[發明專利]可閉環控制的多功能水中蛇形機器人

有效

• 申請號: 201310240421.7
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103358305A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 金杰;王新懷;黃子明;孟韶南;黃原成
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J13/08;B25J19/02;B25J17/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種可閉環控制的多功能水中蛇形機器人，包括蛇頭（1）、蛇尾（2）和蛇身（5），蛇身(5)由多個剛性關節(3)和多個柔性關節(4)交替連接組成；蛇身(5)的兩端分別與蛇頭（1）和蛇尾（2）相連組成蛇體；蛇頭（1）內裝有無線攝像頭（11），蛇身（5）內裝有舵機（51）、主控制器（52）、電池組模塊（53）和溫濕度傳感器組（54），其特征在于：蛇身（5）內還裝有：

十自由度傳感器（56），用于獲得蛇體的加速度、俯仰角和內部氣壓，以實時采集蛇體的運動姿態信息，監控其氣密信息；

十六路舵機控制器（57），用于發送控制信息給舵機（51）；

十自由度傳感器（56）將測得的數據發送給主控制器（52）進行數據融合，主控制器（52）對數據進行判斷后，通過十六路舵機控制器（57）控制舵機（51），以調整蛇體的運動姿態，從而實現了對蛇體的閉環控制。

太陽能充電模塊（58），用于將太陽能轉換為電能，為電池組模塊（53）充電；

電量檢測模塊（59），用于實時檢測電池組模塊（53）的電量，當電池組模塊（53）電壓低于10伏時，向主控制器(52)發送信號，控制蛇體浮出水面，通過太陽能充電模塊（58）為電池組模塊（53）充電。

2.按照權利要求1所述的可閉環控制的多功能水中蛇形機器人，其特征在于所述的蛇頭（1），包括無線攝像頭（11）、蛇頭外殼（12）、透明罩（13）和蛇頭關節公頭（14）；透明罩（13）固定在蛇頭外殼（12）前端，蛇頭外殼（12）的后端固定在蛇頭關節公頭（14）的外側，無線攝像頭（11）固定在蛇頭關節公頭（14）的內側。

3.按照權利要求1所述的可閉環控制的多功能水中蛇形機器人，其特征在于所述的蛇尾（2），包括蛇尾外殼（21）、USB接口模塊（22）、和蛇尾關節公頭（23），蛇尾外殼（21）前端固定在蛇尾關節公頭（23）外側，USB接口模塊（22）固定在蛇尾關節公頭（23）內側。

4.按照權利要求1所述的可閉環控制的多功能水中蛇形機器人，其特征在于每個剛性關節（3），由殼體（31）、兩個關節母頭（32）和兩個鋁合金固定片（33）構成，兩個關節母頭（32）分別固定在殼體（31）的兩端，鋁合金固定片（33）對稱固定在關節母頭（32）內側。

5.按照權利要求1所述的可閉環控制的多功能水中蛇形機器人，其特征在于所述的每個柔性關節（4），由鋼絲軟管（41）、正交舵機組（42）和兩個關節公頭（43）構成，兩個關節公頭（43）分別固定在鋼絲軟管（41）的兩端，正交舵機組（42）放置于鋼絲軟管（41）內，并固定在關節公頭（43）內側。

6.按照權利要求5所述的可閉環控制的多功能水中蛇形機器人，其特征在于所述的每個正交舵機組（42）包括兩個舵機（51）、兩個舵機支架（421）和兩個L型支架（422）；每個舵機（51）的前端固定在一個舵機支架（421）上，每個舵機（51）的后端與一個L型支架（422）連接，兩個L型支架（422）之間正交連接，以實現蛇體的三維運動。

7.按照權利要求1所述的可閉環控制的多功能水中蛇形機器人，其特征在于所述的十自由度傳感器（56），包括：

三軸陀螺儀（561），用于檢測蛇體轉向時的角速度；

三軸加速度計（562），用于檢測蛇體的加速度大小和方向；

三軸磁力計（563），用于檢測蛇體所處的方位；

氣壓計（564），用于檢測蛇體內部氣壓。

8.按照權利要求5所述的可閉環控制的多功能水中蛇形機器人，其特征在于所述的主控制器（52），包括：

數據接收模塊（521），用于接收十自由度傳感器（56）、溫濕度傳感器組（54）和電量檢測模塊（59）檢測到的數據；

數據融合模塊（522），用于對數據接收模塊（521）接收到的三軸陀螺儀（561）、三軸加速度計（562）和三軸磁力計（563）的數據進行融合，得出蛇體航向角及其三軸的速度分量；

氣壓分析模塊（523），用于對數據接收模塊（521）接收到的氣壓計（564）的數據進行運算,得到蛇體內部的氣壓值，以檢測蛇體密閉性；

數據發送模塊（524），用于對無線攝像頭（11）、十六路舵機控制器（57）發送控制指令。

9.按照權利要求1所述的可閉環控制的多功能水中蛇形機器人，其特征在于所述太陽能充電模塊（58），包含升壓器（582）和六塊柔性太陽能電池板（581），六塊柔性太陽能電池板（581）串聯后將獲得的電壓經升壓器（582）提升后，輸送給電池組模塊（53）。