[发明专利]一种仿蚯蚓的水下拱泥机器人

说明书

技术领域

本发明涉及水下机器人技术，具体是一种仿蚯蚓的水下拱泥机器人。

背景技术

随着仿生技术的不断改善，仿生机器人已经广泛应用到世界各个领域，为了提高机器人的性能，研究学者们利用传感器、微型计算机、无线控制技术对机器人进行协助操作。仿生学是研究生物的特殊结构及运动肌理，为科学技术提供新的设计理念和工作方式的一种技术科学，为未来机器人的发展与方向提供了新的思路。

蚯蚓属于环节动物，体内没有骨骼，蚯蚓的肌肉属斜纹肌，肌肉发达运动灵活，这种斜纹肌对保留体表粘液具有积极作用，蚯蚓依靠纵肌、环肌及刚毛的配合而向前蠕动，当蚯蚓前进时，体前端的环肌收缩，纵肌舒张，此段体节变细变长，后部刚毛插入土内不动，身体就向前移动；然后前部的刚毛插入土内不动，后部的刚毛缩回，纵肌收缩，环肌舒张，此段体节变粗变短，身体前部的体节一节一节地向前缩短而前进，以此方式不断循环，蚯蚓就能慢慢向前蠕动。

仿生蚯蚓机器人是目前仿生机器人领域中较为新颖的研究对象，蚯蚓的运动机理给水下拱泥机器人提供了新的设计思路，利用蚯蚓的独特的拱泥方式，通过对其外形结构、运动肌理进行仿生分析，设计出一款能像蚯蚓一样在水下淤泥中蠕动爬行的机器人能够取替人类完成一些恶劣环境下无法完成的工作任务。基于蚯蚓运动机理设计的仿生水下拱泥机器人对于水产养殖业、水下考古、水下探险、测量水底污染程度、沉船事故救援以及测绘海底地图等具有重要的意义。

目前大多数仿生水下机器人主要用于水中作业，还没有一种用于水下拱泥的机器人。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种仿蚯蚓的水下拱泥机器人。这种机器人具有结构简单、灵活性好、成本低、作业时间长、效率高及运动速度快等特点。

实现本发明的目的技术方案是：

一种仿蚯蚓的水下拱泥机器人，包括顺序连接的拱泥头机构、第一前进转向机构、第一支撑机构、第二前进转向机构、第二支撑机构、尾部仓和通信单元，所述第一前进转向机构中的第一球铰链与拱泥头机构中的前端盖连接；第一前进转向机构中的第一万向节铰链与第一支撑机构中的第一连接板连接；第二前进转向机构中的第二球铰链与第一支撑机构的后端连接；第二前进转向机构中的第二万向节铰链与第二支撑机构中的第二连接板连接；第二支撑机构的后端连接尾部仓，通信单元和拱泥头机构、第一前进转向机构、第一支撑机构、第二前进转向机构、第二支撑机构及尾部仓电连接。

所述拱泥头机构包括

锥形拱泥头，所述锥形拱泥头为腔体，腔体的后端部设有第一凹槽；

旋转平台，所述旋转平台内设有固定的旋转平台外圈和可活动的旋转平台内圈；

舵机固定板，所述舵机固定板上设有舵机；

前端盖，所述前端盖的内部前端设有第二凹槽；

所述锥形拱泥头、旋转平台、舵机固定板、前端盖顺序配装，内圈通过动力传递杆与锥形拱泥头连接，动力传递杆后端安装在内圈前端面，动力传递杆前端置入第一凹槽内，舵机安装在舵机固定板后端的中心部并嵌入到第二凹槽内，舵机的输出轴与动力传递杆连接。

所述第一前进转向机构包括顺序连接的4个球铰链、4个气缸和4个万向节铰链构成4个由一个球铰链、一个气缸和一个万向节铰链组成的第一前进转向单元，其中3个第一前进转向单元为主动件，另1个第一前进转向单元为从动件，从动件设置在前端盖的后端面中心，3个主动件以从动件为中心等距离均匀分布在前端盖的后端面上且每两个主动件形成的夹角为120°，每个气缸上设有位移传感器。

所述第一支撑机构包括第一支撑机构内腔，第一支撑机构内腔的前端设有第一连接板，第一支撑机构内腔的外部设有第一支撑气囊。

所述第二前进转向机构包括顺序连接的4个球铰链、4个气缸和4个万向节铰链构成4个由一个球铰链、一个气缸和一个万向节铰链组成的第二前进转向单元，其中3个第二前进转向单元为主动件，另1个第二前进转向单元为从动件，从动件设置在第一支撑机构内腔的后端面中心，3个主动件以从动件为中心等距离均匀分布在第一支撑机构内腔的后端面上、每两个主动件形成的夹角为120°，每个气缸上设有位移传感器。

所述第二支撑机构包括第二支撑机构内腔，第二支撑机构内腔的前端设有第二连接板，第二支撑机构内腔的外部设有第二支撑气囊12。

所述尾部仓为腔体，腔体上设有开口盖，开口盖的设置是为了方便安装通信单元。