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

背景技術(shù)：
隨著仿生技術(shù)的不斷改善，仿生機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用到世界各個領(lǐng)域，為了提高機器人的性能，研究學(xué)者們利用傳感器、微型計算機、無線控制技術(shù)對機器人進行協(xié)助操作。仿生學(xué)作為生物學(xué)與機械工程學(xué)有機結(jié)合的一門新興科學(xué)，為未來機器人的發(fā)展與方向提供了新的思路。仿生機器人主要關(guān)鍵技術(shù)還是在于實現(xiàn)機電系統(tǒng)的微型化和集成化。隨著科學(xué)技術(shù)的完善，仿生機器人作為機器人家族中的一員，其機動性與高效性必定會成為現(xiàn)代機器人技術(shù)發(fā)展的主流。泥鰍是一種特殊的鰍類，身體細(xì)且長，前端呈圓錐狀，后部相對頭呈新月型扁平狀，中部呈圓柱形，當(dāng)氣溫高于30℃或低于15℃時，泥鰍便可鉆入泥中避暑或冬眠。仿生泥鰍機器人是目前仿生機器人領(lǐng)域中較為新穎的研究對象，泥鰍在水下獨特的鉆泥方式，給水下拱泥機器人提供了新的設(shè)計思路?；谀圉q特性的水下淤泥探測機器人設(shè)計對于養(yǎng)殖業(yè)具有重要的意義，對圍繞、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，會嚴(yán)重影響人類的正常生活。目前還沒有一種水下淤泥探測機器人能同時測量淤泥密度、淤泥深度、淤泥的含水量、淤泥溫度及淤泥中水分pH值的綜合性探測儀器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種仿泥鰍的水下淤泥探測機器人。這種機器人結(jié)構(gòu)簡單、機動性好、成本低、噪聲小、水波震動幅度小、作業(yè)時間長、效率高、測量準(zhǔn)確、自動化智能程度高。實現(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機器人，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、第一步進電機、第一對電磁鐵、萬向聯(lián)軸器、凸輪、緩沖彈簧和復(fù)位彈簧，萬向聯(lián)軸器設(shè)置在拱泥頭外殼內(nèi)腔中，萬向聯(lián)軸器后端通過緩沖彈簧與拱泥頭外殼后端連接，萬向聯(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；凸輪與第一步進電機連接，凸輪作用在萬向聯(lián)軸器的活動端上，凸輪通過復(fù)位彈簧與拱泥頭外殼內(nèi)壁連接，第一對電磁鐵設(shè)置在拱泥頭外殼內(nèi)腔的后部。所述的轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分包括滾動球鉸鏈、圓柱副及萬向節(jié)鉸鏈，萬向節(jié)鉸鏈的前端連接圓柱副的后端，圓柱副前端連接滾動球鉸鏈的后端。所述的軀干部分包括軀干外殼、第二步進電動機、電機齒輪、曲柄、曲柄齒輪及第二對電磁鐵，所述第二步進電機通過電機齒輪與曲柄齒輪連接，曲柄設(shè)置在曲柄齒輪上，第二步進電機、曲柄齒輪和曲柄設(shè)置在軀干外殼內(nèi)腔，第二對電磁鐵設(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)，單片機設(shè)置在軀干外殼的內(nèi)腔中。所述的萬向聯(lián)軸器通過墊塊支撐。這種從模仿生物原型角度出發(fā)而設(shè)計的機器人結(jié)構(gòu)簡單、體積小、機動性好、成本低、噪聲小、水波震動幅度小、作業(yè)時間長、效率高、測量準(zhǔn)確、自動化智能程度高。附圖說明圖1為實施例的結(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.第二對電磁鐵6.萬向節(jié)鉸鏈7.圓柱副8.滾動球鉸鏈9.第一對電磁鐵10.緩沖彈簧11.萬向聯(lián)軸器12.第一步進電機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.第二步進電機20.pH值傳感器21.電機齒輪22.曲柄23.曲柄齒輪24.溫度傳感器25.單片機。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步的闡述，但不是對本發(fā)明的限制。實施例：參見圖1，一種仿泥鰍的水下淤泥探測機器人，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、第一步進電機12、第一對電磁鐵9、萬向聯(lián)軸器11、凸輪13、緩沖彈簧10和復(fù)位彈簧16，萬向聯(lián)軸器11設(shè)置在拱泥頭外殼15內(nèi)腔中，萬向聯(lián)軸器11后端通過緩沖彈簧10與拱泥頭外殼15后端連接，萬向聯(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與第一步進電機12連接，凸輪13作用在萬向聯(lián)軸器11的活動端上，凸輪13通過復(fù)位彈簧16與拱泥頭外殼15內(nèi)壁連接，第一對電磁鐵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器人模仿泥鰍鉆泥時機器人頭部的運動，凸輪13與錐形拱泥頭14采用螺紋連接，由第一步進電機12帶動凸輪13轉(zhuǎn)動，凸輪13作用在萬向聯(lián)軸器11活動端上，作用在萬向聯(lián)軸器11上的凸輪13的直徑由小變大時，萬向聯(lián)軸器11活動端向下運動，由軸帶動錐形拱泥頭14向下運動，此時復(fù)位彈簧16被壓縮，隨著時間變化，當(dāng)作用在萬向聯(lián)軸器11上的凸輪13的直徑由大變小時，被壓縮的復(fù)位彈簧16將萬向聯(lián)軸器11活動端頂上，錐形拱泥頭14向上運動，起到復(fù)位的作用。利用錐形拱泥頭14周期性擺動的運動方式掘開前方淤泥，彈簧10起到緩沖的作用。所述的萬向聯(lián)軸器11通過墊塊17支撐。所述的轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分包括滾動球鉸鏈8、圓柱副7及萬向節(jié)鉸鏈6，萬向節(jié)鉸鏈6的前端連接圓柱副7的后端，圓柱副7前端連接滾動球鉸鏈8的后端。所述轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)部分通過圓柱副7的伸縮運動，可推動拱泥頭部分運動具體地，滾動球鉸鏈8前端與拱泥頭外殼15后端連接，由于第二對電磁鐵5和第一對電磁鐵9同性相互排斥，當(dāng)給拱泥頭外殼15內(nèi)腔中后端的第一對電磁鐵9和軀干外殼18內(nèi)腔中的第二對電磁鐵5相同的電荷時，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。通過調(diào)節(jié)圓柱副7的三個連桿長度的變化，實現(xiàn)了拱泥頭部分向前運動的目的。當(dāng)需要收縮圓柱副7時，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的三個連桿長度。所述的軀干部分包括軀干外殼18、第二步進電動機19、電機齒輪21、曲柄22、曲柄齒輪23及第二對電磁鐵5，所述第二步進電機19通過電機齒輪21與曲柄齒輪23連接，曲柄22設(shè)置在曲柄齒輪23上，第二步進電機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電機作為動力源驅(qū)動尾部進行擺動，從而驅(qū)動仿生泥鰍水下淤泥探測機器人運動；具體地，第二步進電動機19帶動電機齒輪21轉(zhuǎn)動，電機齒輪21與曲柄齒輪23嚙合將動力傳動給曲柄22及尾鰭1，從而使尾鰭1進行來回擺動，驅(qū)動仿泥鰍的水下淤泥探測機器人向前動作。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，便于減輕整個機器人的重量。還包括通信部分，所述通信部分包括單片機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主要用于測量淤泥深度，該傳感器采用一對共軛式波紋膜片通過焊接組成的一個敏感單元，隨著淤泥深度的不斷增加，水或淤泥對波紋管的壓力逐漸增大，使波紋管發(fā)生彈性變形。將變形的信號經(jīng)單片機25傳輸?shù)降孛娼邮赵O(shè)備，通過變形量的大小與深度成正比的關(guān)系，通過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)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器、單片機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主要用于測量水下淤泥的密度，淤泥的密度是通過光作用于淤泥孔隙里傳輸時，光的變化量來檢測的。如果淤泥里中孔隙數(shù)量足夠多時，光源發(fā)出的光被淤泥孔隙吸收和折射率增加，傳送到微機檢測儀的光波變少，通過地面接收設(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主要用于測量淤泥中水的酸堿程度，在傳感器內(nèi)部有一個pH值放大器，通過探針與數(shù)據(jù)采集儀連接，測量淤泥中水分的pH值，將收集到的信號經(jīng)過放大后，通過數(shù)模信號的轉(zhuǎn)換，最后顯示到地面接收設(shè)備相應(yīng)軟件上。當(dāng)測量水質(zhì)是pH=7的中性溶液時，傳感器會產(chǎn)生一個電壓值（一般為1.75V），每當(dāng)PH值增加或者減少1，傳感器電壓值也會隨之增加或者減少一定值（一般為0.25V）。從而可以計算出pH值的大小，對于測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，以保證測量精度和信號不失真。單片機25將收集到的信號傳輸?shù)降孛娼邮赵O(shè)備。