本發(fā)明涉及水下機(jī)器人技術(shù)，具體是一種仿泥鰍的水下淤泥探測(cè)機(jī)器人。

背景技術(shù)：
隨著仿生技術(shù)的不斷改善，仿生機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用到世界各個(gè)領(lǐng)域，為了提高機(jī)器人的性能，研究學(xué)者們利用傳感器、微型計(jì)算機(jī)、無(wú)線控制技術(shù)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行協(xié)助操作。仿生學(xué)作為生物學(xué)與機(jī)械工程學(xué)有機(jī)結(jié)合的一門新興科學(xué)，為未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展與方向提供了新的思路。仿生機(jī)器人主要關(guān)鍵技術(shù)還是在于實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)的微型化和集成化。隨著科學(xué)技術(shù)的完善，仿生機(jī)器人作為機(jī)器人家族中的一員，其機(jī)動(dòng)性與高效性必定會(huì)成為現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的主流。泥鰍是一種特殊的鰍類，身體細(xì)且長(zhǎng)，前端呈圓錐狀，后部相對(duì)頭呈新月型扁平狀，中部呈圓柱形，當(dāng)氣溫高于30℃或低于15℃時(shí)，泥鰍便可鉆入泥中避暑或冬眠。仿生泥鰍機(jī)器人是目前仿生機(jī)器人領(lǐng)域中較為新穎的研究對(duì)象，泥鰍在水下獨(dú)特的鉆泥方式，給水下拱泥機(jī)器人提供了新的設(shè)計(jì)思路?；谀圉q特性的水下淤泥探測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)對(duì)于養(yǎng)殖業(yè)具有重要的意義，對(duì)圍繞、穿插在城市周圍的河流、湖泊流入許多污水，污水內(nèi)的不溶物沉淀于湖底、河床底部，形成淤泥，造成湖泊水位不斷升高，水下環(huán)境被破壞，日積月累，會(huì)嚴(yán)重影響人類的正常生活。目前還沒(méi)有一種水下淤泥探測(cè)機(jī)器人能同時(shí)測(cè)量淤泥密度、淤泥深度、淤泥的含水量、淤泥溫度及淤泥中水分pH值的綜合性探測(cè)儀器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種仿泥鰍的水下淤泥探測(cè)機(jī)器人。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)性好、成本低、噪聲小、水波震動(dòng)幅度小、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、效率高、測(cè)量準(zhǔn)確、自動(dòng)化智能程度高。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的技術(shù)方案是：一種仿泥鰍的水下淤泥探測(cè)機(jī)器人，包括拱泥頭部分、轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分、軀干部分和尾鰭部分，所述轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分中的滾動(dòng)球鉸鏈前端連接拱泥頭部分的拱泥頭外殼的后端，轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分后端的萬(wàn)向節(jié)鉸鏈后端連接軀干部分的軀干外殼的前端，尾鰭部分通過(guò)曲柄與軀干部分外殼內(nèi)腔中的曲柄齒輪連接。所述的拱泥頭部分包括錐形拱泥頭、拱泥頭外殼、第一步進(jìn)電機(jī)、第一對(duì)電磁鐵、萬(wàn)向聯(lián)軸器、凸輪、緩沖彈簧和復(fù)位彈簧，萬(wàn)向聯(lián)軸器設(shè)置在拱泥頭外殼內(nèi)腔中，萬(wàn)向聯(lián)軸器后端通過(guò)緩沖彈簧與拱泥頭外殼后端連接，萬(wàn)向聯(lián)軸器前端連接凸輪，凸輪與設(shè)置在拱泥頭外殼前端的錐形拱泥頭連接；凸輪與第一步進(jìn)電機(jī)連接，凸輪作用在萬(wàn)向聯(lián)軸器的活動(dòng)端上，凸輪通過(guò)復(fù)位彈簧與拱泥頭外殼內(nèi)壁連接，第一對(duì)電磁鐵設(shè)置在拱泥頭外殼內(nèi)腔的后部。所述的轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分包括滾動(dòng)球鉸鏈、圓柱副及萬(wàn)向節(jié)鉸鏈，萬(wàn)向節(jié)鉸鏈的前端連接圓柱副的后端，圓柱副前端連接滾動(dòng)球鉸鏈的后端。所述的軀干部分包括軀干外殼、第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電機(jī)齒輪、曲柄、曲柄齒輪及第二對(duì)電磁鐵，所述第二步進(jìn)電機(jī)通過(guò)電機(jī)齒輪與曲柄齒輪連接，曲柄設(shè)置在曲柄齒輪上，第二步進(jìn)電機(jī)、曲柄齒輪和曲柄設(shè)置在軀干外殼內(nèi)腔，第二對(duì)電磁鐵設(shè)置在軀干外殼內(nèi)腔的前部。所述的尾鰭部分包括尾鰭，尾鰭的前端與曲柄連接。還包括通信部分，所述通信部分包括單片機(jī)以及分別與之連接的壓電傳感器、電容傳感器、光電式傳感器、溫度傳感器、pH值傳感器，通信部分配裝在機(jī)器人上。所述的壓電傳感器、電容傳感器和光電式傳感器設(shè)置在軀干外殼的一側(cè)，溫度傳感器和pH值傳感器設(shè)置在軀干外殼的另一側(cè)，單片機(jī)設(shè)置在軀干外殼的內(nèi)腔中。所述的萬(wàn)向聯(lián)軸器通過(guò)墊塊支撐。這種從模仿生物原型角度出發(fā)而設(shè)計(jì)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、機(jī)動(dòng)性好、成本低、噪聲小、水波震動(dòng)幅度小、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、效率高、測(cè)量準(zhǔn)確、自動(dòng)化智能程度高。附圖說(shuō)明圖1為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.尾鰭2.壓電傳感器3.電容傳感器4.光電式傳感器5.第二對(duì)電磁鐵6.萬(wàn)向節(jié)鉸鏈7.圓柱副8.滾動(dòng)球鉸鏈9.第一對(duì)電磁鐵10.緩沖彈簧11.萬(wàn)向聯(lián)軸器12.第一步進(jìn)電機(jī)13.凸輪14.錐形拱泥頭15.拱泥頭外殼16.復(fù)位彈簧17.墊塊18.軀干外殼19.第二步進(jìn)電機(jī)20.pH值傳感器21.電機(jī)齒輪22.曲柄23.曲柄齒輪24.溫度傳感器25.單片機(jī)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的闡述，但不是對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例：參見(jiàn)圖1，一種仿泥鰍的水下淤泥探測(cè)機(jī)器人，包括拱泥頭部分、轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分、軀干部分和尾鰭部分，所述轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分中的滾動(dòng)球鉸鏈8前端連接拱泥頭部分拱泥頭外殼15的后端，轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分后端的萬(wàn)向節(jié)鉸鏈6后端連接軀干部分軀干外殼18的前端，尾鰭部分通過(guò)曲柄22與軀干部分外殼內(nèi)腔中的曲柄齒輪23連接。所述的拱泥頭部分包括錐形拱泥頭14、拱泥頭外殼15、第一步進(jìn)電機(jī)12、第一對(duì)電磁鐵9、萬(wàn)向聯(lián)軸器11、凸輪13、緩沖彈簧10和復(fù)位彈簧16，萬(wàn)向聯(lián)軸器11設(shè)置在拱泥頭外殼15內(nèi)腔中，萬(wàn)向聯(lián)軸器11后端通過(guò)緩沖彈簧10與拱泥頭外殼15后端連接，萬(wàn)向聯(lián)軸器11前端連接凸輪13，凸輪13與設(shè)置在拱泥頭外殼15前端的錐形拱泥頭14連接；凸輪13與第一步進(jìn)電機(jī)12連接，凸輪13作用在萬(wàn)向聯(lián)軸器11的活動(dòng)端上，凸輪13通過(guò)復(fù)位彈簧16與拱泥頭外殼15內(nèi)壁連接，第一對(duì)電磁鐵9設(shè)置在拱泥頭外殼15內(nèi)腔的后部。具體地，所述的拱泥頭部分用于機(jī)器人模仿泥鰍鉆泥時(shí)機(jī)器人頭部的運(yùn)動(dòng)，凸輪13與錐形拱泥頭14采用螺紋連接，由第一步進(jìn)電機(jī)12帶動(dòng)凸輪13轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪13作用在萬(wàn)向聯(lián)軸器11活動(dòng)端上，作用在萬(wàn)向聯(lián)軸器11上的凸輪13的直徑由小變大時(shí)，萬(wàn)向聯(lián)軸器11活動(dòng)端向下運(yùn)動(dòng)，由軸帶動(dòng)錐形拱泥頭14向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)復(fù)位彈簧16被壓縮，隨著時(shí)間變化，當(dāng)作用在萬(wàn)向聯(lián)軸器11上的凸輪13的直徑由大變小時(shí)，被壓縮的復(fù)位彈簧16將萬(wàn)向聯(lián)軸器11活動(dòng)端頂上，錐形拱泥頭14向上運(yùn)動(dòng)，起到復(fù)位的作用。利用錐形拱泥頭14周期性擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式掘開(kāi)前方淤泥，彈簧10起到緩沖的作用。所述的萬(wàn)向聯(lián)軸器11通過(guò)墊塊17支撐。所述的轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分包括滾動(dòng)球鉸鏈8、圓柱副7及萬(wàn)向節(jié)鉸鏈6，萬(wàn)向節(jié)鉸鏈6的前端連接圓柱副7的后端，圓柱副7前端連接滾動(dòng)球鉸鏈8的后端。所述轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分通過(guò)圓柱副7的伸縮運(yùn)動(dòng)，可推動(dòng)拱泥頭部分運(yùn)動(dòng)具體地，滾動(dòng)球鉸鏈8前端與拱泥頭外殼15后端連接，由于第二對(duì)電磁鐵5和第一對(duì)電磁鐵9同性相互排斥，當(dāng)給拱泥頭外殼15內(nèi)腔中后端的第一對(duì)電磁鐵9和軀干外殼18內(nèi)腔中的第二對(duì)電磁鐵5相同的電荷時(shí)，使得拱泥頭外殼15和軀干外殼18的空間位置發(fā)生了前移。通過(guò)調(diào)節(jié)圓柱副7的三個(gè)連桿長(zhǎng)度的變化，實(shí)現(xiàn)了拱泥頭部分向前運(yùn)動(dòng)的目的。當(dāng)需要收縮圓柱副7時(shí)，只需要改變拱泥頭外殼15內(nèi)腔中后端的電磁鐵9或軀干外殼18內(nèi)腔中的電磁鐵5的電荷極性。即同性相互吸合的原理就可以收縮圓柱副7的三個(gè)連桿長(zhǎng)度。所述的軀干部分包括軀干外殼18、第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)19、電機(jī)齒輪21、曲柄22、曲柄齒輪23及第二對(duì)電磁鐵5，所述第二步進(jìn)電機(jī)19通過(guò)電機(jī)齒輪21與曲柄齒輪23連接，曲柄22設(shè)置在曲柄齒輪23上，第二步進(jìn)電機(jī)19、曲柄齒輪23和曲柄22設(shè)置在軀干外殼18內(nèi)腔，第二對(duì)電磁鐵5設(shè)置在軀干外殼18內(nèi)腔的前部。所述軀干部分是利用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)尾部進(jìn)行擺動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)仿生泥鰍水下淤泥探測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；具體地，第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)19帶動(dòng)電機(jī)齒輪21轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)齒輪21與曲柄齒輪23嚙合將動(dòng)力傳動(dòng)給曲柄22及尾鰭1，從而使尾鰭1進(jìn)行來(lái)回?cái)[動(dòng)，驅(qū)動(dòng)仿泥鰍的水下淤泥探測(cè)機(jī)器人向前動(dòng)作。所述的尾鰭部分包括尾鰭1，尾鰭1的前端與曲柄22連接，其材料由復(fù)合纖維制作而成，便于減輕整個(gè)機(jī)器人的重量。還包括通信部分，所述通信部分包括單片機(jī)25以及分別與之連接的壓電傳感器2、電容傳感器3、光電式傳感器4、溫度傳感器24、pH值傳感器20，通信部分配裝在機(jī)器人上。所述的壓電傳感器2、電容傳感器3和光電式傳感器4設(shè)置在軀干外殼18的一側(cè)，溫度傳感器24和pH值傳感器20設(shè)置在軀干外殼18的另一側(cè)，單片機(jī)25設(shè)置在軀干外殼18的內(nèi)腔中。所述壓電傳感器2主要用于測(cè)量淤泥深度，該傳感器采用一對(duì)共軛式波紋膜片通過(guò)焊接組成的一個(gè)敏感單元，隨著淤泥深度的不斷增加，水或淤泥對(duì)波紋管的壓力逐漸增大，使波紋管發(fā)生彈性變形。將變形的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)25傳輸?shù)降孛娼邮赵O(shè)備，通過(guò)變形量的大小與深度成正比的關(guān)系，通過(guò)輸出的電壓和電阻的變化量成線性關(guān)系就可以求出真正的淤泥深度。所述電容傳感器3主要用于測(cè)量淤泥中水分的含量，利用淤泥中的水含量隨介電系數(shù)變化而變化的原理來(lái)工作，利用電容傳感器的兩極之間的電荷量，再利用電容量與介電參數(shù)變化關(guān)系求出介電系數(shù)值，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)25處理，將水含量顯示到地面接收設(shè)備相應(yīng)程序上。所述光電式傳感器4主要用于測(cè)量水下淤泥的密度，淤泥的密度是通過(guò)光作用于淤泥孔隙里傳輸時(shí)，光的變化量來(lái)檢測(cè)的。如果淤泥里中孔隙數(shù)量足夠多時(shí)，光源發(fā)出的光被淤泥孔隙吸收和折射率增加，傳送到微機(jī)檢測(cè)儀的光波變少，通過(guò)地面接收設(shè)備了解到的光量多少，便可求出淤泥密度。所述pH值傳感器20主要用于測(cè)量淤泥中水的酸堿程度，在傳感器內(nèi)部有一個(gè)pH值放大器，通過(guò)探針與數(shù)據(jù)采集儀連接，測(cè)量淤泥中水分的pH值，將收集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后，通過(guò)數(shù)模信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最后顯示到地面接收設(shè)備相應(yīng)軟件上。當(dāng)測(cè)量水質(zhì)是pH=7的中性溶液時(shí)，傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓值（一般為1.75V），每當(dāng)PH值增加或者減少1，傳感器電壓值也會(huì)隨之增加或者減少一定值（一般為0.25V）。從而可以計(jì)算出pH值的大小，對(duì)于測(cè)量海水或者河水污染程度的大小具有重要意義。所述溫度傳感器24主要用于測(cè)量淤泥中的溫度變化情況，它可以把溫度脈沖轉(zhuǎn)換為電壓脈沖的一種裝置，利用溫度改變電阻的電導(dǎo)率，從而改變電阻阻值，以獲得溫度變化的信息的一種傳感器。該傳感器電阻的溫度系數(shù)要盡可能的大，且不隨溫度的改變而改變，以保證測(cè)量精度和信號(hào)不失真。單片機(jī)25將收集到的信號(hào)傳輸?shù)降孛娼邮赵O(shè)備。