CN111515939B - 一种灵活的多功能水中蛇形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灵活的多功能水中蛇形机器人，蛇头、蛇颈、蛇心推进器和多个蛇身关节组成该灵活的多功能水中蛇形机器人，多个蛇身关节之间交替连接，组成了蛇身，所述蛇头与蛇颈之间相连接组成了头部，所述蛇身与蛇心推进器连接，通过蛇心推进器给该灵活的多功能水中蛇形机器人提供运动的动力，通过多个蛇身关节的连接，保证了该灵活的多功能水中蛇形机器人的灵活性，使得其运动能力得到提升，满足人们的更多的使用需求。

Description

一种灵活的多功能水中蛇形机器人

技术领域

本发明涉及水下机器人领域，具体是一种灵活的多功能水中蛇形机器人。

背景技术

水中环境恶劣，人的潜水深度有限，而且载人潜水器安全系数低，所以无人遥控潜水器已经成为了输油管道检查、水库排污检查、水下考古、海上养殖、军事侦察等领域的重要工具。但传统的无人遥控潜水器都具有一定的局限性，它们大都是鱼雷状外形且体积庞大，用涡轮机驱动，这种形状不仅限制了其进入管道工作的能力，而且限制了其驱动性，尤其是途径海岸浅摊时，推进器会卷起沉淀物或被海草缠绕，这样会对推进器造成损伤，同时螺旋桨噪声较大，隐蔽性低，容易被敌人发现并捕获。

为了解决这一问题水中蛇形机器人具有独特的运动方式和仿生机械结构，它能够通过蛇体与水流摩擦产生前进的动力，因而具有噪声低的特点，作为一种高冗余度机器人，它具有多于确定机器人空间位置和姿态所需的自由度，其柔韧的蛇体可以更加灵活地适应各种复杂的水下环境，但是目前已有的水中蛇形机器人只能进行仿生蜿蜒运动，运动方式单一缓慢，所以现在急需一种灵活的多功能水中蛇形机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灵活的多功能水中蛇形机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种灵活的多功能水中蛇形机器人，包括蛇头、蛇颈、蛇心推进器和多个蛇身关节，多个所述蛇身关节之间交替连接组成了蛇身，所述蛇头与蛇颈之间相连接组成了头部，所述蛇身与蛇心推进器连接。

作为本发明进一步的方案：所述蛇身关节的数量为十八个。

作为本发明再进一步的方案：所述蛇头包括蛇头外壳，所述蛇头外壳内设置有摄像头，所述蛇头外壳还与透明罩连接，所述蛇头外壳上还对称设置有两个水下推进器固定槽，两个所述水下推进器固定槽通过螺丝与水下推进器连接。

作为本发明再进一步的方案：所述蛇头外壳与透明罩通过在蛇头关节凹槽设置有内硅压条压封，所述透明罩与蛇头外壳的连接处还通过塑钢泥进行防水密封，所述蛇头外壳与透明罩的材质分别为ABS工程塑料和有机玻璃板。

作为本发明再进一步的方案：所述蛇颈包括蛇颈外壳，所述蛇颈外壳与蛇头外壳连接，所述蛇颈外壳还与蛇颈公头连接，所述蛇颈外壳内设置有蛇颈引线槽，所述蛇颈引线槽供蛇头与主控制中心电性连接。

作为本发明再进一步的方案：所述蛇颈外壳的材质为ABS工程塑料。

作为本发明再进一步的方案：所述蛇身关节由蛇身关节母头壳体和蛇身关节公头壳体组成，所述蛇身关节母头壳体上设置有蛇身关节母头防水槽、蛇身关节母头舵机舱和蛇身关节母头防水轴承舱，所述蛇身关节公头壳体上设置有关节公头和关节公头连接杆，所述蛇身关节母头壳体上的蛇身关节母头防水槽与蛇身关节公头壳体上的关节公头连接，所述蛇身关节母头壳体和蛇身关节公头壳体连接处之间还放置有电池、电路以及传感器，所述防水槽内插入舵机，所述蛇身关节母头防水轴承舱内放入防水轴承，所述关节公头连接杆插入防水轴承的内环与其连接。

作为本发明再进一步的方案：所述蛇身关节母头壳体上的蛇身关节母头防水槽与蛇身关节公头壳体上的关节公头通过硅胶条紧固连接，并且通过螺丝钉进行加固，所述蛇身关节母头壳体和蛇身关节公头壳体的材质均为ABS工程塑料，所述关节公头连接杆与防水轴承的内环通过硅胶条紧固连接，并且通过螺丝钉进行加固。

作为本发明再进一步的方案：所述蛇心推进器壳体上设置有两个蛇心推进器连接杆，两个所述蛇心推进器连接杆均与蛇心推进器壳体固定连接，所述蛇心推进器壳体上设置有多个水下推进器固定槽，多个所述水下推进器固定槽用于放置水下推进器，所述水下推进器均通过螺丝与水下推进器固定槽固定连接，两个所述蛇心推进器连接杆均插入蛇身关节母头防水轴承舱内设置的防水轴承内且与舵机连接，所述蛇心推进器连接杆与舵机通过硅胶条紧固连接，并且通过螺丝钉进行加固，所述蛇心推进器壳体的材质为ABS工程塑料。

作为本发明再进一步的方案：还包括控制电路，所述控制电路包括摄像头、主控制器、舵机、总线舵机驱动器、电池组模块、温湿度传感器组、尔曼十轴传感器、GPS&北斗双模定位模块、水下推进器、电子调速器，且所述各个组件之间电性连接，所述主控制器包括数据接收模块、数据融合模块、气压分析模块和数据发送模块神经学习棒NCS；十自由度传感器包括三轴角度计、三轴加速度计、三轴磁力计、三轴角速度计和气压计，电池模块包括电池组电量检测模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：蛇头、蛇颈、蛇心推进器和多个蛇身关节组成该灵活的多功能水中蛇形机器人，多个蛇身关节之间交替连接，组成了蛇身，所述蛇头与蛇颈之间相连接组成了头部，所述蛇身与蛇心推进器连接，通过蛇心推进器给该灵活的多功能水中蛇形机器人提供运动的动力，通过多个蛇身关节的连接，保证了该灵活的多功能水中蛇形机器人的灵活性，使得其运动能力得到提升，满足人们的更多的使用需求。

附图说明

图1为灵活的多功能水中蛇形机器人的结构示意图。

图2为灵活的多功能水中蛇形机器人中蛇头关节凹槽上水下推进器固定槽的结构示意图。

图3为灵活的多功能水中蛇形机器人中蛇颈外壳与蛇头外壳连接的结构示意图。

图4为灵活的多功能水中蛇形机器人中蛇颈外壳上蛇颈引线槽的结构示意图。

图5为灵活的多功能水中蛇形机器人中蛇身关节母头壳体与蛇身关节公头壳体配合的结构示意图。

图6为灵活的多功能水中蛇形机器人中蛇心推进器壳体的结构示意图。

图7为灵活的多功能水中蛇形机器人的电路示意图。

图中：1-蛇头、2-蛇颈、3-蛇身关节、4-蛇心推进器、5-蛇身、6-蛇头关节凹槽、8-蛇头外壳、9-透明罩、10-蛇颈外壳、11-蛇颈公头、12-蛇颈引线槽、13-蛇身关节母头壳体、14-蛇身关节公头壳体、15-蛇身关节母头防水槽、16-蛇身关节母头舵机舱、17-蛇身关节母头防水轴承舱、18-关节公头、19-关节公头连接杆、20-蛇心推进器壳体、21-蛇心推进器连接杆、22-水下推进器固定槽、51-主控制器、52-舵机、53-总线舵机驱动器、54-电池组模块、55-温湿度传感器组、56-尔曼十轴传感器、57-GPS&北斗双模定位模块、58-水下推进器、59-电子调速器、511-数据接收模块、512-数据融合模块、513-气压分析模块、514-数据发送模块、515-神经学习棒NCS、561-三轴角度计、562-三轴加速度计、563-三轴磁力计、564-三轴角速度计、565-气压计、541-电池组、542-电量检测模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1～7，本发明实施例中，一种灵活的多功能水中蛇形机器人，由蛇头1、蛇颈2、蛇心推进器4和多个蛇身关节3组成，本实施例中，优选的，所述蛇身关节3的数量为十八个，多个所述蛇身关节3之间交替连接，组成了蛇身5，所述蛇头1与蛇颈2之间相连接组成了头部，所述蛇身5与蛇心推进器4连接，通过蛇心推进器4给该灵活的多功能水中蛇形机器人提供运动的动力。

本实施例中，所述蛇头1包括蛇头外壳8，所述蛇头外壳8内设置有摄像头，通过摄像头进行数据的采集，所述蛇头外壳8上设置有蛇头关节凹槽6，所述蛇头外壳8还与透明罩9连接，所述蛇头外壳8与透明罩9的连接的具体形式不加以限制，本实施例中，优选的，所述蛇头外壳8与透明罩9通过在蛇头关节凹槽6设置有内硅压条压封，并且在透明罩9与蛇头外壳8的连接处的外侧通过螺丝连接，所述透明罩9与蛇头外壳8的连接处还通过塑钢泥进行防水密封，所述蛇头外壳8上还对称设置有两个水下推进器固定槽22，两个所述水下推进器固定槽22通过螺丝与水下推进器58连接，所述蛇头外壳8与透明罩9的具体材质不加以限制，本实施例中，优选的，所述蛇头外壳8与透明罩9的材质分别为ABS工程塑料和有机玻璃板，且所述蛇头外壳8采用3D打印技术制作而成。

本实施例中，所述蛇颈2包括蛇颈外壳10，所述蛇颈外壳10与蛇头外壳8连接，所述蛇颈外壳10还与蛇颈公头11连接，所述蛇颈外壳10内设置有蛇颈引线槽12，所述蛇颈引线槽12供蛇头1与主控制中心电性连接，所述蛇颈外壳10的具体材质不加以限制，本实施例中，优选的，所述蛇颈外壳10的材质为ABS工程塑料，且所述蛇颈外壳10采用3D打印技术制作而成。

本实施例中，所述蛇身关节3由蛇身关节母头壳体13和蛇身关节公头壳体14组成，所述蛇身关节母头壳体13上设置有蛇身关节母头防水槽15、蛇身关节母头舵机舱16和蛇身关节母头防水轴承舱17，所述蛇身关节公头壳体14上设置有关节公头18和关节公头连接杆19，所述蛇身关节母头壳体13上的蛇身关节母头防水槽15与蛇身关节公头壳体14上的关节公头18连接，所述蛇身关节母头壳体13上的蛇身关节母头防水槽15与蛇身关节公头壳体14上的关节公头18的连接方式不加以限制，本实施例中，优选的，所述蛇身关节母头壳体13上的蛇身关节母头防水槽15与蛇身关节公头壳体14上的关节公头18通过硅胶条紧固连接，并且通过螺丝钉进行加固，所述蛇身关节母头壳体13和蛇身关节公头壳体14连接处之间还放置有电池、电路以及传感器，所述蛇身关节母头壳体13和蛇身关节公头壳体14的具体材质不加以限制，本实施例中，优选的，所述蛇身关节母头壳体13和蛇身关节公头壳体14的材质均为ABS工程塑料，且所述蛇身关节母头壳体13和蛇身关节公头壳体14采用3D打印技术制作而成，所述防水槽内插入舵机52，所述蛇身关节母头防水轴承舱17内放入防水轴承，所述关节公头连接杆19插入防水轴承的内环与其连接，所述关节公头连接杆19与防水轴承的内环的连接方式不加以限制，本实施例中，优选的，所述关节公头连接杆19与防水轴承的内环通过硅胶条紧固连接，并且通过螺丝钉进行加固。

本实施例中，所述蛇心推进器4包括蛇心推进器壳体20，所述蛇心推进器壳体20上设置有两个蛇心推进器连接杆21，两个所述蛇心推进器连接杆21均与蛇心推进器壳体20固定连接，所述蛇心推进器壳体20上设置有多个水下推进器固定槽22，多个所述水下推进器固定槽22用于放置水下推进器58，所述水下推进器58均通过螺丝与水下推进器固定槽22固定连接，两个所述蛇心推进器连接杆21均插入蛇身关节母头防水轴承舱17内设置的防水轴承内且与舵机52连接，所述蛇心推进器连接杆21与舵机52的连接方式不加以限制，本实施例中，优选的，所述蛇心推进器连接杆21与舵机52通过硅胶条紧固连接，并且通过螺丝钉进行加固，所述蛇心推进器壳体20的具体材质不加以限制，本实施例中，优选的，所述蛇心推进器壳体20的材质为ABS工程塑料，且所述蛇心推进器壳体20采用3D打印技术制作而成。

本发明的工作原理是：蛇头1、蛇颈2、蛇心推进器4和多个蛇身关节3组成该灵活的多功能水中蛇形机器人，多个蛇身关节3之间交替连接，组成了蛇身5，所述蛇头1与蛇颈2之间相连接组成了头部，所述蛇身5与蛇心推进器4连接，通过蛇心推进器4给该灵活的多功能水中蛇形机器人提供运动的动力，通过多个蛇身关节3的连接，保证了该灵活的多功能水中蛇形机器人的灵活性，使得其运动能力得到提升，满足人们的更多的使用需求。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上加以完善，具体改进之处在于：该灵活的多功能水中蛇形机器人的电路包括摄像头、主控制器51、舵机52、总线舵机驱动器53、电池组模块54、温湿度传感器组55、尔曼十轴传感器56、GPS&北斗双模定位模块57、水下推进器58、电子调速器59。

本实施例中，所述主控制器51包括数据接收模块511、数据融合模块512、气压分析模块513和数据发送模块514神经学习棒NCS515；十自由度传感器包括三轴角度计561、三轴加速度计562、三轴磁力计563、三轴角速度计564和气压计565，电池模块包括电池组541电量检测模块542。

所述数据接收模块511，采用异步串口通信方式，接收尔曼十轴传感器56和温湿度传感器组55，电量检测模块542，GPS&北斗双模定位模块57以及舵机52返回的数据。

所述数据融合模块512，用于对数据接收模块511接收到尔曼十轴传感器56中的三轴角度计561、三轴加速度计562、三轴磁力计563、三轴角速度计564以及舵机52返回的的数据进行融合。

所述气压分析模块513，用于对数据接收模块511接收到的气压计565和温湿度传感器组55的数据进行运算,得到蛇体内部的气压值和温湿度值。

所述数据发送模块514，采用异步串口通信方式，对摄像头、总线舵机驱动器53、电子调速器59发送控制指令。

所述总线舵机驱动器53，通过发送串口协议的十六进制信息控制舵机52，并接收舵机52返回的信息返回给数据接收模块511。

所述电子调速器59，通过发送脉宽调制波控制水下推进器58。

所述电池模块，将电池组模块54正负极接入电量检测模块542，电量检测模块542将电压信息转换成AD信号输送到数据接收模块511。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种灵活的多功能水中蛇形机器人，其特征在于，包括蛇头(1)、蛇颈(2)、蛇心推进器(4)和多个蛇身关节(3)，多个所述蛇身关节(3)之间交替连接组成了蛇身(5)，所述蛇头(1)与蛇颈(2)之间相连接组成了头部，所述蛇身(5)与蛇心推进器(4)连接；

所述蛇头(1)包括蛇头外壳(8)，所述蛇头外壳(8)内设置有摄像头，所述蛇头外壳(8)还与透明罩(9)连接，所述蛇头外壳(8)上还对称设置有两个水下推进器固定槽(22)，两个所述水下推进器固定槽(22)通过螺丝与水下推进器(58)连接；

蛇头外壳(8)与透明罩(9)通过在蛇头关节凹槽(6)设置有内硅压条压封，所述透明罩(9)与蛇头外壳(8)的连接处还通过塑钢泥进行防水密封，所述蛇头外壳(8)与透明罩(9)的材质分别为ABS工程塑料和有机玻璃板；

蛇颈(2)包括蛇颈外壳(10)，所述蛇颈外壳(10)与蛇头外壳(8)连接，所述蛇颈外壳(10)还与蛇颈公头(11)连接，所述蛇颈外壳(10)内设置有蛇颈引线槽(12)，所述蛇颈引线槽(12)供蛇头(1)与主控制中心电性连接；

所述蛇身关节(3)由蛇身关节母头壳体(13)和蛇身关节公头壳体(14)组成，所述蛇身关节母头壳体(13)上设置有蛇身关节母头防水槽(15)、蛇身关节母头舵机舱(16)和蛇身关节母头防水轴承舱(17)，所述蛇身关节公头壳体(14)上设置有关节公头(18)和关节公头连接杆(19)，所述蛇身关节母头壳体(13)上的蛇身关节母头防水槽(15)与蛇身关节公头壳体(14)上的关节公头(18)连接，所述蛇身关节母头壳体(13)和蛇身关节公头壳体(14)连接处之间还放置有电池、电路以及传感器，所述防水槽内插入舵机(52)，所述蛇身关节母头防水轴承舱(17)内放入防水轴承，所述关节公头连接杆(19)插入防水轴承的内环与其连接；

蛇身关节母头壳体(13)上的蛇身关节母头防水槽(15)与蛇身关节公头壳体(14)上的关节公头(18)通过硅胶条紧固连接，并且通过螺丝钉进行加固，所述蛇身关节母头壳体(13)和蛇身关节公头壳体(14)的材质均为ABS工程塑料，所述关节公头连接杆(19)与防水轴承的内环通过硅胶条紧固连接，并且通过螺丝钉进行加固；

蛇心推进器壳体(20)上设置有两个蛇心推进器连接杆(21)，两个所述蛇心推进器连接杆(21)均与蛇心推进器壳体(20)固定连接，所述蛇心推进器壳体(20)上设置有多个水下推进器固定槽(22)，多个所述水下推进器固定槽(22)用于放置水下推进器(58)，所述水下推进器(58)均通过螺丝与水下推进器固定槽(22)固定连接，两个所述蛇心推进器连接杆(21)均插入蛇身关节母头防水轴承舱(17)内设置的防水轴承内且与舵机(52)连接，所述蛇心推进器连接杆(21)与舵机(52)通过硅胶条紧固连接，并且通过螺丝钉进行加固，所述蛇心推进器壳体(20)的材质为ABS工程塑料；

还包括控制电路，所述控制电路包括摄像头、主控制器(51)、舵机(52)、总线舵机驱动器(53)、电池组模块(54)、温湿度传感器组(55)、尔曼十轴传感器(56)、GPS&北斗双模定位模块(57)、水下推进器(58)、电子调速器(59)，且摄像头、主控制器(51)、舵机(52)、总线舵机驱动器(53)、电池组模块(54)、温湿度传感器组(55)、尔曼十轴传感器(56)、GPS&北斗双模定位模块(57)、水下推进器(58)、电子调速器(59)之间电性连接，所述主控制器(51)包括数据接收模块(511)、数据融合模块(512)、气压分析模块(513)和数据发送模块(514)神经学习棒NCS(515)；十自由度传感器包括三轴角度计(561)、三轴加速度计(562)、三轴磁力计(563)、三轴角速度计(564)和气压计(565)，电池模块包括电池组(541)电量检测模块(542)。

2.根据权利要求1所述的灵活的多功能水中蛇形机器人，其特征在于，所述蛇身关节(3)的数量为十八个。

3.根据权利要求2所述的灵活的多功能水中蛇形机器人，其特征在于，所述蛇颈外壳(10)的材质为ABS工程塑料。

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