【技术实现步骤摘要】
本技术涉及蛇形机器人，尤其是涉及一种模块化水下蛇形机器人。
技术介绍
1、蛇形机器人，是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人，由于它能像生物蛇一样实现无肢运动，所以可以适应复杂特殊的环境，使它能在一些复杂地形行走时如履平地，运动十分灵活，并具有探测、侦探等多种功能，因而被机器人业界称为最富于现实感的机器人，其中水下蛇形机器人就属于蛇形仿生机器人中的一种，其得益于其数量较多的串联模块，具有非常灵活的身体和强大的机动性能，两相邻模块中的一个可相对另一个水平偏转，能够实现在水中的自由游动；
2、现有的水下蛇形机器人不仅可以满足水下复杂环境的灵活性运动要求，还能够具有高效率的运动能力，以及较长的续航时间，可以由水下蛇形机器人代替人在水下进行复杂工作，在海底资源勘测、水底电缆检测、海上养殖以等领域作用巨大，但是现有的大多数蛇形机器人都会根据需要设置多个可活动的关节，而多个可活动的关节之间的可联动性并不高，在水下抬头以及越过一些较低的障碍物，整体表现并不够灵活。
3、现有专利(公告号：cn218364742u)一种新型蛇形机器人，其在爬行时，仿生蛇体在地面上作水平波状弯曲，模拟侧摆和起伏，使弯曲处的蛇体施力于粗糙的地面上，由地面的反作用力推动蛇体前进，并且其每一个连接关节可上下摆动和左右摆动，从而实现两个方向的转动，有效的提高了水下蛇形机器人的整体灵活度。
4、针对于上述问题，现有专利给出了解决方案，但其可调节角度与反馈灵活度受齿轮转动范围与转速影响，并且通过齿轮驱动两个关节之间的摆动就导致两个关节之间
5、为此，提出一种模块化水下蛇形机器人。
技术实现思路
1、本技术的目的在于，提供一种模块化水下蛇形机器人，用于解决现有技术中其调节端通过齿轮驱动时，如果结合度不高或者转动浮动过大都可能使啮合的齿轮相互脱离，导致装置整体无法移动，并且结合度太高也同样导致其后续替换关节模块较为困难的问题。
2、为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种模块化水下蛇形机器人，包括头部探测控制模块、两个动力关节机构、潜浮平移关节机构、尾部对接关节、可替换工具关节机构六个模块以及用于关节组装的磁控关节机构，所述头部探测控制模块与两个动力关节机构、潜浮平移关节机构、尾部对接关节之间均安装有磁控关节机构，所述磁控关节机构的外侧均安装有对应的波纹管；
3、其中，所述磁控关节机构包括贴合于不同关节内壁两侧的圆环壳与模块后端端盖，所述圆环壳的表面轴心位置处均安装有关节活动机构，所述模块后端端盖的表面轴心位置处安装有关节固定套，所述关节活动机构包括安装于圆环壳的表面轴心位置处的十字形口关节头，所述十字形口关节头的表面四侧角位置处均活动设置有永磁铁，所述关节固定套的表面设置有与十字形口关节头嵌合的十字形电磁铁槽，所述关节固定套的表面轴心位置处设置有用于信息交换、控制的线孔。
4、所述头部探测控制模块、两个动力关节机构、潜浮平移关节机构、尾部对接关节、可替换工具关节机构六个模块构成其整体，其中除可替换工具关节机构与尾部对接关节之外每两个模块之间均采用磁控关节机构固定连接，并使用波纹管进行密封，所述头部探测控制模块采用半球形机构，其余模块均采用圆柱形壳体结构，所述头部探测控制模块，由关节活动机构、关节固定套组成的球铰机构，其中所述头部探测控制模块由头部探测与控制模块、潜浮与平移模块、尾部对接模块与2个动力推进模块共5个模块组成，并且所述头部探测控制模块由头部圆弧形探测罩、外壳、摄像头以及相应的支架、主控制板及所需电压的电池组成。
5、优选的，所述动力关节机构包括通过磁控关节机构安装于头部探测控制模块与潜浮平移关节机构后部的动力关节壳体，所述动力关节壳体的外表面两侧均固定安装有螺旋桨推进器，所述动力关节壳体的后侧均固定连接有对应的密封圈，所述动力关节壳体的前侧轴心位置处均设置有用于组装关节活动机构的螺纹孔。
6、优选的，所述潜浮平移关节机构包括通过磁控关节机构安装于两个动力关节机构中间的潜浮与平移模块壳体，所述潜浮与平移模块壳体的前后两侧分别安装有用于组装磁控关节机构的模块后端端盖与圆环壳，所述潜浮与平移模块壳体前端的上下侧与后端的左右侧均设置有预留圆形开口，所述预留圆形开口的内部均对应安装有螺旋桨驱动单元，所述预留圆形开口的外侧均安装有与螺旋桨驱动单元内外对应的防护机构。
7、所述动力关节机构、潜浮平移关节机构的动力模块内部均搭载的大容量电池，可以满足水下蛇形机器人的长时间续航要求，通过2对螺旋桨推进器推进装置与1对用于上下左右偏移的螺旋桨驱动单元控制装置，配合两自由度关节可实现机器人在水下的复杂姿态的运动。
8、优选的，所述尾部对接关节的前侧安装有用于组装磁控关节机构的模块后端端盖，所述尾部对接关节的后侧安装有可替换工具关节机构，所述可替换工具关节机构包括固定连接于尾部对接关节后侧表面的可拆卸锁紧套，所述可拆卸锁紧套的表面设置有定位孔，所述可拆卸锁紧套的内壁侧固定连接有锁紧模块后端端盖，所述锁紧模块后端端盖的内壁侧底部固定安装有销轴，所述销轴的外侧活动安装有锁紧凸轮。
9、优选的，所述可替换工具关节机构还包括套于尾部对接关节后侧的工具端壳体，所述工具端壳体的前侧轴心位置处固定连接有与可拆卸锁紧套、锁紧凸轮对应的对接蘑菇头，所述工具端壳体的前侧底部位置处固定安装有与定位孔对应的定位销，所述工具端壳体的后侧安装有对应的夹持单元。
10、所述尾部对接关节与对应的可替换工具关节机构可以进行拆卸，其中用于锁紧对接蘑菇头的特殊锁紧凸轮用于固定连接的锁紧模块后端端盖，并且其端盖上有用于定位的定位孔，壳体内部装有工具的控制模块与湿插拔电连接器，用于与工具端进行信息交换，此模块是本机器人实现多功能作业的基础，可以根据不同任务更换为不同的工具，
11、优选的，所述十字形口关节头的表面轴心位置处均固定安装有丝杠，所述丝杠的外表面滑动啮合安装有十字形丝杠螺母，所述十字形丝杠螺母的四侧角位置处均活动安装有永磁铁，所述永磁铁整体为h形结构，所述十字形口关节头的表面四侧角位置处均设置有与永磁铁底部滑动对应的开口槽，所述模块后端端盖与圆环壳的内壁四侧角位置处均设置有槽销机构，所述槽销机构之间均一一套有弹簧套圈。
12、所述弹簧套圈用于连接相邻模块，保证模块转弯后的快速复位与模块间的紧密性，所述关节活动机构由十字形口关节头、丝杠、四个永磁铁及十字形丝杠螺母组成，永磁铁可由丝杠与十字形丝杠螺母配合运动达到调节角度的目的，十字形口关节头内开有限制永磁铁运动的沟槽，使永磁铁只能限定在一定角度内随着丝杠螺母运动，所述关节固定套内部安装有四组与永磁铁相对的十字形电磁铁槽，并在关节固定套中心处开有用于信息交换的线孔，并且所有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模块化水下蛇形机器人，包括头部探测控制模块(1)、两个动力关节机构(2)、潜浮平移关节机构(3)、尾部对接关节(5)、可替换工具关节机构(6)六个模块以及用于关节组装的磁控关节机构(7)，其特征在于：所述头部探测控制模块(1)与两个动力关节机构(2)、潜浮平移关节机构(3)、尾部对接关节(5)之间均安装有磁控关节机构(7)，所述磁控关节机构(7)的外侧均安装有对应的波纹管(4)；
2.根据权利要求1所述的一种模块化水下蛇形机器人，其特征在于：所述动力关节机构(2)包括通过磁控关节机构(7)安装于头部探测控制模块(1)与潜浮平移关节机构(3)后部的动力关节壳体(21)，所述动力关节壳体(21)的外表面两侧均固定安装有螺旋桨推进器(22)，所述动力关节壳体(21)的后侧均固定连接有对应的密封圈(20)，所述动力关节壳体(21)的前侧轴心位置处均设置有用于组装关节活动机构(9)的螺纹孔(23)。
3.根据权利要求2所述的一种模块化水下蛇形机器人，其特征在于：所述潜浮平移关节机构(3)包括通过磁控关节机构(7)安装于两个动力关节机构(2)中间的潜浮与平移模
4.根据权利要求1所述的一种模块化水下蛇形机器人，其特征在于：所述尾部对接关节(5)的前侧安装有用于组装磁控关节机构(7)的模块后端端盖(11)，所述尾部对接关节(5)的后侧安装有可替换工具关节机构(6)，所述可替换工具关节机构(6)包括固定连接于尾部对接关节(5)后侧表面的可拆卸锁紧套(29)，所述可拆卸锁紧套(29)的表面设置有定位孔(28)，所述可拆卸锁紧套(29)的内壁侧固定连接有锁紧模块后端端盖(31)，所述锁紧模块后端端盖(31)的内壁侧底部固定安装有销轴(30)，所述销轴(30)的外侧活动安装有锁紧凸轮(32)。
5.根据权利要求4所述的一种模块化水下蛇形机器人，其特征在于：所述可替换工具关节机构(6)还包括套于尾部对接关节(5)后侧的工具端壳体(34)，所述工具端壳体(34)的前侧轴心位置处固定连接有与可拆卸锁紧套(29)、锁紧凸轮(32)对应的对接蘑菇头(36)，所述工具端壳体(34)的前侧底部位置处固定安装有与定位孔(28)对应的定位销(35)，所述工具端壳体(34)的后侧安装有对应的夹持单元(33)。
6.根据权利要求3所述的一种模块化水下蛇形机器人，其特征在于：所述十字形口关节头(13)的表面轴心位置处均固定安装有丝杠(14)，所述丝杠(14)的外表面滑动啮合安装有十字形丝杠螺母(16)，所述十字形丝杠螺母(16)的四侧角位置处均活动安装有永磁铁(15)，所述永磁铁(15)整体为H形结构，所述十字形口关节头(13)的表面四侧角位置处均设置有与永磁铁(15)底部滑动对应的开口槽，所述模块后端端盖(11)与圆环壳(8)的内壁四侧角位置处均设置有槽销机构(18)，所述槽销机构(18)之间均一一套有弹簧套圈(12)。
7.根据权利要求3所述的一种模块化水下蛇形机器人，其特征在于：所述防护机构(24)包括固定连接于预留圆形开口(26)内壁外侧的曲面圆形套框(241)，所述曲面圆形套框(241)的内壁均固定连接有骨架(242)，所述骨架(242)的外侧表面轴心位置处固定连接有螺纹套杆(243)，所述骨架(242)的外侧套有曲面防护网罩(244)，所述曲面防护网罩(244)的轴心位置处设置有与螺纹套杆(243)对应的螺纹开口(245)，所述曲面防护网罩(244)的外侧均固定安装有与曲面圆形套框(241)内壁贴合对应的磁吸套圈(246)。
8.根据权利要求7所述的一种模块化水下蛇形机器人，其特征在于：所述骨架(242)的内壁轴心位置处均固定安装有防水伺服电机(247)，所述防水伺服电机(247)的输出端固定安装有套圈环(248)，所述套圈环(248)的外侧固定连接有与曲面防护网罩(244)内壁贴合对应的曲面圆弧刮板(249)。
...【技术特征摘要】
1.一种模块化水下蛇形机器人，包括头部探测控制模块(1)、两个动力关节机构(2)、潜浮平移关节机构(3)、尾部对接关节(5)、可替换工具关节机构(6)六个模块以及用于关节组装的磁控关节机构(7)，其特征在于：所述头部探测控制模块(1)与两个动力关节机构(2)、潜浮平移关节机构(3)、尾部对接关节(5)之间均安装有磁控关节机构(7)，所述磁控关节机构(7)的外侧均安装有对应的波纹管(4)；
2.根据权利要求1所述的一种模块化水下蛇形机器人，其特征在于：所述动力关节机构(2)包括通过磁控关节机构(7)安装于头部探测控制模块(1)与潜浮平移关节机构(3)后部的动力关节壳体(21)，所述动力关节壳体(21)的外表面两侧均固定安装有螺旋桨推进器(22)，所述动力关节壳体(21)的后侧均固定连接有对应的密封圈(20)，所述动力关节壳体(21)的前侧轴心位置处均设置有用于组装关节活动机构(9)的螺纹孔(23)。
3.根据权利要求2所述的一种模块化水下蛇形机器人，其特征在于：所述潜浮平移关节机构(3)包括通过磁控关节机构(7)安装于两个动力关节机构(2)中间的潜浮与平移模块壳体(27)，所述潜浮与平移模块壳体(27)的前后两侧分别安装有用于组装磁控关节机构(7)的模块后端端盖(11)与圆环壳(8)，所述潜浮与平移模块壳体(27)前端的上下侧与后端的左右侧均设置有预留圆形开口(26)，所述预留圆形开口(26)的内部均对应安装有螺旋桨驱动单元(25)，所述预留圆形开口(26)的外侧均安装有与螺旋桨驱动单元(25)内外对应的防护机构(24)。
4.根据权利要求1所述的一种模块化水下蛇形机器人，其特征在于：所述尾部对接关节(5)的前侧安装有用于组装磁控关节机构(7)的模块后端端盖(11)，所述尾部对接关节(5)的后侧安装有可替换工具关节机构(6)，所述可替换工具关节机构(6)包括固定连接于尾部对接关节(5)后侧表面的可拆卸锁紧套(29)，所述可拆卸锁紧套(29)的表面设置有定位孔(28)，所述可拆卸锁紧套(29)的内壁侧固定连接有锁紧模块后端端盖(31)，所述锁紧模块后端端盖(31)的内壁侧底部固定安装有销轴...
【专利技术属性】
技术研发人员：任永良，杨厚麟，王新伟，闻镜强，秦健，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：新型
国别省市：
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