一种水下超冗余机器海鳗

本发明涉及机器人，尤其是涉及一种水下超冗余机器海鳗。

背景技术：

1、随着海底资源勘探、海底设施维护、海洋科学研究的发展，对水下机器人的需求正逐渐增加。水下机器人主要分为遥控式水下机器人(rov)与自主式水下机器人(auv)两大类，均属于单体刚性系统。rov通常具备六自由度的运动能力，其较大的体型以及脐带缆往往限制了其在狭窄空间内的机动性，难以穿行于复杂且狭窄的区域。auv虽然构型更为修长，且不受脐带缆限制，但多数auv并不具备完备的六自由度运动能力，这导致其需要较大的转弯半径，在复杂狭窄区域中的机动性相对受限。

2、然而，传统的蛇鳗形auv机器人往往采用模拟生物蜿蜒运动的方式，这种运动模式的身体摆动在某种程度上限制了其在水下狭窄空间的通行能力。此外，这种蜿蜒运动步态在水下作业时也面临无法保持固定位置的问题，一定程度上减少了其执行精细操作的潜力。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的通过性不足、运动灵活性低、稳定性差的缺陷而提供一种水下超冗余机器海鳗。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种水下超冗余机器海鳗，包括控制仓、两个柔性关节、电池仓和功能仓，控制仓通过柔性关节连接到电池仓的一侧，功能仓通过另一个柔性关节连接到电池仓的另一侧，控制仓和功能仓均包括数量相等且均匀分布的推进器，推进器的总数量为4n，n大于等于2，水下超冗余机器海鳗在伸直状态下，控制仓的各个推进器均有一个对应的功能仓的推进器的连线与水下超冗余机器海鳗的中心轴平行，控制仓的各个推进器浆向与控制仓上相邻的推进器浆向及对应的功能仓的推进器浆向相反。

4、进一步地，柔性关节的运动方向包括伸缩、弯曲和扭转。

5、进一步地，控制仓的各个推进器的推力方向与控制仓的轴向方向夹角均为45度，功能仓的各个推进器的推力方向与功能仓的轴向方向夹角均为45度。

6、进一步地，控制仓的各个推进器的推力在控制舱的轴向方向分量一致，功能仓的各个推进器的推力在功能舱的轴向方向分量一致。

7、进一步地，电池仓包括多个连接臂，多个连接臂等量地均匀分布在电池仓两端，用于连接电池仓和柔性关节

8、进一步地，电池舱包括多普勒计程仪，多普勒计程仪安装在电池舱的内底部中央。

9、进一步地，控制舱还包括作业工具和旋转步进电机，作业工具设置于控制仓或功能仓远离柔性关节的端部，作业工具通过旋转步进电机进行连接。

10、进一步地，作业工具配备有多个摄像头，各个摄像头以作业工具所在的轴线对称分布，各个摄像头与作业工具所在的轴线夹角为30度，各个摄像头的视角场总和至少为180度。

11、进一步地，控制舱包括控制仓作业工具、控制仓照明灯、控制仓摄像头、控制仓头部舱体、控制仓头部舱体端盖、控制仓核心舱体前浮力块、控制仓核心舱体前连接臂、控制仓圆形水密连接器、控制仓直角水密连接器、控制仓核心舱体前端盖、控制仓核心舱体仪器安装板、控制仓核心舱体浮力外壳、控制仓核心舱体、控制仓核心舱体后端盖、控制仓核心舱体后浮力块、控制仓核心舱体后连接臂、控制仓头部舱体电路板、控制舱电路板、控制仓推进器驱动电路板和主控制器；

12、具体的拼接方式为：控制仓核心舱体的前端设有控制仓核心舱体前端盖，通过控制舱核心舱体前连接臂连接控制仓头部舱体的控制仓头部舱体端盖；控制仓核心舱体的后端设有控制仓核心舱体后端盖，通过控制仓核心舱体后连接臂连接柔性关节，各个控制仓推进器均固定在控制仓核心舱体后连接臂上；控制仓核心舱体的内部设有控制舱电路板、控制仓推进器驱动电路板和主控制器，主控制器通过控制舱电路板，并通过控制仓推进器驱动电路板向各个推进器发送控制信号；控制仓核心舱体的外壁为控制仓核心舱体仪器安装板，核心舱体浮力外壳通过控制仓核心舱体仪器安装板进行安装固定；控制仓头部舱体远离控制仓头部舱体端盖一侧的外表面中心设置有控制仓作业工具，围绕控制仓作业工具间隔设置有控制仓照明灯和控制仓摄像头，控制仓头部舱体内部设有控制仓头部舱体电路板；控制仓核心舱体前浮力块通过控制仓头部舱体端盖、控制舱核心舱体前连接臂和控制仓核心舱体前端盖进行安装固定；控制仓核心舱体后浮力块通过控制仓核心舱体后端盖、控制仓核心舱体后连接臂和柔性关节进行安装固定；控制仓圆形水密连接器分别安装于控制仓头部舱体端盖、控制仓核心舱体前端盖和控制仓核心舱体后端盖中心部；控制仓直角水密连接器安装于控制仓核心舱体前端盖上。

13、进一步地，电池仓包括电池舱连接臂、电池舱两端浮力块、电池仓直角水密连接器、电池舱前端盖、电池舱浮力外壳、电池舱仪器安装板、电池舱体、多普勒计程仪、电池舱后端盖、深度传感器、多个电池仓圆形水密连接器、电池舱电路板和动力电池组；

14、具体的连接方式为：电池舱体的两端分别为电池舱前端盖和电池舱后端盖，在电池舱前端盖和电池舱后端盖的外环部均匀设有电池仓连接臂，通过电池仓连接臂分别连接前后两端的柔性关节，并对电池仓浮力块进行安装固定，在电池舱前端盖和电池舱后端盖的中心部设有连接孔，电池仓圆形水密连接器安装固定在连接孔中，在电池舱前端盖上还设有连接电池仓直角水密连接器303的连接孔，电池舱体的外壁为电池舱仪器安装板，电池舱浮力外壳通过电池舱仪器安装板安装固定，电池舱体的内底部中央处安装有多普勒计程仪，电池舱前端盖内部装有深度传感器，电池舱体内部装有电池舱电路板，电池舱电路板连接动力电池组。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、1)本发明采用模块化设计，分为多个舱体，通过有规律地均匀分布的推进器和柔性关节，本发明的水下超冗余机器海鳗能够在实现前、后、左、右、上、下六个运动维度之外，还能够沿中心轴进行伸缩运动和围绕中心轴进行扭转运动，实现机器海鳗的超冗余运动。本发明能够扩展机器海鳗的运动维度，有效减小转弯半径，提高在狭窄水域的通过性，增强水下作业的稳定性。

17、2)采用旋转步进电机驱动机械手臂，进一步增加机器海鳗的可旋转部位，增加水下作业的灵活性。

技术特征：

1.一种水下超冗余机器海鳗，其特征在于，包括控制仓(1)、两个柔性关节(2)、电池仓(3)和功能仓(4)，所述控制仓(1)通过柔性关节(2)连接到电池仓(3)的一侧，所述功能仓(4)通过另一个柔性关节(2)连接到电池仓(3)的另一侧，所述控制仓(1)和功能仓(4)均包括数量相等且均匀分布的推进器，所述推进器的总数量为4n，n大于等于2，所述水下超冗余机器海鳗在伸直状态下，所述控制仓的各个推进器均有一个对应的功能仓的推进器的连线与水下超冗余机器海鳗的中心轴平行，所述控制仓的各个推进器浆向与控制仓上相邻的推进器浆向及对应的功能仓的推进器浆向相反。

2.根据权利要求1所述的一种水下超冗余机器海鳗，其特征在于，所述柔性关节(2)的运动方向包括伸缩、弯曲和扭转。

3.根据权利要求1所述的一种水下超冗余机器海鳗，其特征在于，所述控制仓的各个推进器的推力方向与控制仓(1)的轴向方向夹角均为45度，所述功能仓的各个推进器的推力方向与功能仓(4)的轴向方向夹角均为45度。

4.根据权利要求1所述的一种水下超冗余机器海鳗，其特征在于，所述控制仓的各个推进器的推力在控制舱(1)的轴向方向分量一致，所述功能仓的各个推进器的推力在功能舱(4)的轴向方向分量一致。

5.根据权利要求1所述的一种水下超冗余机器海鳗，其特征在于，所述电池仓(3)包括多个连接臂(301)，所述多个连接臂(301)等量地均匀分布在电池仓(3)两端，用于连接电池仓(3)和柔性关节(2)。

6.根据权利要求1所述的一种水下超冗余机器海鳗，其特征在于，所述电池舱(3)包括多普勒计程仪(308)，所述多普勒计程仪(308)安装在电池舱(3)的内底部中央。

7.根据权利要求1所述的一种水下超冗余机器海鳗，其特征在于，所述控制舱(1)还包括作业工具和旋转步进电机，所述作业工具设置于控制仓(1)或功能仓远离柔性关节(2)的端部，作业工具通过旋转步进电机进行连接。

8.根据权利要求7所述的一种水下超冗余机器海鳗，其特征在于，所述作业工具配备有多个摄像头，各个所述摄像头以作业工具所在的轴线对称分布，各个所述摄像头与作业工具所在的轴线夹角为30度，各个所述摄像头的视角场总和至少为180度。

9.根据权利要求1所述的一种水下超冗余机器海鳗，其特征在于，所述控制舱(1)包括控制仓作业工具(101)、控制仓照明灯(102)、控制仓摄像头(103)、控制仓头部舱体(104)、控制仓头部舱体端盖(105)、控制仓核心舱体前浮力块(106)、控制仓核心舱体前连接臂(107)、控制仓圆形水密连接器(108)、控制仓直角水密连接器(109)、控制仓核心舱体前端盖(110)、控制仓核心舱体仪器安装板(111)、控制仓核心舱体浮力外壳(112)、控制仓核心舱体(113)、控制仓核心舱体后端盖(114)、控制仓核心舱体后浮力块(116)、控制仓核心舱体后连接臂(117)、控制仓头部舱体电路板(118)、控制舱电路板(119)、控制仓推进器驱动电路板(120)和主控制器(121)；

10.根据权利要求1所述的一种水下超冗余机器海鳗，其特征在于，所述电池仓(3)包括电池舱连接臂(301)、电池舱两端浮力块(302)、电池仓直角水密连接器(303)、电池舱前端盖(304)、电池舱浮力外壳(305)、电池舱仪器安装板(306)、电池舱体(307)、多普勒计程仪(308)、电池舱后端盖(309)、深度传感器(310)、多个电池仓圆形水密连接器(311)、电池舱电路板(312)和动力电池组(313)；

技术总结本发明涉及一种水下超冗余机器海鳗，包括控制仓、两个柔性关节、电池仓和功能仓，控制仓通过柔性关节连接到电池仓的一侧，功能仓通过另一个柔性关节连接到电池仓的另一侧，控制仓和功能仓均包括数量相等且均匀分布的推进器，水下超冗余机器海鳗在伸直状态下，控制仓的各个推进器均有一个对应的功能仓的推进器的连线与水下超冗余机器海鳗的中心轴平行，控制仓的各个推进器浆向与控制仓上相邻的推进器浆向及对应的功能仓的推进器浆向相反。与现有技术相比，本发明具有运动维度多、转弯半径小、通过性强、稳定性强等优点。技术研发人员：吕枫,徐昕,何斌受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18