本技术涉及一种深海探索机械仿生水蛇，一种深海探索机械仿生水蛇，包括：蛇头模块；采用万向式转动机构的关节联动模块，可实现波浪运动或弹跳运动；蛇身模块，其包括流线型设计的壳体，所述壳体外部设置有上导流板和侧导流板，所述壳体内部设置有浮力控制系统和共振补偿辅助系统；以及具有水下推进器的蛇尾模块；所述蛇头模块、蛇身模块和蛇尾模块通过所述关节联动模块两端进行首尾连接。与现有技术相比，本技术具有动作灵活、抗压性强、环境适应能力好、实用方便、高效可行等优点，可代替机器人和人工进行深海水下作业。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及仿生机器人领域，尤其是涉及一种深海探索机械仿生水蛇。
技术介绍
1、仿生技术是直接面向国民经济和国防科技发展的实际需求，以仿生学为理论基础，该技术在各个领域的运用逐渐普及。科学家表示人类对海洋深水区域的了解比太空还少，探索海洋中的深水区域难度很大，有着许多无法估计的危险，当前探索海洋主要用到的有人工专业设备、普通机器人、仿生蛇形机器人等，但均存在有一定的缺陷。对于人工专业设备，需要专业潜水员潜入海洋进行操作，而深海区域的水压大，专业潜水员的下潜极限为100～300米，若进入更深的水域，会对潜水员的生命存在一定的威胁；普通机器人在空间狭小的地方无法进行水下作业，不能完成探索或检测的任务；仿生蛇形机器人在陆地进行检测探索时技术成熟，但是不适合水下的环境，需要对其作一定的改造。以上产品对水下作业的场景存在一定的局限性，完成深海探索任务的效率较低，人工作业风险性大，另外水下探测的专业设备笨重，成本高，普通蛇形机器人的关节采用十字铰链式联动，结构不灵活，不适合水下作业。
2、专利公开号cn106346462b公开了一种模块化关节的蛇形两栖机器人，包括多个通用模块，所述多个通用模块首尾串联连接，活动连接的两相邻通用模块中的一个通用模块可相对另一个通用模块俯仰运动或/和偏航运动，所述蛇形两栖机器人的第一个通用模块和最后一个通用模块分别设置有首部保护壳和尾部保护壳，所述首部保护壳呈圆柱形，所述尾部保护壳呈类圆锥形。但是该蛇形两栖机器人对深海压强的抵抗能力有限，存在一定的变形风险，且面对障碍无法及时进行规避或处理。
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br/>技术实现思路
1、本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种动作灵活、抗压性强、环境适应能力好、实用方便、高效可行的深海探索机械仿生水蛇，在海洋探索领域具有巨大的应用价值。
2、本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种深海探索机械仿生水蛇，包括：
4、蛇头模块；
5、采用万向式转动机构的关节联动模块，可实现波浪运动或弹跳运动；
6、蛇身模块，其包括流线型设计的壳体，所述壳体外部设置有上导流板和侧导流板；
7、以及具有水下推进器的蛇尾模块；
8、所述蛇头模块、蛇身模块和蛇尾模块通过所述关节联动模块两端进行首尾连接。
9、进一步地，所述蛇头模块还包括：
10、锥形的头壳；
11、位于所述头壳底部的底板；
12、位于所述头壳内部或外侧的探测部件、照明部件、摄像部件、抓取部件。
13、更进一步地，所述探测部件为声呐、生物雷达，照明部件为led灯、灯珠、远光灯，摄像部件为摄像头、照相机，抓取部件为机械手。由于受所述深海探索机械仿生水蛇的体积限制，可以更换不同的部件，实现不同功能的快速切换。
14、进一步地，所述关节联动模块数量为n+1个；蛇身模块数量为n个，n≥5。前三个关节联动模块负责抬头和摇头的动作，后两个关节联动模块负责控制方向。其中每三个关节联动模块相互配合蜷缩完成波浪运动，或将所有的关节联动模块沿一条弧线弯曲并配合蛇头模块的转弯完成弹跳运动。
15、进一步地，所述关节联动模块内的万向式转动机构包括：
16、带花键的输入轴；
17、固定套设在所述输入轴的花键端的关节球支架，所述关节球支架绕所述输入轴开有若干等间距设置的关节球球槽，所述球槽内设置有关节球；
18、固定在所述关节球外侧的外衬套，所述关节球突出所述关节球支架向外和所述外衬套内壁接触；
19、固定在所述关节球内侧的内衬套，所述关节球突出所述关节球支架向内和所述内衬套内壁接触；
20、所述输入轴的轴杆花键处设有密封圈，两者之间安装有弹性挡圈。
21、进一步地，所述万向式转动机构外设有伸缩波纹的保护罩，所述输入轴另一端外侧设有保护壳，所述保护罩与所述外衬套和保护壳连接。
22、更进一步地，所述万向式转动机构为采用球笼式等速万向节，可实现360度无死角转动，代替传统的十字铰链结构，使仿蛇机械更灵活。
23、进一步地，所述壳体内部设置有浮力控制系统。
24、更进一步地，所述浮力控制系统为油囊式浮力调节系统，以液压油为工作介质，通过向耐压橡皮油囊抽取或泵入液压油的方式改变排水量，达到浮力调节的目的。所述浮力控制系统能够很好地抵抗水下巨大的压强，并保证所述深海探索机械仿生水蛇不会发生严重变形的事故，提升其在水下行动的可靠性。
25、进一步地，所述蛇身模块还包括：
26、固定在所述壳体底部的底盖；
27、位于所述壳体外部，用于固定所述蛇身模块和关节联动模块的固位弹簧。
28、进一步地，所述水下推动器包括；发动机和螺旋桨。
29、更进一步地，所述发动机采用防水高速马达，使用锂聚合物电池，为了防止动力不足导致无法回收，在末尾的模块配置能量回收系统，通过螺旋桨的转动提供动能来备份电量，提升其续航。
30、进一步地，所述蛇尾模块还包括尾壳，所述尾壳镂空，尾端设有若干尾舵。
31、进一步地，所述蛇头模块、关节联动模块、蛇身模块、蛇尾模块采用对称性结构。
32、进一步地，深海探索机械仿生水蛇的所有部件中处标准件外，均采用3d打印工艺成型，加工材料采用热塑性聚氨酯弹性体塑料、丙烯腈丁二烯苯乙烯、尼龙等。
33、进一步地，所述蛇头模块内置上位机，负责各信息的处理。
34、进一步地，与所述蛇头模块相邻的蛇身模块中内置有单片机(microcontrollerunit，mcu)控制主板为下位机，负责控制各个关节联动模块的转动角度。
35、进一步地，深海探索机械仿生水蛇的整个控制系统中，所述上位机控制各个信息的处理和运算，通过电脑进行遥控，下位机mcu将各个模块与上位机进行协调，实现对仿蛇机械的控制。
36、进一步地，主要的控制流程包括超声波距离检测，金属感应开关，前进模式，蜷缩模式，警觉模式。在系统运行后，程序即刻进入前进模式的控制状态，同时不断地发射并收集超声波进行分析信号。当测距距离小于15cm时，系统进入避障模式，通过蛇头模块的摇头动作，比较两侧的距离信号并转弯避开障碍物；当感应到金属的距离小于30cm时，系统进入警觉模式，停止前进，记录相机的画面和地径坐标，并人为通过画面进行判断分析；若实际速度小于正常速度时，判断可能受到了淤泥或水草等的干扰，系统进入蜷缩模式，并进行波浪运动，以此摆脱外界的束缚，当速度恢复正常时，摆正姿态并重启前进模式。
37、与现有技术相比，本技术具有以下优点：
38、(1)功能多样，主要功能在复杂地形环境的深水区域进行勘探和采样，代替人工执行一些危险的水下作业。同时其模块化、可重组的设计，和旋转衔接的方式，可以快速更换功能部件和辅助系统，如检测传感器、浮力控制系统、能量回本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述蛇头模块(1)还包括：
3.根据权利要求1所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述关节联动模块(2)数量为n+1个；蛇身模块(3)数量为n个，n≥5。
4.根据权利要求1所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述关节联动模块(2)内的万向式转动机构包括：
5.根据权利要求4所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述万向式转动机构外设有伸缩波纹的保护罩(23)，所述输入轴另一端外侧设有保护壳(29)，所述保护罩(23)与所述外衬套(21)和保护壳(29)连接。
6.根据权利要求1所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述壳体(31)内部设置有浮力控制系统，所述浮力控制系统为油囊式浮力调节系统。
7.根据权利要求1所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述蛇身模块(3)还包括：
8.根据权利要求1所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述水下推动器包括；发动机(44)和螺旋桨(42)。
9.根据权利要求1所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述蛇尾模块(4)还包括尾壳(43)，所述尾壳(43)镂空，尾端设有若干尾舵(41)。
10.根据权利要求1所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述蛇头模块(1)、关节联动模块(2)、蛇身模块(3)、蛇尾模块采用对称性结构。
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【技术特征摘要】
1.一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述蛇头模块(1)还包括：
3.根据权利要求1所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述关节联动模块(2)数量为n+1个；蛇身模块(3)数量为n个，n≥5。
4.根据权利要求1所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述关节联动模块(2)内的万向式转动机构包括：
5.根据权利要求4所述的一种深海探索机械仿生水蛇，其特征在于，所述万向式转动机构外设有伸缩波纹的保护罩(23)，所述输入轴另一端外侧设有保护壳(29)，所述保护罩(23)与所述外衬套(21)和保护壳(29)连接。
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：余启志，陈燕，朱斌华，
申请(专利权)人：上海市高级技工学校，
类型：新型
国别省市：
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