合实现相对滑动， 调幅平台滑轨用螺钉固定 在安装骨架上， 无孔泵壳用螺栓与脉冲泵安装支架固连， 调幅液压缸与脉冲泵安装支架固 连， 调幅液压缸安装于调幅液压缸支架上， 调幅液压缸支架用螺钉固定在安装骨架上。 权利要求书 3/3 页 4 CN 110861761 A 4 液压驱动仿生机器海豚 技术领域 0001 本发明涉及仿生领域， 更具体地涉及一种液压驱动仿生机。

14、器海豚。 背景技术 0002 鱼类是最古老的脊椎动物， 栖息在地球上几乎所有的水生环境， 经过数百万年的 进化与自然选择， 拥有了卓越的水下游动能力， 现在有很多水下用的仿生机器鱼的一些性 能指标已将超越了鱼类， 但在操控性能上、 结构和可靠性方面还远远比不上鱼类和鲸豚类。 0003 从20世纪初， 科研人员已经开始关注鱼类的游动机理， 同时希望鱼类的游动能力 能引入人造水下装置研究中心。 到20世纪90年代， 随着仿生学、 材料科学、 智能控制等学科 的快速发展， 有很多水下仿生机器设备相继研制成功。 研究人员对于仿生水下机器装置的 探索和研究， 进入了全新的时期。 0004 在2005至2。

15、008年， 北京大学王龙等人先后制作了两代仿生海豚， 第一代仿生海豚 采用了多关节串联起来达到海豚背腹式的运动， 第二代仿生海豚用可调幅的曲柄连杆机构 来达到背腹式运动效果。 在2009至2010年,中科院自动化所的汪明等人做出了一种面向科 技馆的演示型仿生海豚,有四个关节， 其中3个是俯仰关节， 一个转向关节。 0005 但目前国内仿生机器海豚各部分的运动， 往往是用多个电机驱动， 不能整合成一 个电机， 而液压驱动仿生机器海豚通过液压系统， 单个电机就可以完成所有动作。 发明内容 0006 本发明的目的在于提供一种通过较简单的机械结构， 利用交流液压原理制作的大 型仿生机器海豚， 所述仿生。

16、机器海豚利用液压驱动能够实现转向、 前进、 上浮下潜以及悬 停。 本发明采用以下技术方案实现： 0007 一种液压驱动仿生机器海豚， 其包括： 外壳支撑框架组件、 腰关节推进及转向机 构、 两个胸鳍运动机构、 尾关节推进机构、 平衡调节机构、 控制沉浮机构以及调幅机构； 0008 所述外壳支撑框架组件包括安装骨架、 第一T型截面支撑框架、 第二T型截面支撑 框架、 头部、 躯干部、 尾部和尾鳍， 所述头部与躯干部分别与安装骨架固连， 第一弹簧穿过第 一T型截面支撑框架的孔， 使得第一T型截面支撑框架实现躯干部与尾部的柔性连接； 尾部 与腰关节推进及转向机构的腰关节摆杆固连， 实现同步摆动； 第。

17、二弹簧穿过第二T型截面支 撑框架的孔， 使得第二T型截面支撑框架实现尾部与尾鳍的柔性连接； 尾鳍连接在尾关节推 进机构的尾鳍连接件上， 尾关节推进机构也与腰关节推进及转向机构的腰关节摆杆固连； 0009 腰关节推进及转向机构包括转向液压缸、 转向液压缸支架、 腰关节转向环、 腰关节 支座、 推力圆柱滚子轴承、 腰关节过渡支座、 腰关节液压缸固定架、 腰关节双出杆液压缸、 腰 关节摆杆和腰关节摆杆驱动件； 腰关节推进及转向机构固定在安装骨架上， 用于使得尾部 相对于躯干部上下往复摆动和相对于躯干部转动一个角度， 实现海豚背腹式运动中的第一 部分和转向； 0010 胸鳍运动机构包括胸鳍摆动液压缸支。

18、架、 胸鳍摆动液压缸、 胸鳍旋转环、 胸鳍套 说明书 1/8 页 5 CN 110861761 A 5 筒、 胸鳍安装支座、 带槽摇杆、 胸鳍转动驱动架、 胸鳍旋转轴、 胸鳍连接件、 胸鳍连接件、 胸鳍 连杆、 胸鳍、 胸鳍转动液压缸支架和胸鳍转动液压缸； 两个胸鳍运动机构对称固定在安装骨 架两侧， 用于改变胸鳍相对于躯干部的倾角； 0011 尾关节推进机构包括尾鳍连接件、 尾鳍摆杆、 尾关节支座、 尾关节摆动驱动架、 尾 关节双出杆液压缸和尾关节液压缸支架； 尾关节推进机构固定在腰关节推进及转向机构的 腰关节摆杆上， 尾关节推进机构用来实现尾鳍的上下往复摆动， 实现海豚背腹式运动中的 第二部。

19、分； 0012 平衡调节机构包括平衡台液压缸支架、 平衡台液压缸、 平衡台、 平衡台滑轨和蓄电 池； 平衡调节机构固定在安装骨架上， 用来改变重心的位置， 使海豚游动时整个躯干部不侧 向倾斜； 0013 控制沉浮机构包括蓄水腔、 蓄水腔抱箍、 蓄水腔安装台、 蓄水腔吸排水液压缸和吸 排水液压缸支架； 控制沉浮机构固定在安装骨架上， 通过蓄水腔吸入或排出水改变海豚的 重量， 进而实现海豚的上浮、 下潜和悬浮； 以及 0014 调幅机构包括脉冲泵安装支架， 调幅平台， 调幅平台滑轨， 调幅液压缸， 调幅液压 缸支架， 调幅机构固定在安装骨架上， 调幅机构用来改变脉冲泵的凸轮轴与脉冲泵的柱塞 滑靴的。

20、接触位置， 从而改变柱塞运动幅度， 进一步改变腰关节双出杆液压缸和尾关节双出 杆液压缸的行程， 实现机器海豚摆动幅度的变化。 0015 优选地， 还包括液压控制系统， 其包括三维角度传感器、 控制中心、 控制平台、 伺服 阀、 单向阀、 伺服电机、 减速器、 联轴器、 以及脉冲泵； 所述脉冲泵安装在调幅机构的脉冲泵 安装支架中， 脉冲泵有N个柱塞， 所述脉冲泵的第一柱塞和第二柱塞分别经过变压缸和腰关 节双出杆液压缸通过管路相连接； 脉冲泵的第三柱塞和第四柱塞也分别经过变压缸和尾关 节双出杆液压缸通过管路相连接； 脉冲泵的第四柱塞经过单向阀与蓄能器和多个并行伺服 阀连接， 每个伺服阀分别与转向液。

21、压缸、 胸鳍转动液压缸、 胸鳍摆动液压缸、 平衡台液压缸、 调幅液压缸、 以及蓄水腔吸排水液压缸中的一个油口连接； 控制平台与安装骨架固连， 三维 角度传感器与控制中心都安装在控制平台上， 伺服电机的输出端与减速器的输入端通过键 相连， 减速器的输出端与联轴器输入端通过键相连， 联轴器输出端与脉冲泵的凸轮轴通过 键连接； 三维角度传感器实时向控制中心反馈机器海豚的运动姿态， 控制中心发送信号至 伺服阀， 使伺服阀左位或右位接通， 通过电路控制， 能根据需要对不同的液压缸进行操作， 实现对液压驱动仿生机器海豚的控制。 0016 优选地， 腰关节推进及转向机构具体结构为： 所述转向液压缸安装在转向。

22、液压缸 支架上， 转向液压缸支架用螺钉固定在安装骨架上， 腰关节转向环用螺母和垫圈夹紧在转 向液压缸的活塞杆上， 腰关节转向环另一端套于腰关节过渡支座的圆柱上， 腰关节支座用 螺钉固定在安装骨架上， 腰关节过渡支座与腰关节支座之间隔着推力圆柱滚子轴承通过双 头螺柱连接， 腰关节液压缸固定架与腰关节过渡支座通过螺栓固连， 腰关节双出杆液压缸 的活塞杆用螺母固定在腰关节液压缸固定架上， 腰关节摆杆驱动件与腰关节双出杆液压缸 的缸体固连， 腰关节摆杆驱动件的圆轴置于腰关节摆杆的槽孔内， 腰关节摆杆一端的圆孔 套于腰关节液压缸固定架的圆轴上， 尾部与腰关节摆杆固连。 0017 优选地， 胸鳍运动机构具。

23、体结构为： 所述胸鳍摆动液压缸支架用螺钉固定在安装 骨架上， 胸鳍摆动液压缸与胸鳍摆动液压缸支架通过销轴铰接， 胸鳍旋转环与胸鳍摆动液 说明书 2/8 页 6 CN 110861761 A 6 压缸的活塞杆端通过螺纹固连， 胸鳍旋转环的安装于胸鳍套筒圆环槽里， 胸鳍套筒套在胸 鳍旋转轴一端， 带槽摇杆与胸鳍旋转轴固连， 胸鳍旋转轴安装于胸鳍安装支座孔内， 胸鳍安 装支座用螺钉固定在安装骨架上， 第一胸鳍连接件通过销轴与胸鳍旋转轴铰接， 第一胸鳍 连接件用螺钉固定在胸鳍上， 胸鳍连杆两端分别与胸鳍套筒和第二胸鳍连接件通过销轴铰 接， 第二胸鳍连接件用螺钉固定在胸鳍上， 胸鳍转动液压缸安装在胸鳍转。

24、动液压缸支架上， 胸鳍转动液压缸支架用螺钉固定在安装骨架上， 胸鳍转动驱动架与胸鳍转动液压缸的活塞 杆端通过螺纹固连， 胸鳍转动驱动架上的销轴穿过带槽摇杆的槽孔。 0018 优选地， 尾关节推进机构具体结构为： 所述尾关节液压缸支架用螺栓固定在腰关 节摆杆上， 尾关节双出杆液压缸与尾关节液压缸支架固连， 尾关节摆动驱动架与尾关节双 出杆液压缸的活塞杆端通过螺纹固连， 尾关节摆动驱动架上的销轴穿过尾鳍摆杆的槽孔， 尾关节支座用螺栓固定在腰关节摆杆上， 尾鳍摆杆通过销轴安装在尾关节支座的孔内， 尾 鳍摆杆尾鳍连接件通过螺栓固连， 尾鳍通过螺钉连接在尾鳍连接件上。 0019 优选地， 平衡调节机构具。

25、体结构为： 包括平衡台液压缸支架， 平衡台液压缸， 平衡 台， 平衡台滑轨， 蓄电池； 平衡台液压缸支架用螺钉固定在安装骨架上， 平衡台液压缸与平 衡台液压缸支架固连， 平衡台液压缸的活塞杆通过螺纹连接与平衡台固连， 蓄电池安放于 平衡台上， 平衡台通过滑块与平衡台滑轨配合， 平衡台滑轨用螺钉固定在安装骨架上。 0020 优选地， 控制沉浮机构具体结构为： 所述蓄水腔用蓄水腔抱箍固定在蓄水腔安装 台， 蓄水腔安装台与蓄水腔固定架用螺栓连接， 吸排水液压缸支架用螺钉固定在安装骨架 上， 蓄水腔吸排水液压缸与吸排水液压缸支架固连， 蓄水腔吸排水液压缸的活塞杆与蓄水 腔活塞杆通过销钉连接。 0021。

26、 优选地， 调幅机构具体结构为： 所述调幅平台通过滑块与调幅平台滑轨配合实现 相对滑动， 调幅平台滑轨用螺钉固定在安装骨架上， 无孔泵壳用螺栓与脉冲泵安装支架固 连， 调幅液压缸与脉冲泵安装支架固连， 调幅液压缸安装于调幅液压缸支架上， 调幅液压缸 支架用螺钉固定在安装骨架上。 0022 与现有技术相比， 本发明具有如下有益效果： 0023 1、 本发明机械结构简单， 利用交流液压原理的优点， 可以制作大型的仿生机器海 豚。 0024 2、 模块化设计， 有利于后续改进优化各个结构。 0025 3、 本发明的机器海豚外形与真实海豚相似， 执行任务过程中， 可以迷惑敌方声纳 系统有效保护自己。 。

27、0026 4、 用必须的电源作为平衡配重， 可以携带更多检测设备。 附图说明 0027 图1为液压驱动仿生机器海豚立体图； 0028 图2为图1所示液压驱动仿生机器海豚的局部剖视图； 0029 图3为图1所示液压驱动仿生机器海豚的另一视角局部剖视图； 0030 图4为液压驱动仿生机器海豚中脉冲泵的剖视图； 0031 图5为液压驱动仿生机器海豚中变压缸的剖视图； 0032 图6为液压驱动仿生机器海豚胸鳍运动机构的立体图； 说明书 3/8 页 7 CN 110861761 A 7 0033 图7为液压驱动仿生机器海豚腰腰关节推进及转向机构的立体图； 0034 图8为液压驱动仿生机器海豚调幅机构的立。

28、体图； 0035 图9为液压驱动仿生机器海豚控制沉浮机构中蓄水腔的剖视图； 0036 图10为液压驱动仿生机器海豚平衡调节机构的立体图； 0037 图11为液压驱动仿生机器海豚尾关节推进机构的立体图； 0038 图12为液压驱动仿生机器海豚的液压控制系统原理图。 0039 附图标记： 0040 1头部， 2躯干部， 3尾部， 4尾鳍， 5第一弹簧， 6第一T型截面支撑框架， 7第二弹簧， 8第二T型截面支撑框架， 9垫圈， 21控制平台， 22三维角度传感器， 23控制中心， 41槽钢， 42阀块， 43伺服阀， 44单向阀， 45第一蓄能器支架， 46 第一蓄能器， 47第二蓄能器支架， 4。

29、8第二蓄能器， 49伺服电机， 50减速器， 51联轴 器， 52安装骨架， 53减速器安装支架， 110脉冲泵， 111无孔泵壳， 112凸轮轴， 113轴承， 114脉冲泵腔体， 115柱塞， 116导向环， 117密封环， 118滑靴， 119轴 用弹性挡圈， 120第一O型密封圈， 121有孔泵壳， 131小端盖， 132缸筒， 133第一六 角法兰面螺母， 134小活塞， 135第一挡圈， 136第二O型密封圈， 137第三O型密封圈， 138变压缸活塞杆， 139大端盖， 140第四O型密封圈， 141变压缸安装支架， 151胸 鳍摆动液压缸支架， 152胸鳍摆动液压缸， 153胸。

30、鳍旋转环， 154胸鳍套筒， 155胸鳍 安装支座， 156带槽摇杆， 157胸鳍转动驱动架， 158胸鳍旋转轴， 159第一胸鳍连接 件， 160第二胸鳍连接件， 161胸鳍连杆， 162胸鳍， 163胸鳍转动液压缸支架， 164 胸鳍转动液压缸， 171转向液压缸， 172转向液压缸支架， 173腰关节转向环， 174腰 关节支座， 175推力圆柱滚子轴承， 176双头螺柱， 177腰关节过渡支座， 178腰关节 液压缸固定架， 179腰关节双出杆液压缸， 180腰关节摆杆， 181腰关节摆杆驱动件， 191脉冲泵安装支架， 192调幅平台， 193调幅平台滑轨， 194调幅液压缸， 19。

31、5调幅 液压缸支架， 211腔底， 212第二六角法兰面螺母， 213第五O型密封圈， 214蓄水腔活 塞， 215第六O型密封圈， 216第二挡圈， 217蓄水腔腔体， 218蓄水腔活塞杆， 219腔 盖， 220第七O型密封圈， 221透气孔， 222蓄水腔抱箍， 223蓄水腔固定架， 224蓄水 腔安装台， 225吸排水液压缸支架， 226蓄水腔吸排水液压缸， 231平衡台液压缸支架， 232平衡台液压缸， 233平衡台， 234平衡台滑轨， 235蓄电池， 251尾鳍连接件， 252尾鳍摆杆， 253尾关节支座， 254尾关节摆动驱动架， 255尾关节双出杆液压缸， 256尾关节液压缸。

32、支架。 具体实施方式 0041 以下， 参照附图对本发明的实施方式进行说明。 0042 本发明中液压驱动仿生机器海豚100主要包括： 外壳支撑框架组件、 腰关节推进及 转向机构170、 胸鳍运动机构150、 尾关节推进机构250、 平衡调节机构230、 控制沉浮机构、 调 幅机构190、 以及液压控制系统。 0043 请参阅图1至图12， 外壳支撑框架组件包括安装骨架52、 第一T型截面支撑框架6、 第二T型截面支撑框架8、 头部1、 躯干部2、 尾部3和尾鳍4。 头部1与躯干部2分别与安装骨架 52固连， 垫圈9放置在头部1与躯干部2之间； 第一弹簧5两端分别与躯干部2和尾部3固连， 第 说。

33、明书 4/8 页 8 CN 110861761 A 8 一弹簧5穿过第一T型截面支撑框架6的孔， 第一弹簧5与第一T型截面支撑框架6实现躯干部 2与尾部3的柔性连接； 尾部3还与腰关节推进及转向机构170的腰关节摆杆180固连， 实现同 步摆动； 第二弹簧7两端分别与尾部3和尾鳍4固连， 第二弹簧7穿过第二T型截面支撑框架8 的孔， 第二弹簧7与第二T型截面支撑框架8实现尾部3与尾鳍4的柔性连接； 尾鳍4还连接在 尾关节推进机构250的尾鳍连接件251上， 尾关节推进机构250也与腰关节推进及转向机构 170的腰关节摆杆180固连。 0044 请参阅图7与图1至图3， 腰关节推进及转向机构17。

34、0主要包括转向液压缸171， 转向 液压缸支架172， 腰关节转向环173， 腰关节支座174， 推力圆柱滚子轴承175， 双头螺柱176， 腰关节过渡支座177， 腰关节液压缸固定架178， 腰关节双出杆液压缸179， 腰关节摆杆180， 腰关节摆杆驱动件181。 转向液压缸171安装在转向液压缸支架172上， 转向液压缸支架172 用螺钉固定在安装骨架52上， 腰关节转向环173用螺母和垫圈夹紧在转向液压缸171的活塞 杆上， 腰关节转向环173另一端套于腰关节过渡支座177的圆柱上， 腰关节支座174用螺钉固 定在安装骨架52上， 腰关节过渡支座177与腰关节支座174之间隔着推力圆柱滚。

35、子轴承175 通过双头螺柱176连接， 腰关节液压缸固定架178与腰关节过渡支座177通过螺栓固连， 腰关 节双出杆液压缸179的活塞杆用螺母固定在腰关节液压缸固定架178上， 腰关节摆杆驱动件 181与腰关节双出杆液压缸179的缸体固连， 腰关节摆杆驱动件181的圆轴置于腰关节摆杆 180的槽孔内， 腰关节摆杆180一端的圆孔套于腰关节液压缸固定架178的圆轴上， 尾部3与 腰关节摆杆180固连。 由以上结构， 可知腰关节推进及转向机构170通过腰关节支座174和转 向液压缸支架172用螺钉固定在安装骨架52上； 腰关节双出杆液压缸179的缸筒上下往复运 动时， 会带动腰关节摆杆180绕腰关。

36、节液压缸固定架178的圆轴上下摆动， 因为尾部3与腰关 节摆杆180固连， 所以尾部3会相对于机器海豚躯干部2上下往复摆动， 实现海豚背腹式运动 中的一部分； 转向液压缸171活塞杆前后移动时， 会带动腰关节过渡支座177绕双头螺柱176 旋转， 由连接关系， 很容易知道尾部3会相对于机器海豚躯干部2转动一个角度， 最终实现机 械海豚转向。 0045 请参阅图6与图1至图3， 两个胸鳍运动机构150对称布置在海豚身体两侧， 胸鳍运 动机构150主要包括胸鳍摆动液压缸支架151， 胸鳍摆动液压缸152， 胸鳍旋转环153， 胸鳍套 筒154， 胸鳍安装支座155， 带槽摇杆156， 胸鳍转动驱动。

37、架157， 胸鳍旋转轴158， 第一胸鳍连 接件159， 第二胸鳍连接件160， 胸鳍连杆161， 胸鳍162， 胸鳍转动液压缸支架163， 胸鳍转动 液压缸164。 胸鳍摆动液压缸支架151用螺钉固定在安装骨架52上， 胸鳍摆动液压缸152与胸 鳍摆动液压缸支架151通过销轴铰接， 胸鳍旋转环153与胸鳍摆动液压缸152的活塞杆端通 过螺纹固连， 胸鳍旋转环153的安装于胸鳍套筒154圆环槽里， 使得胸鳍套筒154转动时胸鳍 旋转环153可以保持不动， 胸鳍套筒154套在胸鳍旋转轴158一端， 带槽摇杆156与胸鳍旋转 轴158固连， 使得带槽摇杆156与胸鳍旋转轴158能同步转动， 胸鳍旋。

38、转轴158安装于胸鳍安 装支座155孔内， 胸鳍安装支座155用螺钉固定在安装骨架52上， 第一胸鳍连接件159通过销 轴与胸鳍旋转轴158铰接， 第一胸鳍连接件159用螺钉固定在胸鳍162上， 胸鳍连杆161两端 分别与胸鳍套筒154和第二胸鳍连接件160通过销轴铰接， 第二胸鳍连接件160用螺钉固定 在胸鳍162上， 胸鳍转动液压缸164安装在胸鳍转动液压缸支架163上， 胸鳍转动液压缸支架 163用螺钉固定在安装骨架52上， 胸鳍转动驱动架157与胸鳍转动液压缸164的活塞杆端通 过螺纹固连， 胸鳍转动驱动架157上的销轴穿过带槽摇杆156的槽孔。 由以上结构， 胸鳍运动 说明书 5/8。

39、 页 9 CN 110861761 A 9 机构150通过胸鳍安装支座155、 胸鳍转动液压缸支架163和胸鳍摆动液压缸支架151用螺钉 固定在安装骨架52上； 胸鳍转动液压缸164活塞杆移动时， 胸鳍转动驱动架157也会相应的 移动， 胸鳍转动驱动架157上销轴带动带槽摇杆156， 使得带槽摇杆156与胸鳍旋转轴158能 同步转动， 由于第一胸鳍连接件159通过销轴与胸鳍旋转轴158铰接， 第一胸鳍连接件159用 螺钉固定在胸鳍162上， 所以胸鳍162也会相应的转动， 改变胸鳍相对于机器海豚躯干部2的 倾角， 可以辅助机器海豚沉浮； 因为胸鳍摆动液压缸152与胸鳍摆动液压缸支架151通过销。

40、 轴铰接， 所以胸鳍摆动液压缸152有一个可以绕销轴转动的自由度， 因为胸鳍旋转环153与 胸鳍摆动液压缸152的活塞杆端通过螺纹固连， 胸鳍旋转环153的安装于胸鳍套筒154圆环 槽里， 胸鳍套筒154套在胸鳍旋转轴158一端， 所以当胸鳍摆动液压缸152活塞杆伸出时， 胸 鳍套筒154也会相应的运动； 又因为胸鳍连杆161两端分别与胸鳍套筒154和第二胸鳍连接 件160通过销轴铰接， 第二胸鳍连接件160用螺钉固定在胸鳍162上， 所以胸鳍162会绕着第 一胸鳍连接件159与胸鳍旋转轴158铰接的销轴摆动， 此时胸鳍162会贴近机器海豚躯干部 2， 这样机器海豚在高速运动减小阻力， 进而达。

41、到节能的效果。 0046 请参阅图11与图1至图3， 尾关节推进机构250主要包括尾鳍连接件251， 尾鳍摆杆 252， 尾关节支座253， 尾关节摆动驱动架254， 尾关节双出杆液压缸255， 尾关节液压缸支架 256。 尾关节液压缸支架256用螺栓固定在腰关节摆杆180上， 尾关节双出杆液压缸255与尾 关节液压缸支架256固连， 尾关节摆动驱动架254与尾关节双出杆液压缸255的活塞杆端通 过螺纹固连， 尾关节摆动驱动架254上的销轴穿过尾鳍摆杆252的槽孔， 尾关节支座253用螺 栓固定在腰关节摆杆180上， 尾鳍摆杆252通过销轴安装在尾关节支座253的孔内， 尾鳍摆杆 252尾鳍连。

42、接件251通过螺栓固连， 尾鳍4通过螺钉连接在尾鳍连接件251上。 由以上结构， 尾 关节推进机构250通过尾关节液压缸支架256和尾关节支座253用螺栓固定在腰关节推进及 转向机构170的腰关节摆杆180上； 当尾关节双出杆液压缸255活塞杆往复运动时， 尾关节摆 动驱动架254也会相应的移动， 因为尾关节摆动驱动架254上的销轴穿过尾鳍摆杆252的槽 孔， 所以尾鳍摆杆252就会上下往复摆动， 实现海豚背腹式运动中的另一部分。 0047 请参阅图10与图1至图3， 平衡调节机构230主要包括平衡台液压缸支架231， 平衡 台液压缸232， 平衡台233， 平衡台滑轨234， 蓄电池235。。

43、 平衡台液压缸支架231用螺钉固定在 安装骨架52上， 平衡台液压缸232与平衡台液压缸支架231固连， 平衡台液压缸232的活塞杆 通过螺纹连接与平衡台233固连， 蓄电池235安放于平衡台233上， 平衡台233与滑块固连(图 未标)， 滑块与平衡台滑轨234配合实现相对滑动， 平衡台滑轨234用螺钉固定在安装骨架52 上。 由以上结构， 平衡调节机构230通过平衡台滑轨234和平衡台液压缸支架231用螺钉固定 在安装骨架52上， 通过当平衡台液压缸232的活塞移动时， 平衡台233会带着蓄电池235左右 移动， 改变重心的位置， 从而调整因为机器海豚各零部件安装之后重心不在中心线上， 最。

44、终 使机器海豚游动时整个躯干部不会侧向倾斜， 同时也可以辅助完成机器海豚的一些运动。 0048 请参阅图9、 图12与图1至图3， 控制沉浮机构主要包括蓄水腔210、 蓄水腔抱箍222、 蓄水腔安装台224， 蓄水腔吸排水液压缸226和吸排水液压缸支架225； 蓄水腔210包括腔底 211， 第二六角法兰面螺母212， 第五O型密封圈213， 蓄水腔活塞214， 第六O型密封圈215， 第 二挡圈216， 蓄水腔腔体217， 蓄水腔活塞杆218， 腔盖219， 第七O型密封圈220， 透气孔221。 腔 底211与蓄水腔腔体217通过焊接相连； 第六O型密封圈215与第二挡圈216安装于蓄水腔。

45、活 塞214外的密封槽内， 起到密封作用； 第五O型密封圈213安装于蓄水腔活塞214的内密封槽 说明书 6/8 页 10 CN 110861761 A 10 内； 蓄水腔活塞214用第二六角法兰面螺母212固定在蓄水腔活塞杆218上； 第七O型密封圈 220安装于蓄水腔腔体217的端面密封槽内； 腔盖219通过螺钉连接与蓄水腔腔体217固定； 透气孔221在腔盖219上， 用于蓄水腔活塞214运动时平衡内外气压。 蓄水腔210用蓄水腔抱 箍222固定在蓄水腔安装台224， 蓄水腔安装台224与蓄水腔固定架223用螺栓连接， 吸排水 液压缸支架225用螺钉固定在安装骨架52上， 蓄水腔吸排水液。

46、压缸226与吸排水液压缸支架 225固连， 蓄水腔吸排水液压缸226的活塞杆与蓄水腔活塞杆218通过销钉连接。 由以上结 构， 控制沉浮机构通过吸排水液压缸支架225用螺钉固定在安装骨架52上， 当水腔吸排水液 压缸226的活塞杆移动时， 通过蓄水腔活塞杆218带动蓄水腔活塞214移动， 蓄水腔会吸入或 排出水， 整个机器海豚的重量就会改变， 进而实现机器海豚的上浮、 下潜和悬浮。 0049 请参阅图8与图1至图3， 调幅机构190主要包括脉冲泵安装支架191， 调幅平台192， 调幅平台滑轨193， 调幅液压缸194， 调幅液压缸支架195。 脉冲泵安装支架191用螺栓固定在 调幅平台192。

47、上， 调幅平台192与滑块固连(图未示)， 滑块与调幅平台滑轨193配合实现相对 滑动， 调幅平台滑轨193用螺钉固定在安装骨架52上， 无孔泵壳111用螺栓与脉冲泵安装支 架191固连， 调幅液压缸194与脉冲泵安装支架191固连， 调幅液压缸194安装于调幅液压缸 支架195上， 调幅液压缸支架195用螺钉固定在安装骨架52上。 由以上结构， 调幅机构190通 过调幅平台滑轨193和调幅液压缸支架195用螺钉固定在安装骨架52上， 当调幅液压缸194 的活塞杆前后移动时， 脉冲泵安装支架191会相应的前后移动。 因为脉冲泵安装支架191与 无孔泵壳111用螺栓固连， 而脉冲泵的凸轮轴112。

48、间接伺服电机49连接； 脉冲泵安装支架191 会相应的前后移动时带动除凸轮轴112外的脉冲泵110其余零部件， 使得与凸轮轴112发生 相对移动。 最终实现整个机构改变脉冲泵的凸轮轴与脉冲泵的柱塞滑靴的接触位置， 即改 变有效偏心距， 从而改变柱塞运动幅度， 进一步改变腰关节双出杆液压缸和尾关节双出杆 液压缸的行程， 实现机器海豚摆动幅度的变化。 0050 液压控制系统包括三维角度传感器22、 控制中心23、 控制平台21、 伺服阀43、 单向 阀44、 第一蓄能器46、 第二蓄能器48、 伺服电机49、 减速器50、 联轴器51、 脉冲泵110。 0051 请参阅图4与图12， 脉冲泵110。

49、主要包括无孔泵壳111， 凸轮轴112， 轴承113， 脉冲泵 腔体114， 柱塞115， 导向环116， 密封环117， 滑靴118， 轴用弹性挡圈119， 第一O型密封圈120， 有孔泵壳121。 密封环117安装在柱塞115的密封环槽内， 起到密封作用； 导向环116安装在柱 塞115的导向环槽内， 起到导向作用， 进而减小密封环的磨损； 柱塞115球头端与滑靴118球 铰接， 工作时滑靴118的平面端始终与凸轮轴112贴紧； 柱塞115安装在脉冲泵腔体114的柱 塞腔内； 凸轮轴112轴肩与轴承113的内圈过盈配合， 轴用弹性挡圈119安装于凸轮轴112的 槽内限制轴承113的轴向位置。

50、； 轴承113的外圈与无孔泵壳111间隙配合， 利于相对滑动； 第 一O型密封圈120安装于有孔泵壳121的槽内， 起到防尘密封作用； 无孔泵壳111与有孔泵壳 121通过螺栓连接把脉冲泵腔体114夹紧， 同时无孔泵壳111与有孔泵壳121中间有弹性密封 垫(图未示)。 对于凸轮轴112上与滑靴118贴合面形状具体的描述： 其截面相对于旋转轴线 都是连续变化的偏心圆， 凸轮轴112转动时， 柱塞115会在脉冲泵腔体114的柱塞腔内往复移 动， 由于腔体密闭， 仅存在于柱塞115平面端的工作流体也会往复流动； 当凸轮轴112沿轴线 方向移动后， 凸轮轴112上与滑靴118贴合处截面的偏心距相应的。