CN110091973A - 一种仿生人形水下探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿生人形水下探测装置。采用仿人体结构，包括躯体和头部、颈部、臂部、背部和腿部机构；头部装有各种传感器、水下双目视觉相机和水下照明装置；躯体背部设置有多用途背包，臂部末端装有自适应机械手平台；腿部通过多机构协同实现行走模式或游动模式的快速切换；臂部及腿部进行协同操作，对水下环境进行探测或对水下物体进行抓取，同时还能够携带额外设备与潜水员一同进行水下作业，实现良好的人机协同作业功能。本发明具有功能丰富、适用范围广、适应性强、灵活性高的优势，可以实现水下探测装置在浅水区域的全方位移动、摄像、抓取、水质监测以及人机协同作业等功能。

Description

一种仿生人形水下探测装置
技术领域
本发明涉及仿生机器人与水下机器人技术领域，尤其是涉及一种仿生人形水下探测装置。
背景技术
众所周知，海洋资源是非常丰富的，对于海洋的开发和争夺成了很多国家的战略重点。但是由于水下工作环境恶劣，很多想法只能望而却步，严重阻碍了世界各国对海洋探索的步伐。水下探测装置作为海洋工程和机器人技术的交叉学科，近年来得到了世界各国的广泛重视。水下探测机器人具有隐蔽性强、工作范围广、对复杂水域适应能力更强的特点，工作母船可以在远离工作水域的位置布放水下探测机器人,最大限度降低工作母船的风险，帮助人类在未知或危险的水域自主执行多种任务。本发明的一种仿生人形水下探测装置主要面向民用化领域，用于绘制水底地貌，水下物体采样和抓取、监视及抓取水下静态生物，水质监测以及自动巡航等工作。
随着水下作业需求的不断增加，人们对水下探测装置的需求日趋增长。现有的水下探测装置往往依靠螺旋桨推进器进行推力的方法，工作时会搅动周围的水体，引起水中和水底的沉积物产生扩散运动，降低观测视野的清晰度和可视范围；另外，多采用仿鱼结构，难以准确抓取不同形状和大小的水下目标，在灵活性、多功能性、稳定性和集成化方面还有待改善。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种仿生人形水下探测装置，利用电磁吸合装置、大扭力舵机和控流装置等机构的协同操作，实现模拟人类行走以及仿鱼游动模式；利用自适应机械手平台可自主调节指身在底座滑槽上的位置以及指尖的张开角度的特性，可以精确稳定抓取不同形状和大小的物体；通过设计多用途背包和集成化仿人形整体结构，改善水下探测装置的灵活性以及功能的丰富性，拥有良好的水下人机协同操作性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明装置包括主要由躯体、头部、颈部、背部、臂部和腿部构成的仿生人形结构；所述头部包括头部外壳、头部舵机和颈部支撑件，所述的颈部包括颈部旋转云台；头部外壳内部固定有头部舵机，头部舵机输出端向下伸出头部外壳并固定连接颈部支撑件，颈部旋转云台顶端固定于颈部支撑件底面，颈部旋转云台用以驱动颈部支撑件进而带动所述头部相对于所述躯体作水平旋转运动，头部舵机用以驱动所述头部相对所述躯体摆动。
所述的臂部包括从躯体向外依次连接布置的臂部舵机、臂部主支撑件、手臂第一舵机、大臂支撑件、手臂第二舵机、小臂支撑件和自适应机械手平台；一臂部舵机机体固定嵌装于躯体侧部，一臂部舵机的输出轴与臂部主支撑件的一端连接，臂部主支撑件另一端与手臂第一舵机机体连接，手臂第一舵机输出轴和大臂支撑件的一端连接，大臂支撑件另一端与手臂第二舵机机体连接，手臂第二舵机输出轴与小臂支撑件的一端连接，小臂支撑件的一端与自适应机械手平台连接；臂部舵机用于驱动所述整个臂部相对于所述躯体摆动，手臂第一舵机用于驱动所述大臂支撑件相对于所述臂部主支撑件摆动，手臂第二舵机用于驱动所述小臂支撑件相对于所述大臂支撑件摆动；臂部主支撑件、大臂支撑件、小臂支撑件的所有臂部支撑件均为环形框架结构，环形框架结构中间装有控流装置。
所述的腿部从躯体向外依次为腿部主固定件、电磁吸合装置、腿部第一舵机、大腿支撑件、腿部第二舵机、小腿支撑件、腿部第三舵机、脚部支撑件和蛙鞋；腿部主固定件上端固定在躯体底面，腿部主固定件下端铰接安装有电磁吸合装置，腿部第一舵机机体固定于电磁机构底面，腿部第一舵机的输出轴和大腿支撑件上端连接，大腿支撑件下端与腿部第二舵机机体固定连接，腿部第二舵机输出轴和小腿支撑件上端连接，小腿支撑件下端与腿部第三舵机机体连接，腿部第三舵机下端和脚部支撑件连接，脚部支撑件前侧与蛙鞋固接；腿部第一舵机用于驱动所述大腿支撑件相对于所述电磁吸合装置摆动；腿部第二舵机用于驱动所述小腿支撑件相对于所述大腿支撑件摆动；腿部第三舵机用于驱动所述蛙鞋相对于所述小腿支撑件摆动；大腿支撑件、小腿支撑件、脚部支撑件的所有腿部支撑件均为环形框架结构，环形框架结构中间装有控流装置；所述的控流装置包括控流微型电机、转动杆和挡板，两块挡板对称固定在转动杆的两侧，转动杆一端固定连接控流微型电机的输出轴，控流微型电机的机体固定于支撑件的环形框架结构内壁。
所述头部内安装有中央控制模块，中央控制模块包括微控制器、压力传感器、温度传感器、北斗定位模块和电子罗盘，压力传感器、温度传感器、北斗定位模块和电子罗盘均连接到微控制器，微控制器连接到上位机；压力传感器用于水下探测装置实时监控航行深度，温度传感器用于检测水中温度，且温度传感器和压力传感器的表面涂有防水胶；北斗定位模块用来测量水下探测装置的实时坐标位置；电子罗盘用于对水下探测装置的航向进行测量，并将航向发送给微控制器，以便同目的地方位进行比较作出航行调整；微控制器通过接收上位机以及各个传感器的数据，并进行实时处理，微控制器发出根据数据进行反馈，实时对水下探测装置的运动进行调节。
所述头部顶部设置有声呐探测装置，前部设置有大功率照明装置和双目视觉相机，声呐探测装置用于探测障碍物和靠近的物体以避免水下探测装置在水下航行过程中发生碰撞，，大功率照明装置用于水下昏暗环境下为双目视觉相机提供照明，双目视觉相机包括双目视觉相机左摄像机和双目视觉相机右摄像机，双目视觉相机用于实时记录下水下探测装置在水下航行过程中的水下环境图像数据并存储。
所述的多用途背包背包两侧装有扶手，扶手为开设的凹槽。
所述的多用途背包背部后部放置转浆式流速传感器，通过转浆式流速传感器和压力传感器，协同配合用于监测和反馈水下探测装置的悬停状态。
所述的躯体正面设置有辅助照明装置，辅助照明装置为机械臂抓取作业提供清晰且正向的辅助照明。
所述躯体包括躯体外壳，躯体外壳内部有一个小储藏盒和大储藏盒的两个储藏盒；储藏盒的传动机构包括有盒本体、电机和转轴，电机固定于躯体外壳内部，电机输出轴连接转轴的一端，转轴另一端支撑安装于躯体外壳内部，转轴固定于盒本体中间，电机运行带动盒本体旋转。
所述的自适应机械手平台包括平台板、指尖电机、三个指尖、指身和微型摄像头，平台板沿圆周均布开设有三道底座滑槽，每道底座滑槽均沿平台板径向布置，三个指身分别固定在三个底座滑槽外侧的平台板上，每个指身均通过指尖电机安装有一个指尖，指尖电机用于驱动指尖相对于平台板绕切向的旋转轴径向向内外旋转；指身尾部设置有微型电机，微型电机让指身沿底座滑槽进行滑动，控制指身沿底座滑槽的滑动位置以及指尖的张开角度，进而控制机械手平台抓取不同形状和尺寸的物体。
进一步地，所述的颈部旋转云台由驱动电机控制左右旋转范围为360°。
进一步地，所述的自适应机械手平台可以快捷更换不同直径(底盘滑槽不同长度)的底盘，以适应水下不同大小物体抓取的需求。
进一步地，所述的仿生人形水下探测装置当需要仿鱼游动时，电磁吸合装置通电，使两个腿部机构相互牢固吸合，同时两个腿部机构相同舵机之间的运动保持相同，实现仿鱼的游动模式。
进一步地，所述的仿生人形水下探测装置通过臂部和腿部舵机协同操作，带动水下探测装置实现仿人类(摆臂、行走、游动和转弯)等多种仿人运动模式。
进一步地，所述的仿生人形水下探测装置通过电磁吸合装置、各舵机和控流装置的协同操作，可实现该水下探测装置在仿人类游动、仿鱼游动、仿人行走模式的自由灵活切换。
进一步地，所述的多用途背包采用的是浮力材料外壳。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明采用仿人形的整体结构，通过电磁吸合装置、各舵机和控流装置的协同操作，可在仿人行走、仿鱼游动模式进行灵活切换，有效降低对周围水体的扰动，提高观测视野的清晰度，具备良好的操纵性能。
2、本发明集成双目视觉相机、压力传感器、温度传感器、电子罗盘和声呐等多种传感器，在躯体部分设计多用途储物背包，并在头部和躯干固定有双照明装置，可实时感知水下环境，并准确引导机械手进行水下目标的采样，具有结构紧凑、功能多样、适应性强等特点。
3、本发明通过设计自适应机械手平台进行水下物体抓取，可根据物体大小，控制指身在底座滑槽上的位置以及指尖张开角度，精确稳定抓取不同大小和尺寸的物体。
综上所述，本发明与现有技术相比，结构紧凑、运动灵活、功能多样、扩展性强，更能满足复杂环境下的可控性和适应能力的需求。
附图说明
图1是水下探测装置的轴测图。
图2是水下探测装置头部的主视图。
图3是水下探测装置头部的轴侧图。
图4是水下探测装置头部的后视图。
图5是水下探测装置颈部的主视图。
图6是水下探测装置躯体背部的背包轴侧图。
图7是水下探测装置臂部的轴侧图。
图8是控流装置的结构图。
图9是水下探测装置躯体的主视图。
图10是储藏盒驱动机构的结构图。
图11是水下探测装置腿部的轴侧图。
图12是电磁吸合装置剖视图。
图13是电磁吸合装置工作原理图。
图中：1、头部，2、颈部，3、背部，4、拖曳电缆，5、臂部，6、躯体，7、腿部，101、声呐探测装置，102、大功率照明装置，103、双目视觉相机，104、颈部支撑件，105、双目视觉相机左摄像机，106、双目视觉相机右摄像机，107、头部舵机，108、电子罗盘，109、微控制器，110、压力传感器，111、中央控制模块，112、温度传感器，113、北斗定位模块，201、颈部旋转云台，301、扶手，302、转浆式流速传感器，303、多用途背包，501、指尖电机，502、指尖，503、底座滑槽，504、指身，505、微型摄像头，506、自适应机械手平台，507、小臂支撑件，508、手臂第二舵机，509、大臂支撑件，510、手臂第一舵机，511、臂部主支撑件，512、控流装置，513、臂部舵机，514、控流微型电机，515、转动杆，516、挡板，601、辅助照明装置，602、小储藏盒，603、大储藏盒，604、盒本体，605、转轴，606、电机，701、腿部主固定件，702、电磁吸合装置，703、腿部第一舵机，704、大腿支撑件，705、腿部第二舵机，706、小腿支撑件，707、腿部第三舵机，708、脚部支撑件，709、蛙鞋，7021、左铁心，7022、线圈，7023、右铁心，7024、右腿第一舵机，7025、右大腿支撑件，7026、右腿第二舵机，7027、左腿第一舵机，7028、左大腿支撑件，7029、右腿第二舵机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“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的限制。
此外、术语“第一”、“第二”和“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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”和“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，本发明具体实施包括主要由躯体6、头部1、颈部2、背部3、臂部5和腿部7构成的仿生人形结构；头部1连接安装在颈部2顶端，颈部2底端连接安装在躯体6顶端，躯体6左右两侧均连接安装有一个臂部5，躯体6底端面两侧均连接安装有一个腿部7，躯体6背后连接安装有多用途背包303；躯体6上方为颈部2，颈部2上方为头部1，躯体6的左右两边分别为臂部5，躯体6的背部3设置有一个多用途背包303，躯体6下方有左右两个腿部7。
如图6所示，多用途背包303可放置水下工作的辅助设备、需要在水下放置的物品或者潜水员水下工作的一些工具，同时背包两侧还装有扶手301，可用于人机协同水下作业时潜水员的辅助游动。
如图3所示，头部1包括头部外壳、头部舵机107和颈部支撑件104，如图5所示，颈部2包括颈部旋转云台201；头部外壳内部固定有头部舵机107，头部舵机107输出端向下伸出头部外壳并固定连接颈部支撑件104，颈部旋转云台201顶端固定于颈部支撑件104底面，使得颈部旋转云台201通过颈部支撑件104与头部舵机107连接，颈部旋转云台201用以驱动颈部支撑件104进而带动头部1相对于躯体6作水平旋转运动，头部舵机107用以驱动头部1相对躯体6沿人体前后方向摆动。
如图7所示，臂部5包括从躯体6向外依次连接布置的臂部舵机513、臂部主支撑件511、手臂第一舵机510、大臂支撑件509、手臂第二舵机508、小臂支撑件507和自适应机械手平台506；一臂部舵机513机体固定嵌装于躯体6侧部，一臂部舵机513的输出轴与臂部主支撑件511的一端连接，臂部主支撑件511另一端与手臂第一舵机510机体连接，手臂第一舵机510输出轴和大臂支撑件509的一端连接，大臂支撑件509另一端与手臂第二舵机508机体连接，手臂第二舵机508输出轴与小臂支撑件507的一端连接，小臂支撑件507的一端与自适应机械手平台506连接；臂部舵机513用于驱动整个臂部5相对于躯体6沿垂直于人体左右方向的平面上旋转摆动，手臂第一舵机510用于驱动大臂支撑件509及其所连接的部件机构相对于臂部主支撑件511沿人体前后方向摆动，手臂第二舵机508用于驱动小臂支撑件507及其所连接的部件机构相对于大臂支撑件509沿人体前后方向摆动；同时臂部主支撑件511、大臂支撑件509、小臂支撑件507的所有臂部5支撑件均为环形框架结构，环形框架结构中间装有控流装置512。
如图11所示，腿部7从躯体向外依次为腿部主固定件701、电磁吸合装置702、腿部第一舵机703、大腿支撑件704、腿部第二舵机705、小腿支撑件706、腿部第三舵机707、脚部支撑件708和蛙鞋709；腿部主固定件701上端固定在躯体6底面，腿部主固定件701下端铰接安装有电磁吸合装置702，腿部第一舵机703机体固定于电磁吸合装置702底面，腿部第一舵机703的输出轴和大腿支撑件704上端(转动)连接，大腿支撑件704下端与腿部第二舵机705机体固定(转动)连接，腿部第二舵机705输出轴和小腿支撑件706上端连接，小腿支撑件706下端与腿部第三舵机707机体连接，腿部第三舵机707下端和脚部支撑件708连接，脚部支撑件708前侧与蛙鞋709固接；腿部第一舵机703用于驱动大腿支撑件704及其所连接的部件机构相对于电磁吸合装置702沿人体前后方向摆动；腿部第二舵机705用于驱动小腿支撑件706及其所连接的部件机构相对于大腿支撑件704沿人体前后方向摆动；腿部第三舵机707用于驱动蛙鞋709相对于小腿支撑件706沿人体前后方向摆动；同时大腿支撑件704、小腿支撑件706、脚部支撑件708的所有腿部7支撑件均为环形框架结构，环形框架结构中间装有控流装置512。
如图11所示，仿生人形水下探测装置通过电磁吸合装置702通电，使两个腿部机构相互牢固吸合，同时两个腿部机构相同舵机之间的运动保持相同，实现仿鱼的游动模式；通过臂部和腿部舵机协同操作，带动水下探测装置实现仿人类游动、行走、摆臂和转弯等多种仿人运动模式；通过电磁吸合装置、各舵机和控流装置的协同操作，可实现该水下探测装置在仿人类游动、仿鱼游动、仿人行走模式的自由灵活切换。
腿部7的电磁吸合装置702工作过程是：如图11-13所示，腿部7的电磁吸合装置702由左铁心7021、线圈7022和右铁心7023组成，其中线圈7022内置在左铁心7021中，右铁心7023内部没有线圈。电磁吸合装置702工作时需要和腿部第一舵机、大腿支撑件同时配合，当仿人行走时，电磁吸合装置702不工作。当仿鱼游动时，为获得更好的动力以及灵活性，需要通过电磁吸合装置702将双腿合并，形成一个大截面的腿部。此时电磁吸合装置702具体工作过程是：左腿第一舵机7027向右转过45°的角度，右腿第一舵机7024向左转过45°的角度，左大腿支撑件7028和右大腿支撑件7025与躯体6始终保持相对竖直向下；在左腿第一舵机7027及左大腿支撑件7028协同带动下，左铁心7021及其左腿第二舵机7029所连接的部件机构向右水平移动，在右腿第一舵机7024及右大腿支撑件7025协同带动下，右铁心7023及其右腿第二舵机7026所连接的部件机构向左水平移动；当左右腿部平移结束时，双腿都接近中心位置，此时左铁心7021内的线圈7022通电，形成强电磁吸力，将右铁心7023牢固吸住，此时腿部形成一个大截面的腿部，在进行游动时可形成更大的推进力。
如图8、所示，控流装置512包括控流微型电机514、转动杆515和挡板516，两块挡板516对称固定在转动杆515的两侧，转动杆515一端固定连接控流微型电机514的输出轴，控流微型电机514的机体固定于支撑件的环形框架结构内壁。控流装置512作用是让水下探测装置在水中运动过程中根据实际情况，控制臂部5或腿部7在水下运动中所受的阻力大小。具体工作流程为：当臂部5或腿7部运动时需要受到较大阻力时，控流装置512中的控流微型电机514通过旋转，带动挡板516进行转动，使挡板516相对于支撑件平行，使得水流无法大量从支撑件中间流过，从而使臂部5或腿部7在水中运动时获得较大的阻力；当臂部5或腿部7运动时需要受到较小阻力时，控流装置512中的控流微型电机514通过旋转，带动挡板516进行转动，使挡板516相对于支撑件垂直，使得水流可以从支撑件中间流过，从而使臂部5或腿部7在水中运动时获得较小的阻力。当水下探测装置需要进行游动时，控流装置通过控流微型电机514的旋转，将转动杆515旋转一定角度，使挡板516遮挡住各支撑件的空档部分，使游动过程获得较大的动力，当水下探测装置需要行走时，控流装置通过控流微型电机514的旋转，将转动杆515旋转一定角度，使挡板516在各支撑件中间空出空档部分，使行走时收到的阻力更小，不管是水下行走还是陆地行走受力更小，行走速度更快，姿态更灵活。
当需要进行仿人类摆臂时，通过控制双臂的舵机运动来使双臂协同交替向前或向后摆动，在手臂向前或向后摆动过程中，手臂支撑件中控流装置512中的挡板516在控流微型电机514的旋转带动下相对于支撑件垂直，从而使臂部在摆动手臂过程获得较小的阻力，能够实现快速摆动手臂的目的。
当需要进行仿人类行走时，通过控制双臂及腿部的舵机运动，当右臂向前摆动时，左腿同时向前运动，或当左臂向前摆动时，右腿同时向前运动，此时手臂及腿部支撑件中控流装置512中的挡板516在控流微型电机514的旋转带动下相对于支撑件垂直，从而使臂部及腿部在摆动过程获得较小的阻力。当右臂向后摆动时，左腿同时向后运动，或当左臂向后摆动时，右腿同时向后运动，此时手臂及腿部支撑件中控流装置512中的挡板516在控流微型电机514的旋转带动下相对于支撑件平行，从而使臂部及腿部在摆动过程获得较大的动力。从而实现仿人类行走。
当需要进行仿人类游动时，通过控制臂部及腿部的舵机的运动来使躯体两侧的双臂交替作出向前划水的动作，双腿交替上下打水，当臂部向后回摆手臂过程中，臂部需要获得较大的阻力来增加动力，此时手臂支撑件中控流装置512中的挡板516在控流微型电机514的旋转带动下相对于支撑件平行，从而使臂部5在向后回摆过程中获得较大的动力；当臂部向前划水过程中，臂部需要较小的阻力，此时手臂支撑件中控流装置512中的挡板516在控流微型电机514的旋转带动下相对于支撑件垂直，从而使臂部在回摆手臂过程获得较小的阻力。当臂部进行上下打水过程中，腿部支撑件中控流装置512中的挡板516在控流微型电机514的旋转带动下相对于支撑件平行，使腿部7在上下打水过程中获得较大的动力。通过这样的控制方法来让该探测装置进行高效的仿人类游动。
当需要进行仿人类转弯时，若是向左转弯，则在原有行走或游动的情况下，控制右腿和右臂上支撑件内控流装置中的挡板516在控流微型电机514的旋转带动下相对于支撑件平行，控制左腿和左臂上支撑件内控流装置中的挡板516在控流微型电机514的旋转带动下相对于支撑件垂直，从而使整个躯体的右部产生较大的动力，而整个躯体的左部产生较小的阻力，使得整个躯体向左进行转弯；若是向右转弯，则在原有行走或游动的情况下，控制左腿和左臂上支撑件内控流装置中的挡板516在控流微型电机514的旋转带动下相对于支撑件平行，控制右腿和右臂上支撑件内控流装置中的挡板516在控流微型电机514的旋转带动下相对于支撑件垂直，从而使整个躯体的左部产生较大的动力，而整个躯体的右部产生较小的阻力，使得整个躯体向右进行转弯。从而实现仿人类转弯。
当需要进行仿鱼游动时，手臂还是仿人类游动时的动作，腿部因电磁吸合装置702的作用，两个腿部被牢固吸合住，作为一个整体上下打水，在腿部上下打水过程中，腿部支撑件中控流装置512中的挡板516在控流微型电机514的旋转带动下相对于支撑件平行，使腿部7在上下打水过程中获得较大的动力。从而实现仿鱼游动。
如图4所示，头部1内安装有中央控制模块111，中央控制模块111包括微控制器109、压力传感器110、温度传感器112、北斗定位模块113和电子罗盘108，通过头部背部盖子封闭；压力传感器110、温度传感器112、北斗定位模块113和电子罗盘108均连接到微控制器109，微控制器109连接到上位机；压力传感器110用于水下探测装置实时监控航行深度，温度传感器112用于检测水中温度，且温度传感器112和压力传感器110的表面涂有防水胶；北斗定位模块113用来测量水下探测装置的实时坐标位置；电子罗盘108用于对水下探测装置的航向进行测量，并将航向发送给微控制器109，以便同目的地方位进行比较作出航行调整；微控制器109通过接收上位机以及各个传感器(即压力传感器110、温度传感器112、北斗定位模块113和电子罗盘108)的数据，并进行实时处理，微控制器109发出根据数据进行反馈，实时对水下探测装置的运动进行调节。
如图3所示，头部1顶部设置有声呐探测装置101，前部设置有大功率照明装置102和双目视觉相机103，声呐探测装置101布置位于大功率照明装置102上方，声呐探测装置101用于探测障碍物和靠近的物体以避免水下探测装置在水下航行过程中发生碰撞，大功率照明装置102用于水下昏暗环境下为双目视觉相机103提供照明，双目视觉相机103包括双目视觉相机左摄像机105和双目视觉相机右摄像机106，双目视觉相机103用于实时记录下水下探测装置在水下航行过程中的水下环境图像数据并存储，同时双目视觉可以提供更加立体的图像和视频，同时也为机械臂的精确抓取提供强大的高精度视觉基础。
多用途背包303背包两侧装有扶手301，扶手301为开设的凹槽，扶手301用于人机协同水下作业时潜水员的辅助游动。多用途背包背部3后部放置转浆式流速传感器302，通过转浆式流速传感器302和压力传感器110协同配合监测悬停状态。
如图9所示，躯体6正面设置有辅助照明装置601，辅助照明装置601为机械臂抓取作业提供清晰且正向的辅助照明。且该水下探测装置的遥控方式采用拖曳电缆4连接电脑进行遥控，实时显示水下图像以及水下探测装置在水下的运行姿态与航向。
如图10所示，躯体6包括躯体外壳，躯体外壳内部有一个小储藏盒602和大储藏盒603的两个储藏盒；储藏盒的传动机构包括有盒本体604、电机606和转轴605，电机606固定于躯体外壳内部，电机606输出轴连接转轴605的一端，转轴605另一端支撑安装于躯体外壳内部，转轴605固定于盒本体604中间，电机606运行带动盒本体604旋转，可实现机械臂抓取物品之后后以及机械臂将物体放入储藏盒604之后的自动伸缩。
如图2、图7所示，自适应机械手平台506包括平台板、指尖电机606、三个指尖502、指身504和微型摄像头505，平台板沿圆周均布开设有三道底座滑槽503，每道底座滑槽503均沿平台板径向布置，三个指身504分别固定在三个底座滑槽503外侧的平台板上，每个指身504均通过指尖电机606安装有一个指尖502，指尖电机606机体固定于指身504端部，指尖电机606输出轴铰接有指尖502，使得三个指尖502分别通过各自的指尖电机606安装连接于各种对应的指身504，指尖电机606用于驱动指尖502相对于平台板绕切向的旋转轴径向向内外旋转；指身504尾部设置有微型电机606，微型电机606通过四缸螺母副传动结构让指身504沿底座滑槽503进行滑动，具体实施中微型电机606可为直线电机，控制指身504沿底座滑槽503的滑动位置以及指尖502的张开角度，进而控制机械手平台506抓取不同形状和尺寸的物体，以适应水下不同大小物体抓取的需求，使得自适应机械手平台(506)可以精确稳定抓取在限定直径范围内任意形状的物体。
自适应机械手平台506的自适应控制过程为：微型摄像头505通过检测待抓取物体的大小，通过微控制器109发出的指令，移动在底座滑槽503上的指身504来适应物体的大小和尺寸，使得抓取过程更为可靠和有效。
本发明设有拖曳电缆4，所有的电气部件和器件均经拖曳电缆4连接到水上的供电装置或者控制装置上。仿生人形水下探测装置遥控方式采用拖曳电缆连接电脑进行遥控，实时显示水下图像以及水下探测装置在水下的运行姿态与航向。
拖曳电缆4所连接的电气部件和器件包括探测装置头部及躯体上的各传感器、微控制器109以及声呐探测装置101等。
上述实施可见，本发明能实现水下探测装置在浅水区域的全方位移动、摄像、抓取、水质监测以及人机协同作业等功能，具有功能丰富、适用范围广、适应性强、灵活性高的优势。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (7)

1.一种仿生人形水下探测装置，其特征在于：包括主要由躯体(6)、头部(1)、颈部(2)、背部(3)、臂部(5)和腿部(7)构成的仿生人形结构；所述头部(1)包括头部外壳、头部舵机(107)和颈部支撑件(104)，所述的颈部(2)包括颈部旋转云台(201)；头部外壳内部固定有头部舵机(107)，头部舵机(107)输出端向下伸出头部外壳并固定连接颈部支撑件(104)，颈部旋转云台(201)顶端固定于颈部支撑件(104)底面，颈部旋转云台(201)用以驱动颈部支撑件(104)进而带动所述头部(1)相对于所述躯体(6)作水平旋转运动，头部舵机(107)用以驱动所述头部(1)相对所述躯体(6)摆动；
所述的臂部(5)包括从躯体(6)向外依次连接布置的臂部舵机(513)、臂部主支撑件(511)、手臂第一舵机(510)、大臂支撑件(509)、手臂第二舵机(508)、小臂支撑件(507)和自适应机械手平台(506)；一臂部舵机(513)机体固定嵌装于躯体(6)侧部，一臂部舵机(513)的输出轴与臂部主支撑件(511)的一端连接，臂部主支撑件(511)另一端与手臂第一舵机(510)机体连接，手臂第一舵机(510)输出轴和大臂支撑件(509)的一端连接，大臂支撑件(509)另一端与手臂第二舵机(508)机体连接，手臂第二舵机(508)输出轴与小臂支撑件(507)的一端连接，小臂支撑件(507)的一端与自适应机械手平台(506)连接；臂部舵机(513)用于驱动所述整个臂部(5)相对于所述躯体(6)摆动，手臂第一舵机(510)用于驱动所述大臂支撑件(509)相对于所述臂部主支撑件(511)摆动，手臂第二舵机(508)用于驱动所述小臂支撑件(507)相对于所述大臂支撑件(509)摆动；臂部主支撑件(511)、大臂支撑件(509)、小臂支撑件(507)的所有臂部(5)支撑件均为环形框架结构，环形框架结构中间装有控流装置(512)；
所述的腿部(7)从躯体向外依次为腿部主固定件(701)、电磁吸合装置(702)、腿部第一舵机(703)、大腿支撑件(704)、腿部第二舵机(705)、小腿支撑件(706)、腿部第三舵机(707)、脚部支撑件(708)和蛙鞋(709)；腿部主固定件(701)上端固定在躯体(6)底面，腿部主固定件(701)下端铰接安装有电磁吸合装置(702)，腿部第一舵机(703)机体固定于电磁机构(702)底面，腿部第一舵机(703)的输出轴和大腿支撑件(704)上端连接，大腿支撑件(704)下端与腿部第二舵机(705)机体固定连接，腿部第二舵机(705)输出轴和小腿支撑件(706)上端连接，小腿支撑件(706)下端与腿部第三舵机(707)机体连接，腿部第三舵机(707)下端和脚部支撑件(708)连接，脚部支撑件(708)前侧与蛙鞋(709)固接；腿部第一舵机(703)用于驱动所述大腿支撑件(704)相对于所述电磁吸合装置(702)摆动；腿部第二舵机(705)用于驱动所述小腿支撑件(706)相对于所述大腿支撑件(704)摆动；腿部第三舵机(707)用于驱动所述蛙鞋(709)相对于所述小腿支撑件(706)摆动；大腿支撑件(704)、小腿支撑件(706)、脚部支撑件(708)的所有腿部(7)支撑件均为环形框架结构，环形框架结构中间装有控流装置(512)；所述的控流装置(512)包括控流微型电机(514)、转动杆(515)和挡板(516)，两块挡板(516)对称固定在转动杆(515)的两侧，转动杆(515)一端固定连接控流微型电机(514)的输出轴，控流微型电机(514)的机体固定于支撑件的环形框架结构内壁。
2.根据权利要求1所述的一种仿生人形水下探测装置，其特征在于：
所述头部(1)内安装有中央控制模块(111)，中央控制模块(111)包括微控制器(109)、压力传感器(110)、温度传感器(112)、北斗定位模块(113)和电子罗盘(108)，压力传感器(110)、温度传感器(112)、北斗定位模块(113)和电子罗盘(108)均连接到微控制器(109)，微控制器(109)连接到上位机；压力传感器(110)用于水下探测装置实时监控航行深度，温度传感器(112)用于检测水中温度，且温度传感器(112)和压力传感器(110)的表面涂有防水胶；北斗定位模块(113)用来测量水下探测装置的实时坐标位置；电子罗盘(108)用于对水下探测装置的航向进行测量，并将航向发送给微控制器(109)，以便同目的地方位进行比较作出航行调整；微控制器(109)通过接收上位机以及各个传感器的数据，并进行实时处理，微控制器(109)发出根据数据进行反馈，实时对水下探测装置的运动进行调节。
所述头部(1)顶部设置有声呐探测装置(101)，前部设置有大功率照明装置(102)和双目视觉相机(103)，声呐探测装置(101)用于探测障碍物和靠近的物体以避免水下探测装置在水下航行过程中发生碰撞，，大功率照明装置(102)用于水下昏暗环境下为双目视觉相机(103)提供照明，双目视觉相机(103)包括双目视觉相机左摄像机(105)和双目视觉相机右摄像机(106)，双目视觉相机(103)用于实时记录下水下探测装置在水下航行过程中的水下环境图像数据并存储。
3.根据权利要求1所述的一种仿生人形水下探测装置，其特征在于：
所述的多用途背包(303)背包两侧装有扶手(301)，扶手(301)为开设的凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种仿生人形水下探测装置，其特征在于：
所述的多用途背包背部(3)后部放置转浆式流速传感器(302)，通过转浆式流速传感器(302)和压力传感器(110)，协同配合用于监测和反馈水下探测装置的悬停状态。
5.根据权利要求1所述的一种仿生人形水下探测装置，其特征在于：
所述的躯体(6)正面设置有辅助照明装置(601)，辅助照明装置(601)为机械臂抓取作业提供清晰且正向的辅助照明。
6.根据权利要求1所述的一种仿生人形水下探测装置，其特征在于：
所述躯体(6)包括躯体外壳，躯体外壳内部有一个小储藏盒(602)和大储藏盒(603)的两个储藏盒；储藏盒的传动机构包括有盒本体(604)、电机(606)和转轴(605)，电机(606)固定于躯体外壳内部，电机(606)输出轴连接转轴(605)的一端，转轴(605)另一端支撑安装于躯体外壳内部，转轴(605)固定于盒本体(604)中间，电机(606)运行带动盒本体(604)旋转。
7.根据权利要求1所述的自适应机械手平台，其特征在于：
所述的自适应机械手平台(506)包括平台板、指尖电机(606)、三个指尖(502)、指身(504)和微型摄像头(505)，平台板沿圆周均布开设有三道底座滑槽(503)，每道底座滑槽(503)均沿平台板径向布置，三个指身(504)分别固定在三个底座滑槽(503)外侧的平台板上，每个指身(504)均通过指尖电机(606)安装有一个指尖(502)，指尖电机(606)用于驱动指尖(502)相对于平台板绕切向的旋转轴径向向内外旋转；指身(504)尾部设置有微型电机(606)，微型电机(606)让指身(504)沿底座滑槽(503)进行滑动，控制指身(504)沿底座滑槽(503)的滑动位置以及指尖(502)的张开角度，进而控制机械手平台(506)抓取不同形状和尺寸的物体。
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