一种柔性仿生海蛇机器人的制作方法

1.本实用新型涉及仿生机器人领域，具体是涉及一种柔性仿生海蛇机器人。


背景技术：

2.随着科技的迅猛发展，仿生机器人逐渐成为研究热点。相比地面仿生机器人，水下仿生机器人作业环境特殊，具有更强的灵活性与适应性，能够在复杂多变的环境中准确、高效的完成作业，在未知坏境探测、海洋资源勘查、管道空间探索等领域都有广阔的应用前景。
3.目前，国内外已经有许多水下仿生机器人，以水母、鲨鱼、金枪鱼、蝠鲼等为原型，种类繁多、形式多样、功能各异，但是普遍体积、重量较大，自由度少，不够灵活。而仿生海蛇机器人，以身体柔软的海蛇作为原型，体积小，水压小，灵活度高，可以轻松穿梭于珊瑚礁等水下狭窄环境。
4.随着水下作业环境的愈加恶劣，不仅对探测机器人的需求变大，对其功能要求也越来越严格，现有的仿生海蛇机器人运动的自由度和灵活度不够高，运动不稳定，不能良好适应不同的水域环境，且控制驱动系统复杂，动力提供、图像采集、信息传递、定位导航等问题都需要解决。


技术实现要素：

5.为了克服上述背景技术中的不足，本实用新型提供了一种柔性仿生海蛇机器人，该柔性仿生海蛇机器人应当运动自由度高，灵活性强，能够实现蜿蜒、直线、侧向等复杂运动，适合于水下复杂多变、空间狭窄环境进行作业，且水下状态可控性高，能够稳定采集并迅速传递相关信息。
6.本实用新型的技术方案是：
7.一种柔性仿生海蛇机器人，包括依次连接且分别由防水薄膜密闭包裹的蛇头、蛇身和蛇尾；所述蛇头、蛇尾直接固定连接在蛇身的两头。
8.所述蛇头包括蛇头外壳、微型摄像头、电源、主控单片机和多路舵机控制板；所述微型摄像头、电源、主控单片机和多路舵机控制板均固定安装在蛇头外壳内；所述蛇头外壳最前方开设有一个小孔，微型摄像头安装在该小孔处，以利于观察前方的情况。
9.所述蛇身包括一字形依次排列的若干转向机构、若干个一一安装有电机的电机支架、若干个杯式轴承(优选五个转向机构、四个电机、四个电机支架、四个杯式轴承)；两两转向机构之间依序通过装有电机的电机支架以及杯式轴承连接，其中电机支架与后一个转向机构连接，电机的输出轴通过杯式轴承与前一个转向机构连接。
10.所述转向机构包括舵机、金属主舵盘、多功能支架、l形支架、长u形支架。所述舵机通过多功能支架与l形支架连接，舵机的输出轴通过金属主舵盘与长u形支架的一条腿内侧固定连接，长u形支架的另一条腿与多功能支架铰接。
11.所述蛇头与蛇身的第一个转向机构的l形支架刚性连接，所述蛇尾与蛇身最后一
个转向机构的长u形支架刚性连接。所述蛇身有固定安装声波传感器、磁场传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器和多通道无线通讯收发装置。
12.本实用新型的有益效果是：
13.运动自由度高，灵活性强，能够实现蜿蜒、直线、侧向等复杂运动，适合于水下复杂多变、空间狭窄环境进行作业，且水下状态可控性高，能够稳定采集并迅速传递相关信息。
附图说明
14.图1是本实用新型实施例的结构示意图。
15.图2是本实用新型实施例中蛇头的剖面结构示意图。
16.图3是图1中的a部放大结构示意图。
17.图4是本实用新型的运动状态示意图。
具体实施方式
18.下面结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
19.如图1～3所示的柔性仿生海蛇机器人，包括依次连接的蛇头1、蛇身2和蛇尾3。所述蛇头1、蛇尾3直接固定连接在蛇身的两头。
20.所述蛇头包括蛇头外壳4、微型摄像头5、电源6、主控单片机7和多路舵机控制板8。所述蛇头1外壳前方开设了一个小孔(图中省略)，小孔部位安装有防水用的透明玻璃；所述微型摄像头5、电源6、主控单片机7和多路舵机控制板8均固定安装在蛇头1外壳内部，微型摄像头5安装在蛇头1前方的小孔处。
21.所述蛇身2包括一字形依次排列的五个转向机构、四个电机9、四个电机支架10、四个杯式轴承11。两两转向机构之间依序通过装有电机的电机支架以及杯式轴承连接，其中电机支架10与后一个转向机构连接，电机9的输出轴通过杯式轴承11与前一个转向机构连接；电机的输出轴轴线与杯式轴承的转动轴线优选同轴布置。
22.所述转向机构包括舵机12、金属主舵盘13、多功能支架14、l形支架15、长u形支架16。所述舵机12通过多功能支架14与l形支架15连接，舵机12的输出轴通过金属主舵盘13与长u形支架16的一条腿内侧固定连接；长u形支架16的另一条腿与多功能支架14铰接，铰接轴线与舵机输出轴轴线同轴布置且与电机输出轴轴线垂直。
23.所述蛇头1与蛇身2第一个转向机构的l形支架15连接，所述蛇尾3与蛇身2最后一个转向机构的长u形支架16连接。所述蛇身2有固定安装声波传感器、磁场传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器和多通道无线通讯收发装置(图中省略声波传感器、磁场传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器和多通道无线通讯收发装置)。
24.如图1所示，蛇头1、蛇身2、蛇尾3依次连接，所述蛇头1、蛇身2、蛇尾3表面均分别由防水薄膜(优选防水硅胶)密封包裹，在防止渗水的同时，还能提供一定的浮力。蛇头1内含控制驱动系统(主控单片机和多路舵机控制板)，控制整个柔性仿生海蛇机器人的水下运动状态与工作指令。蛇身2是水下运动的关键，能够灵活的实现蜿蜒、直线、侧向等复杂运动。蛇尾3形状扁平，类似鱼尾，在驱动系统的控制下通过摆动来控制方向，推动柔性仿生海蛇机器人的水下前进，也能减小水体阻力，配合蛇身2维持静态、动态平衡。
25.如图2所示，微型摄像头5安装在蛇头前侧，通过小孔采集图像并将数据传递至主控单片机7；电源6安装在蛇头底部，与微型摄像头5、主控单片机7、多路舵机控制板8等连接提供电力；主控单片机7与声波传感器、磁场传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器等有线连接，与多通道无线通讯收发装置无线连接，可以实现相关数据的收集检测；多路舵机控制板8与蛇身的各个舵机相连，根据控制者的运动指令驱动相应舵机12、电机9转动一定角度来实现整个柔性仿生海蛇机器人的前进加速、左转右转、上升下潜等。
26.如图3所示，相邻转向机构之间通过杯式轴承11连接，连接处可以通过控制电机实现360度转动，并且通过电机和各转向机构的配合运动，可以实现柔性仿生海蛇机器人的上升、下潜；长u形支架16与舵机12、多功能支架14连接，蛇身舵机在同一平面时，通过控制舵机转动不同角度可以实现柔性仿生海蛇机器人的左转、右转和s形蜿蜒前进，如图4所示。
27.柔性仿生海蛇机器人的工作过程如下：
28.1、初始状态：启动电源，将柔性仿生海蛇机器人放入待探测水域中，传感器检测到周围环境变化，控制驱动系统进入工作状态。
29.2、水下运动：控制者在控制端下达指令至主控单片机7，主控单片机7传递信号至多路舵机控制板8，再通过舵机12、电机9驱动整个柔性仿生海蛇机器人前进、上升下潜或左转右转，如图4所示。
30.3、数据采集：微型摄像头5通过小孔采集图像，将数据传递至主控单片机7，声波传感器、磁场传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器等也将水下环境的相关数据传递至主控单片机7，再由主控单片机7传递至控制者处。