本发明涉及智能仿生机器人技术领域，具体涉及一种带自主分布动力的多关节仿生蝎尾。
背景技术：
从20世纪50年代以来，人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，将生物体作为创造发明的源泉。人们用化学、物理学、数学以及技术模型对生物系统开展着深入的研究，促进了生物学的极大发展，对生物体内功能机理的研究也取得了迅速的进展。开始将从生物界获得的知识用来改善旧的或创造新的工程技术设备。生物学开始跨入各行各业技术革新和技术革命的行列，而且首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得了成功。于是生物学和工程技术学科结合在一起，互相渗透，孕育出一门新生的科学——仿生学。
作为一门独立的学科，仿生学正式诞生于1960年9月。它是模仿生物的科学。确切地说，仿生学是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。
蝎子的多自由度蝎尾及尾刺，这一独特结构是经过上亿年进化而成，在对攻击、抓取等仿生机器人功能开发上具有重要的参考价值。
目前，在仿生机械研究和开发方面，涉及仿生蝎尾的文献报道不多。
中国专利cn201720505618.2公开了一种仿生蝎子侦查机器人，其中所述尾部由多个尾节首尾依次相连构成，位于首位次的尾节的端部与躯干部的后端铰接，位于末位次的尾节的端部连接有摄像头。该专利的尾部存在如下缺陷：一）动力源集中在仿生机器主体框架上，需由机器人主体框架上的动力系统提供尾部的动力，极易因连接线缆或液压管道频繁运动导致磨损而瘫痪；二）整体式集中电源布置在仿生机器人主体上，存在充电时间长、充电效率低的问题；三）仿生尾部的关节所需的连接线缆或/和液压管道与机器人主体框架须直接相连接，极不方便拆装：四）尾部主要完成拍照侦查功能，功能单一；五）多关节的运动范围呈平面状，无法实现三维多角度运动。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种结构简单，拆装方便，具有自主动力源，多自由度的带自主分布动力的多关节仿生蝎尾。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种带自主分布动力的多关节仿生蝎尾，包括连接架、尾节，还设有三维关节、二维关节、尾刺装置、动力系统、智能电控装置；其中尾节的数量≥4个；所述的三维关节固定在连接架上并和尾节相连，各尾节之间通过二维关节依次首尾相连，所述的尾刺装置通过二维关节和尾节相连，所述的动力系统固定在尾节的空腔内，分别与三维关节、二维关节、尾刺装置电连接或管路连接，智能电控装置固定在连接架或/和尾节或/和尾刺装置的空腔内，智能电控装置分别与动力系统、三维关节、二维关节、尾刺装置电连接。
进一步，所述三维关节包括减速机ⅰ、驱动马达ⅰ、关节架、减速机ⅱ、驱动马达ⅱ，所述驱动马达ⅰ固定在减速机ⅰ端部，所述驱动马达ⅱ固定在减速机ⅱ端部，所述减速机ⅰ、减速机ⅱ以非平行交错设置固定在关节架的两端，可使三维关节实现三维空间摆动；二维关节ⅲ包括减速机ⅲ及固定在其端部的驱动马达ⅲ，使二维关节ⅲ实现二维平面摆动。
进一步，所述连接架为插销式连接架或卡扣式连接架或螺栓式连接架，方便将带自主分布动力的多关节仿生蝎尾快速连接固定在仿生机器人主体框架上。
进一步，所述尾节为具有空腔的框架构件，所述空腔内安装动力系统和智能电控装置后的剩余空间，充填有轻质浮力材料件，以增加仿生蝎尾在水中的浮力；所述的尾节的外廓设有加强筋和/或防护材料。
进一步，所述动力系统主要包括电池组和/或太阳能薄膜件，所述电池组为锂电池组或石墨烯电池组；所述太阳能薄膜件设置在所述尾节上。
进一步，所述智能电控装置主要包括控制器、充电口和电插件；控制器固定在尾节的空腔内，用于控制所述关节的运动；所述充电口布置在连接架或尾刺装置上，用于对仿生蝎尾内部的电池组充电；所述电插件设置在所述连接架上，用于与仿生机器人主体通讯。
进一步，所述智能电控装置还设有对周边环境状况进行监测的辅助传感器。
进一步，所述辅助传感器为温度传感器、超声波传感器、激光测距仪、图像识别系统等中的一种或几种。
进一步，所述驱动马达为带制动的伺服电机或带制动的步进电机；所述减速机为直角减速机或rv减速机或蜗轮蜗杆减速机。
进一步，所述的尾刺装置上可设置摄像头、超声波发生器、激光武器、次声波发生器、喷射泵、钻探机构等装置，赋予其更多的功能。
本发明带自主分布动力的多关节仿生蝎尾，自带智能电控装置和动力系统，可以自主控制仿生蝎尾独立运动；仿生蝎尾整体通过连接架可以快速地和仿生机器人主体框架固定连接，在需维修拆卸保养及更换时，亦可实现快速拆除及更换仿生蝎尾。
在仿生机械蝎运动过程中，仿生蝎尾的智能控制器可作为二级控制器，可根据仿生机械蝎主体上的控制器（一级控制器）的控制指令，计算确定仿生蝎尾上三维关节、二维关节、尾刺装置的运动参数和运动轨迹。仿生蝎尾的驱动马达在电池组提供动力支持下，驱动减速机带动关节大角度范围内摆动；同时智能控制器根据传感器的电信号来调整驱动马达启停；且仿生蝎尾上设置的太阳能发电板/薄膜，可以实现对电池组充电，降低对外部电源的依赖性。
概括地说，与现有技术比较，本发明具有以下积极效果：1）带自主分布动力的多关节仿生蝎尾，仅需连接架及电插件就可实现和仿生机器人主体固连及通讯，无需大量液压管路和电气线路的连接，结构简单，安装和拆卸方便；同时管线磨损故障大幅降低，整机可靠性提高；2）仿生蝎尾的关节动作可实现分级式智能控制器控制，相对于集中在仿生机器人主体上的集成控制，可大幅降低控制系统的复杂程度；3）在仿生蝎尾上设置分布式电池组和充电口，无需大量电气线路连接到主体上，即提高可靠性，又提高充电效率；同时仿生蝎尾上设置的太阳能板或薄膜，可对所在的仿生蝎尾上电池组进行充电，减少外部能量需求；4）仿生蝎尾上可设置生命探测仪、摄像头、照明灯、激光枪、次声波发生器、钻探装备等仪器货工具，赋予其生命探测、摄像、照明、发射激光、次声波发生等多种功能，可方便仿生机械蝎在地震救援、安保防护、军事侦查、野外探险等方面多用途的使用。
附图说明
图1为本发明实施例1的三维结构示意图；
图2为本发明实施例1的结构示意图；
图3为本发明实施例2的三维结构示意图；
图4为本发明实施例2的结构示意图；
图5为本发明实施例3的三维结构示意图；
图6为本发明实施例3的结构示意图；
图7为本发明实施例1、2和3中尾刺装置的三维结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
参照图1、图2，本实施例带自主分布动力的多关节仿生蝎尾，主要包括连接架1、三维关节2、尾节a、二维关节ⅰ3、尾节b、二维关节ⅱ4、尾节c、二维关节ⅲ5、尾节d、二维关节ⅳ6、尾刺装置7、动力系统8和智能电控装置9；三维关节2固定在连接架1上并和尾节a相连，尾节a、尾节b、尾节c、尾节d、尾刺装置7依次通过二维关节ⅰ3、二维关节ⅱ4、二维关节ⅲ5、二维关节ⅳ6相连接；动力系统5固定在尾节b、尾节c、尾节d的空腔内，与三维关节2、二维关节ⅰ3、二维关节ⅱ4、、二维关节ⅲ5、二维关节ⅳ6电相连，智能电控装置9固定在尾节a的空腔内，分别与动力系统8、三维关节2、二维关节ⅰ3、二维关节ⅱ4、二维关节ⅲ5、二维关节ⅳ6和尾刺装置7电连接。
三维关节2主要包括减速机ⅰ201、驱动马达ⅰ202、关节架203、减速机ⅱ204和驱动马达ⅱ205，驱动马达ⅰ202固定在减速机ⅰ201端部，驱动马达ⅱ205固定在减速机ⅱ204端部，减速机ⅰ201、减速机ⅱ204以90度交错设置固定在关节架203的两端，可使三维关节2实现三维空间摆动；二维关节ⅰ3主要包括减速机ⅲ301及固定在其端部的驱动马达ⅲ302；二维关节ⅱ4主要包括减速机ⅳ401及固定在其端部的驱动马达ⅳ402，二维关节ⅲ5主要包括减速机ⅴ501及固定在其端部的驱动马达ⅴ502，二维关节ⅳ6主要包括减速机ⅵ601及固定在其端部的驱动马达ⅵ602，可使二维关节ⅰ3、二维关节ⅱ4、二维关节ⅲ5、二维关节ⅳ6实现行二维平面摆动；
尾刺装置7主要包含尾刺装置结构件701、驱动马达702、减速机703、药剂存储器705、摆动缸706和喷射尾刺707，其中尾刺装置7可以在接收到攻击指令时，对敌方喷射药剂及刺入敌方身体打入药剂。
连接架1设有卡槽加固定螺栓孔，用于将带自主液压分布动力的多关节仿生蝎尾快速连接固定在仿生机器人主体框架上；尾节a、尾节b、尾节c和尾节d为具有空腔的框架构件，方便空腔内部布置动力系统8、智能电控装置9。
动力系统8主要包括电池组ⅰ801、电池组ⅱ802、电池组ⅲ803；动力系统8通过驱动驱动马达ⅰ202、驱动马达ⅱ205、驱动马达ⅲ302、驱动马达ⅳ402、驱动马达ⅴ502、驱动马达ⅵ602正转、反转、锁止，实现对三维关节2、二维关节ⅰ3、二维关节ⅱ4、二维关节ⅲ5、二维关节ⅳ6的运动和停止。
智能电控装置9主要包括智能控制器901、充电器902、电插件903，智能控制器901固定在尾节a的框体内，根据驱动马达ⅰ202、驱动马达ⅱ205、驱动马达ⅲ302、驱动马达ⅳ402、驱动马达ⅴ502、驱动马达ⅵ602反馈的电信号，控制仿生蝎尾的5个关节精确运动；充电器902布置在尾刺装置7，用于给仿生蝎尾充电，电插件903布置在连接架1上，用于和仿生机器人主体通讯。
尾节a、尾节b、尾节c和尾节d优选轻质高强合金制成具有空腔的异形构件，以降低仿生蝎尾重量和运动能耗。驱动马达ⅰ202、驱动马达ⅱ205、驱动马达ⅲ302、驱动马达ⅳ402、驱动马达ⅴ502、驱动马达ⅵ602采用带制动的伺服电机，可锁止及反馈电信号。所述减速机ⅰ201、减速机ⅱ204、减速机ⅲ301、减速机ⅳ401、减速机ⅴ501、减速机ⅵ601采用rv减速机。电池组ⅰ801、电池组ⅱ802、电池组ⅲ803采用可充电的锂电池。
本发明带自主液压分布动力的多关节仿生蝎尾自带智能电控装置9和动力系统8，可以自主控制仿生蝎尾独立运动；仿生蝎尾整体通过连接架1可以快速地和仿生机器人主体框架固定连接，在需维修拆卸保养及更换时，亦可实现快速拆除及更换仿生蝎尾；在仿生机器人运动过程中，仿生蝎尾的智能控制器可作为二级控制器，可根据仿生机器人主体上的控制器（一级控制器）的控制指令，计算确定仿生螯钳上三维关节2、二维关节ⅰ3、二维关节ⅱ4、二维关节ⅲ5和二维关节ⅳ6的运动参数和运动轨迹，实现关节的正转、反转及锁止。
尾刺装置7主要包含尾刺装置结构件701、驱动马达702、减速机703和尾刺钻杆704，其中尾刺钻杆704在驱动马达702的作用下，可进行钻探及攻击。
实施例2
参照图3、图4，本实施例带自主分布动力的多关节仿生蝎尾，与实施例1的区别仅在于：
尾节a、尾节b、尾节c和尾节d采用铝合金制成具有空腔的异形构件，尾节内部设置有防冲击的减振材料件来减少收到攻击的冲击破坏作用；尾刺装置7主要包含尾刺装置结构件701、驱动马达702、减速机703和尾刺钻杆704，其中尾刺钻杆在驱动马达702的作用下，可进行钻探及攻击；智能电控装置9主要包括智能控制器901，并通过无线方式进行充电和仿生机器人主体通讯。
实施例3
参照图5、图6、图7，本实施例带自主分布动力的多关节仿生蝎尾与实施例1的区别仅在于：连接架1采用固定销孔形式，用于快速连接；尾节a、尾节b、尾节c和尾节d采用钛合金制成具有空腔的异形构件，其中尾节c表面设置有太阳膜件c4用于收集太阳能。电池组ⅰ801、电池组ⅱ802、电池组ⅲ803布置在尾节a、尾节c、尾节d的空腔内，智能控制器901布置在尾节b的空腔内;尾刺装置7采用激光发生莲花尾刺结构，主要包含尾刺装置结构件701、驱动马达702、减速机703、花瓣片707、驱动拉杆708、驱动盘709、激光安装盘710，可以在激光安装盘上安装激光、次声波发射器，在花瓣片707打开后，对敌方进行激光或次生波发生攻击，在花瓣片收缩状态下，作为钻头可进行接触性攻击。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。