CN206231595U - 仿生海蛇装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及仿生水下航行器技术领域，是一种仿生海蛇装置，其包括蛇头、能沿左右和上下方向转动的蛇身、多路舵机控制板、主控单片机；蛇身包括至少10个支架和舵机，在每个支架内分别安装有舵机，支架依序固定连接在一起，蛇头和第一个支架固定连接在一起，在蛇头对应眼睛处设有左右两个红外避障仪。本实用新型采用多舵机混合控制，仿生海蛇的前部分采用舵机输出轴交错放置的结构，这样海蛇的动作的自由度就相应地很大提高了，海蛇的整个身体都是动力来源，灵活地控制仿生海蛇的方向、前进力和上下潜的作用，仿生海蛇前部身体躯干细小，减小了水体对海蛇的阻力，后部扁平类似于浆，能使海蛇获得更大的推力，左右对称能更好的保持平衡。

Description

仿生海蛇装置

技术领域

本实用新型涉及仿生水下航行器技术领域，是一种仿生海蛇装置。

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，仿生型水下航行器便应运而生。作为融合仿生学、流体动力学、材料学、工程学、自动控制理论及机器人学的交叉学科，仿生型水下航行器具备海蛇类对水域环境适应性强、灵活性高、体积小、推进效率高、噪声低、流体扰动小、机动性好等优点。跟传统的螺旋桨式推进的水下航行器不同的地方是，仿生型水下航行器采用仿生海蛇作为航行器。但目前的仿生海蛇式航行器存在以下缺点：1、控制仿生海蛇的能力差，当仿生海蛇进入较深水域时容易造成控制者与仿生海蛇，造成损失；2、现有仿生海蛇的灵活度较差，不能在狭小区域作业。

发明内容

本实用新型提供了一种仿生海蛇装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决控制仿生海蛇的能力差，当仿生海蛇进入较深水域时容易造成控制者与仿生海蛇，造成损失的问题。

本实用新型还进一步解决了现有仿生海蛇的灵活度较差，不能在狭小区域作业的问题。

一种仿生海蛇装置，包括蛇头、能沿左右和上下方向转动的蛇身、多路舵机控制板、主控单片机；蛇身包括至少10个支架和舵机，在每个支架内分别安装有舵机，支架依序固定连接在一起，蛇头和第一个支架固定连接在一起，在蛇头对应眼睛处设有左右两个红外避障仪；蛇头上固定安装有声波传感器、磁场传感器、加速度传感器和多通道无线通讯收发装置，在蛇身上分别固定安装有温度传感器和压力传感器，蛇头嘴部前端设有高清微型摄像头；多路舵机控制板的多路信号输出端分别与各个舵机的信号输入端电连接；多路舵机控制板与主控单片机之间双向电连接；红外避障仪、水压传感器、温度传感器、声波传感器、加速度传感器和磁场传感器的信号输出端分别与主控单片机的各个信号输入端电连接，主控单片机的无线通讯端、多路舵机控制板的无线通讯端分别与多通道无线收发装置的信号端通讯连接。

上述蛇身包括蛇身左段、蛇身右段和尾桨，蛇身左段为至少六个分别安装有左双轴舵机的左支架依序固定连接而成，左双轴舵机为奇数，最左侧的左双轴舵机的左支架与蛇头固定连接，最左侧的左双轴舵机的动力输出轴沿上下方向安装在左支架上并能带动蛇头左右运动，与最左侧的左双轴舵机相邻的左双轴舵机的动力输出轴沿前后方向安装在左支架上并能带动蛇头上下运动，相间隔的左双轴舵机的动力输出轴安装方向相同，蛇身右段为至少4个分别安装有右双舵机的右支架依序固定连接而成，且每个右双舵机的动力输出轴方向与最左侧的左双轴舵机的动力输出轴安装方向相同，最右侧的左支架和最左侧的右支架固定连接，在最右侧的右支架右端安装有尾桨。

上述左双舵机、右双舵机、左支架、右支架上分别安装有浮力块。

上述该浮力块呈半椭圆柱形。

上述左双舵机为9个，右双舵机为6个。

上述蛇头、蛇身的表面均设置有仿生类硅胶。

上述还包括电源，主控单片机的电源端、多路舵机控制板的电源端、磁场传感器的电源端、加速度传感器的电源端和舵机的电源端分别与电源电连接。

本实用新型结构合理，使用方便，通过带有若干传感器及摄像头的仿生海蛇的巡航游动来采集相关数据，从而对全水域进行地形勘测、狭小区域作业、鱼群实时监测实时监测。本发明控制方式有多种互相切换配合使用，在水面或较浅的水域可接受到无线信号时，切换为遥控控制方式；在水下深处接受不到无线信号时控制方式为智能巡航模式，通过声波传感器、磁场传感器及水压传感器收集到的海蛇距离海底的距离数据、海蛇前进方向数据、水压数据(通过公式计算得出实际水深)，保存在主控单片机的储存中，主控单片机计算出距离始发点的距离，方向，到达目的地后海蛇可安全返回。

本实用新型采用多舵机混合控制，仿生海蛇的前部分采用舵机输出轴交错放置的结构，这样海蛇的动作的自由度就相应地很大提高了，海蛇的整个身体都是动力来源，灵活地控制仿生海蛇的方向、前进力和上下潜的作用，仿生海蛇前部身体躯干细小，减小了水体对海蛇的阻力，后部扁平类似于浆，能使海蛇获得更大的推力，左右对称能更好的保持平衡。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图。

图2为本实用新型的立体结构示意图。

图3为本实用新型中蛇头与两个左支架及左双舵机连接的立体结构示意图。

图4为本实用新型中两个右支架及右双舵机连接的立体结构示意图。

图中的编码分别为：1为蛇头，2为尾桨，3为左双轴舵机，4为左支架，5为右双轴舵机，6为右支架。

具体实施方式

在本实用新型中，为了便于描述，各部件上、下、左、右等对位置关系的描述均是根据说明书附图2的布图方式来进行描述的。

如附图1至4所示，该仿生海蛇装置包括蛇头1、能沿左右和上下方向转动的蛇身、多路舵机控制板、主控单片机；蛇身包括至少10个支架和舵机，在每个支架内分别安装有舵机，支架依序固定连接在一起，蛇头1和第一个支架固定连接在一起，在蛇头1对应眼睛处设有左右两个红外避障仪；蛇头1上固定安装有声波传感器、磁场传感器、加速度传感器和多通道无线通讯收发装置，在蛇身上分别固定安装有温度传感器和压力传感器，蛇头1嘴部前端设有高清微型摄像头；多路舵机控制板的多路信号输出端分别与各个舵机的信号输入端电连接；多路舵机控制板与主控单片机之间双向电连接；红外避障仪、水压传感器、温度传感器、声波传感器、加速度传感器和磁场传感器的信号输出端分别与主控单片机的各个信号输入端电连接，主控单片机的无线通讯端、多路舵机控制板的无线通讯端分别与多通道无线收发装置的信号端通讯连接。这里的主控单片机、多路舵机控制板均采用现有公知的成熟技术。主控单片机可采用现有stc系列单片机，多路舵机控制板可采用现有TOROBOT 20路舵机控制板，蛇身可采用现有公知的仿生海蛇结构。

所述主控单片机的工作过程如下：首先分三路同时分别处理，第一路接收各个传感器反馈数据，并将各个传感器数据存储于主控单片机的存储器中，然后通过多通道无线信号收发装置上传给上位机，再返回“接收传感器反馈数据”步骤；第二路接收高清微型摄像头的影像数据，并将影像数据存储于主控单片机的存储器中，然后将影像数据通过多通道无线信号收发装置上传给上位机；再返回“接收高清微型摄像头的影像数据”步骤；第三路判断是否收到红外避障仪发出的高频电信号；如果收到高频电信号，则进入“向多路舵机控制板发出相应动作信号”步骤；如果没有收到高频电信号，进入接收遥控器发出指令；然后判断遥控器指令各类；所述的指令包括前进、上升、下潜、左转、右转、速度；向多路舵机控制板发出相应动作信号；相应舵机执行动作指令；第四路，判断多通道无线收发装置是否与上位机连接，在水下深处接受不到无线信号时控制方式为智能巡航模式，通过声波传感器、磁场传感器及水压传感器收集到的海蛇距离海底的距离数据、海蛇前进方向数据、水压数据(通过公式计算得出实际水深)，保存在主控单片机的储存中，主控单片机计算出距离始发点的距离，方向，到达目的地后海蛇可安全返回。

如附图2、3、4所示，蛇身包括蛇身左段、蛇身右段和尾桨2，蛇身左段为至少六个分别安装有左双轴舵机3的左支架4依序固定连接而成，左双轴舵机3为奇数最左侧的左双轴舵机3的左支架与蛇头1固定连接，最左侧的左双轴舵机3的动力输出轴沿上下方向安装在左支架4上并能带动蛇头1左右运动，与最左侧的左双轴舵机3相邻的左双轴舵机3的动力输出轴沿前后方向安装在左支架4上并能带动蛇头1上下运动，相间隔的左双轴舵机3的动力输出轴安装方向相同，蛇身右段为至少4个分别安装有右双舵机5的右支架6依序固定连接而成，且每个右双舵机5的动力输出轴方向与最左侧的左双轴舵机3的动力输出轴安装方向相同，最右侧的左支架4和最左侧的右支架6固定连接，在最右侧的右支架6右端安装有尾桨2。左支架4和右支架6均可采用现有公知的U形架技术，便于安装和拆卸，通过上述连接，能使蛇身通过舵机协调控制身体扭动推进海蛇的移动，实现仿生海蛇的向前、上下、左右的运动，方便仿生海蛇自主和半自主巡航游动对狭小区域作业和全水域水体生物实时监测，因此进一步提高了效率。

作为优选方案，如附图1所示，左双舵机3、右双舵机4、左支架4、右支架6上分别安装有浮力块。这样可有效增加浮力，提高本实用新型在水里的灵活性。该浮力块呈半椭圆柱形能减轻水中阻力。根据实际需要，左双舵机为9个，右双舵机为6个，为了减少水中阻力和降低磨损，提高使用寿命，在蛇头1、蛇身的表面均设置有仿生类硅胶。

根据需要，还包括电源，主控单片机的电源端、多路舵机控制板的电源端、磁场传感器的电源端、加速度传感器的电源端和舵机的电源端分别与电源电连接。

本实用新型不受上述实施例的限制，可根据本实用新型实际情况来确定具体的实施方式。

Claims (10)

1.一种仿生海蛇装置，其特征在于包括蛇头、能沿左右和上下方向转动的蛇身、多路舵机控制板、主控单片机；蛇身包括至少10个支架和舵机，在每个支架内分别安装有舵机，支架依序固定连接在一起，蛇头和第一个支架固定连接在一起，在蛇头对应眼睛处设有左右两个红外避障仪；蛇头上固定安装有声波传感器、磁场传感器、加速度传感器和多通道无线通讯收发装置，在蛇身上分别固定安装有温度传感器和压力传感器，蛇头嘴部前端设有高清微型摄像头；多路舵机控制板的多路信号输出端分别与各个舵机的信号输入端电连接；多路舵机控制板与主控单片机之间双向电连接；红外避障仪、水压传感器、温度传感器、声波传感器、加速度传感器和磁场传感器的信号输出端分别与主控单片机的各个信号输入端电连接，主控单片机的无线通讯端、多路舵机控制板的无线通讯端分别与多通道无线收发装置的信号端通讯连接。

2.根据权利要求1所述的仿生海蛇装置，其特征在于蛇身包括蛇身左段、蛇身右段和尾桨，蛇身左段为至少六个分别安装有左双轴舵机的左支架依序固定连接而成，左双轴舵机为奇数，最左侧的左双轴舵机的左支架与蛇头固定连接，最左侧的左双轴舵机的动力输出轴沿上下方向安装在左支架上并能带动蛇头左右运动，与最左侧的左双轴舵机相邻的左双轴舵机的动力输出轴沿前后方向安装在左支架上并能带动蛇头上下运动，相间隔的左双轴舵机的动力输出轴安装方向相同，蛇身右段为至少4个分别安装有右双舵机的右支架依序固定连接而成，且每个右双舵机的动力输出轴方向与最左侧的左双轴舵机的动力输出轴安装方向相同，最右侧的左支架和最左侧的右支架固定连接，在最右侧的右支架右端安装有尾桨。

3.根据权利要求2所述的仿生海蛇装置，其特征在于左双舵机、右双舵机、左支架、右支架上分别安装有浮力块。

4.根据权利要求3所述的仿生海蛇装置，其特征在于该浮力块呈半椭圆柱形。

5.根据权利要求2或3或4所述的仿生海蛇装置，其特征在于左双舵机为9个，右双舵机为6个。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的仿生海蛇装置，其特征在于蛇头、蛇身的表面均设置有仿生类硅胶。

7.根据权利要求5所述的仿生海蛇装置，其特征在于蛇头、蛇身的表面均设置有仿生类硅胶。

8.根据权利要求1或2或3或4或7所述的仿生海蛇装置，其特征在于还包括电源，主控单片机的电源端、多路舵机控制板的电源端、磁场传感器的电源端、加速度传感器的电源端和舵机的电源端分别与电源电连接。

9.根据权利要求5所述的仿生海蛇装置，其特征在于还包括电源，主控单片机的电源端、多路舵机控制板的电源端、磁场传感器的电源端、加速度传感器的电源端和舵机的电源端分别与电源电连接。

10.根据权利要求6所述的仿生海蛇装置，其特征在于还包括电源，主控单片机的电源端、多路舵机控制板的电源端、磁场传感器的电源端、加速度传感器的电源端和舵机的电源端分别与电源电连接。