仿生海蛇的制作方法

本实用新型涉及仿生机器人领域，特别是涉及一种仿生海蛇。

背景技术：

随着科技的发展与时代的进步，对水下机器人的要求也在提高，传统的“螺旋桨+舵”模式的水下航行器体积大，质量重，推进效率低，噪音大，流体扰动作用明显，低速时机动性能较差，体型较大，使其在许多要求较高的场合无法应用，仿生型水下机器人便应运而生。

随着仿生水下机器人的不断发展，仿生型水下航行器具有机动性高、能耗低、可适应于多种复杂环境与狭窄空间的优点，其与环境具有良好的共融性。

但是，目前的大多数仿生水下航行器具有以下不足：1、支撑能力较差；2、系统稳定性较差；3、推进能力较低等。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种仿生海蛇，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种仿生海蛇，包括：相连的蛇头和蛇身；所述蛇身包括多个万向节、多个连接杆、多个第一舵机和多个泡沫板；所述连接杆、所述万向节及所述泡沫板交替连接；所述第一舵机间隔布置在交替连接的所述连接杆、所述万向节及所述泡沫板之间；位于端部的所述第一舵机的动作端与所述蛇头相连，连接端与所述连接杆相连；位于中间的所述第一舵机的动作端与所述泡沫板相连，连接端与所述连接杆相连。

其中，所述的仿生海蛇，还包括：设置在所述蛇头与所述蛇身之间的俯仰机构；所述俯仰机构的动作端与所述蛇头靠近所述蛇身的一端相连，连接端与所述蛇身中位于端部的所述连接杆相连，用于带动所述蛇头上下摆动。

其中，所述俯仰机构包括：与第一舵机正交布置的第二舵机；所述第二舵机的动作端与所述蛇头靠近所述蛇身的一端相连，连接端与所述蛇身中位于端部的所述第一舵机的动作端相连。

其中，所述蛇头内设置有微控制器和舵机控制板；所述蛇头的相对两侧边均设置有红外传感器，所述红外传感器用于检测仿生海蛇所处位置附近是否有障碍物；所述微控制器分别与所述红外传感器及所述舵机控制板相连；所述舵机控制板分别与所述第一舵机及所述第二舵机相连。

其中，所述蛇头内还设有电力载波模块；所述蛇头上设置有图像采集器，所述图像采集器用于采集仿生海蛇所处位置的图像；所述微控制器分别与所述图像采集器及所述电力载波模块，用于将所述图像采集器采集的图像通过所述电力载波模块发送至上位机。

其中，所述蛇头内还设有电源模块；所述电源模块分别与所述微控制器、所述舵机控制板及所述电力载波模块相连。

其中，所述蛇头上设有照明灯。

其中，所述第一舵机为数字舵机；所述万向节为牛眼万向球；和/或，所述泡沫板的横截面形状为三叶草形。

其中，所述蛇头的形状为筒状；所述蛇头由有机玻璃制成。

其中，所述蛇身外灌注人体硅胶。

(三)有益效果

本实用新型提供的一种仿生海蛇，通过将蛇身采用连接杆、万向节和泡沫板交替连接的结构构成刚性骨架，使得蛇身的骨架具有较好的支撑功能，进而使得整个仿生海蛇的支撑功能较好。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种仿生海蛇的一个优选实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的蛇头与上位机及俯仰机构的连接关系图；

图3为本实用新型提供的仿生海蛇的蛇身中一个骨架单元的结构示意图；

图4为图3所示的骨架单元中泡沫板的横截面图；

图中，1-蛇头；101-红外传感器；102-图像采集器；103-微控制器；104-舵机控制板；105-电力载波模块；2-第二舵机；3-第一舵机；4-连接杆；5-万向节；6-泡沫板；7-照明灯；8-上位机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1示出了本实用新型仿生海蛇的一个优选实施例，如图1所示，该仿生海蛇包括：相连的蛇头1和蛇身；蛇身包括多个万向节5、多个连接杆4、多个第一舵机3和多个泡沫板6；连接杆4、万向节5及泡沫板6交替连接，第一舵机3间隔布置在交替连接的连接杆4、万向节5及泡沫板6之间；位于端部的第一舵机3与蛇头1相连，连接端与连接杆4相连；第一舵机3位于中间的第一舵机3的动作端与泡沫板6相连，第一舵机3连接端与连接杆4相连。

其中，舵机主要是由外壳、电路板、驱动马达、减速器与位置检测元件所构成。

具体地，在本实施例中以蛇身包括六个万向节5、六个连接杆4、六个泡沫板6和三个第一舵机3为例进行说明，但并不用于限制本实用新型的保护范围。可以根据需要相应的增加或减少蛇身中万向节5、连接杆4、泡沫板6和第一舵机3的数量。连接杆4、万向节5和泡沫板6交替连接，即，将一个连接杆4的一端与万向节5的连接端相连，万向节5的动作端与泡沫板6的一侧面相连，由此构成一个骨架单元，如图3所示；然后重复此种连接方式以构成蛇身的整体骨架，即，本实施例中蛇身的骨架由六个骨架单元构成。且将第一骨架单元中的泡沫板4远离万向节5的一侧与第二骨架单元中的连接杆相连，例如，在第一骨架单元中的泡沫板4上设有通孔，第二骨架单元中的连接杆穿过该通孔，以将第一单元中的泡沫板固定在第二单元中的连接杆上；其他骨架单元也采用类似的方式依次连接。

以及，在交替连接的连接杆4、万向节5及泡沫板6之间间隔布置第一舵机3，例如，将第一舵机3竖直布置；即在蛇身的六个骨架单元之间间隔布置第一舵机3。例如，从第一骨架单元开始每间隔两个骨架单元设置一个第一舵机3，即，在第一骨架单元中的连接杆所处的端部设置一个第一舵机3，该第一舵机3为位于端部的第一舵机，则将该第一舵机3的动作端与蛇头相连，连接端与第一骨架单元中的连接杆远离万向节的一端相连；在第二骨架单元与第三骨架单元之间设置一个第一舵机3，该第一舵机3为位于中间的第一舵机3，则将该第一舵机3的动作端与第二骨架单元中的泡沫板6远离万向节5的一侧相连，第一舵机3的连接端与第三骨架单元中的连接杆4远离万向节5的一端相连；以及，在第四骨架单元与第五骨架单元之间设置一个第一舵机3，该第一舵机3为位于中间的第一舵机3，则将第一舵机3的动作端与第四骨架单元中的泡沫板6远离万向节5的一侧相连，第一舵机3的连接端与第五骨架单元中的连接杆4远离万向节5的一端相连。当然也可以根据需要改变第一舵机3在交替连接的连接杆4、万向节5及泡沫板6之间的间隔布置方式，例如，每间隔一个、三个或者四个骨架单元设置一个第一舵机3等等。

在本实施例中，通过将蛇身采用连接杆4、万向节5和泡沫板6交替连接的结构构成刚性骨架，使得蛇身的骨架具有较好的支撑功能，进而使得整个仿生海蛇的支撑功能较好。

进一步地，第一舵机3为数字舵机。其中，数字舵机具有响应速度快和防止抖动的功能。因此通过将第一舵机3采用数字舵机，使得第一舵机3能够较快的得到响应，进而使得蛇身整体的响应速度较快。同时，在通过第一舵机3带动泡沫板6运动，进而使得泡沫板6带动牛眼万向球运动，从而使得牛眼万向球带动连接杆4运动，进而使得整个蛇身产生类似蜿蜒的运动时；由于数字舵机具有防抖动的功能，使得蛇身在运动时，还能防止蛇身抖动，提高了蛇身运动的精确性。

进一步地，万向节5为牛眼万向球。则牛眼万向球的连接端与连接杆4相连，例如，连接杆4为金属杆等，牛眼万向球的动作端(即，转动端)与泡沫板6的一侧相连。且由于牛眼万向球的导向较灵活，进而使得蛇身可以较好的模拟蛇蜿蜒的运动方式，从而使得仿生海蛇可以在狭缝处自由游动，提高了仿生海蛇的运动灵活性。

进一步地，如图4所示，将泡沫板6的横截面形状设为三叶草形，即泡沫板6的结构类似三棱柱；例如，泡沫板6可以为硬质聚氨酯泡沫板6。在一个骨架单元里三棱柱状泡沫板6的一端面与牛眼万向球的动作端相连；且三棱柱状泡沫板6的另一端面与相邻骨架单元里的连接杆4的一端相连，或者与第一舵机3的动作端相连。

进一步地，蛇身外灌注人体硅胶。通过在蛇身的骨架外灌注人体硅胶，可相应减少仿生海蛇的游行阻力，使得仿生海蛇的游行较迅速。

进一步地，仿生海蛇，还包括：设置在蛇头1与蛇身之间的俯仰机构；俯仰机构的动作端与蛇头1靠近蛇身的一端相连，连接端与中位于端部的所述连接杆4相连，用于带动蛇头1上下摆动。例如，俯仰机构的动作端与蛇头1靠近蛇身的一端的连接关系为固定连接或可拆卸连接等；例如，俯仰机构的连接端与蛇身中靠近蛇头1的连接杆4的端部相连，例如，二者的连接关系为固定连接或可拆卸连接等。在需要带动蛇头1上下摆动时，可通过该俯仰机构来带动蛇头1运动，进而实现蛇头1的上下摆动。

进一步地，如图1所示，俯仰机构包括：与第一舵机3正交布置的第二舵机2；第二舵机2的动作端与蛇头1靠近蛇身的一端相连，连接端与蛇身中位于端部的第一舵机3的动作端相连。

具体地，若第一舵机3竖直布置，则可将第二舵机2水平布置，且将第二舵机2的动作端与蛇头1靠近蛇身的一端相连，即将第二舵机2的摆臂与蛇头1靠近蛇身的一端相连；则该第二舵机2可以带动蛇头1上下摆动。以及，将第二舵机2的连接端与蛇身中位于端部的第一舵机3的动作端相连，例如，二者的连接关系为固定连接或可拆卸连接，例如，二者的连接关系为通过螺纹连接件相连等。因此，通过第二舵机2即可实现驱动蛇头1的上下摆动。

进一步地，如图2所示，蛇头1内设有微控制器103和舵机控制板104；蛇头1的相对两侧边均设置有红外传感器101，红外传感器101用于检测仿生海蛇所处位置附近是否有障碍物；微控制器103分别与红外传感器101及舵机控制板104相连；舵机控制板104分别与第一舵机3及第二舵机2相连。

例如，两个红外传感器101沿蛇头1的中心线对称布置；当然也可以根据需要对称设置多个红外传感器101；则可通过红外传感器101检测仿生海蛇所处位置的环境情况。例如，当红外传感器101探测到仿生海蛇所处位置的左侧有障碍物时，即可将其检测到的结果发送至微控制器103；则微控制器103可根据该检测结果向舵机控制板104发出控制仿生海蛇向右转的指令；舵机控制板104接收到微控制器103发出的指令后，控制第一舵机3带动蛇头1向右转。相应地，当红外传感器101探测到仿生海蛇所处位置的左侧有障碍物时，舵机控制板104控制第一舵机3带动蛇头1向左转。或者，当红外传感器101探测到仿生海蛇所处位置的左侧和右侧均有障碍物时，舵机控制板104控制第一舵机3和第二舵机2带动仿生海蛇向后运动、上浮或下潜等。

例如，第二舵机2采用欠驱动控制方式，该种控制方式可以提高控制系统的容错性。

进一步地，蛇头1内还设有电力载波模块105；蛇头1上设置有图像采集器102，图像采集器102用于采集仿生海蛇所处位置的图像；微控制器103分别与图像采集器102及电力载波模块105，用于将图像采集器102采集的图像通过电力载波模块105发送至上位机8。例如，蛇头1的形状为筒状；蛇头1由有机玻璃制成。例如，蛇头1为亚克力筒，则蛇头1呈透明状。

其中，电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。

例如，设置在蛇头1上的图像采集器102为摄像头等，则可提过该图像采集器102采集仿生海蛇所到之处的图像信息；并将其采集的到的图像信息发送至微控制器103。使得微控制器103可以该图像信息通过电力载波模块105发送至上位机8，为上位机8对仿生海蛇所到之处的环境情况进行分析提供基础。

进一步地，蛇头1内还设有电源模块；电源模块分别与微控制器103、舵机控制板104及电力载波模块105相连。通过在蛇头1部分设置电源模块，即可通过该电源模块为微控制器103、舵机控制板104和电力载波模块105供电，以增强仿生海蛇在无人区的续航能力，进而提高仿生海蛇的可靠性。

另外，还可对蛇头1部分进行密封处理，以使得蛇头1内的微控制器103、舵机控制板104、电力载波模块105和电源模块不被水损坏。例如，在蛇头1的密封处先喷一层漆，再涂一层油，然后用黑胶包裹，在涂一层油然后封盖。

进一步地，蛇头1上设有照明灯7。则当仿生海蛇下潜至一定深度时，可通过该照明灯7进行照明，则可通过该照明灯7为图像采集器102提供光源，使得图像采集器102采集到的图像较清晰，提高了仿生海蛇的可靠性和精确性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。