一种跨介质多运动模式仿生水蛇机器人

1.本发明涉及一种仿生机器人，具体地说，涉及一种具有多种运动模式、可在不同介质中运动的仿生水蛇机器人。本发明属于仿生机器人技术领域。


背景技术：

2.仿生水蛇机器人属于仿生机器人的一种，是指模仿水蛇运动特点，可在水中开展工作的机器人。现有的仿生水蛇机器人传动结构复杂，运动模式单一，跨介质能力弱。


技术实现要素：

3.鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种可实现跨介质多运动模式的仿生水蛇机器人。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种跨介质多运动模式仿生水蛇机器人，它由若干节串联的仿生水蛇单元构成，相邻的两节所述仿生水蛇单元之间通过十字正交驱动机构相连，并通过所述十字正交驱动机构驱动蛇身扭动、弯曲；
5.所述每节仿生水蛇单元包括壳体、安装在壳体上的若干片第一蛇鳞片、若干片第二蛇鳞片、行星齿轮系传动机构、第一蛇鳞驱动机构和第二蛇鳞驱动机构；
6.所述壳体包括外壳、两端端盖和设置在壳体内的中心轴；在所述外壳的表面开有若干个用于安装所述第一蛇鳞片和第二蛇鳞片的安装孔，所述第一蛇鳞片和第二蛇鳞片通过转动轴安装在所述外壳上，并以所述转动轴为轴摆动；
7.所述第一蛇鳞片和第二蛇鳞片间隔地呈阿基米德螺旋形状布置于所述壳体的表面，呈展开状态、闭合状态或半展开状态；
8.所述行星齿轮系传动机构安装在所述壳体的前端，驱动构成蛇身的所述每节仿生水蛇单元的壳体旋转；在所述壳体的前端还固定有用于驱动所述第一蛇鳞片动作的第一蛇鳞驱动机构，在所述壳体的后端固定有用于驱动所述第二蛇鳞片动作的第二蛇鳞驱动机构；
9.所述第一蛇鳞驱动机构包括若干组第一齿轮组和若干组第一双曲柄摇杆机构；在每一片所述第一蛇鳞片的旁边通过桁架固定有一组所述第一齿轮组和一组第一双曲柄摇杆机构；所述第二蛇鳞驱动机构包括若干组第二齿轮组和若干组第二双曲柄摇杆机构；在每一片所述第二蛇鳞片的旁边通过桁架固定有一组所述第二齿轮组和一组第二双曲柄摇杆机构；
10.设置在所述第一蛇鳞片旁边的所述第一齿轮组和第一双曲柄摇杆机构、设置在所述第二蛇鳞片旁边的所述第二齿轮组和第二双曲柄摇杆机构呈阿基米德螺旋形状布置于壳体内。
11.在本发明较佳实施例中，所述第一蛇鳞驱动机构还包括第一轴向驱动电机、第一螺杆、第一固定圆盘、若干根第一移动齿条；
12.所述第一轴向驱动电机通过支架固定在所述壳体内部，所述第一轴向驱动电机的
输出轴与所述第一螺杆固连，所述第一固定圆盘穿设在所述第一螺杆上；所述第一移动齿条与所述壳体内的中心轴平行，设置在所述第一蛇鳞片的旁边，与所述第一固定圆盘固连；
13.所述第一齿轮组与所述第一移动齿条啮合，同时，所述第一齿轮组与所述第一双曲柄摇杆机构中的两个曲柄轴连接，两个曲柄又与摇杆轴连接，摇杆的一端通过转轴与所述第一蛇鳞片的端部相连；
14.所述第一轴向驱动电机通过所述第一螺杆、第一固定圆盘带动所述第一移动齿条沿中心轴方向前后移动；所述第一移动齿条又通过第一齿轮组和第一双曲柄摇杆机构使所述第一蛇鳞片呈不同的开合度，同时使所述第一蛇鳞片绕转动轴在所述壳体表面摆动。
15.在本发明较佳实施例中，所述第二蛇鳞驱动机构还包括第二轴向驱动电机、第二螺杆、第二固定圆盘、若干根第二移动齿条；
16.所述第二轴向驱动电机通过之间固定在所述壳体内部，所述第二轴向驱动电机的输出轴与所述第二螺杆固连，所述第二固定圆盘穿设在所述第二螺杆上；所述第二移动齿条与所述壳体内的中心轴平行，设置在所述第二蛇鳞片的旁边，并与所述第二固定圆盘固连；
17.所述第二齿轮组与所述第二移动齿条啮合，同时，所述第二齿轮组又与所述第二双曲柄摇杆机构中的两个曲柄轴连接，两个曲柄又与摇杆轴连接，摇杆的一端通过转轴与所述第二蛇鳞片的端部相连；
18.所述第二轴向驱动电机通过所述第二螺杆、第二固定圆盘带动所述第二移动齿条沿中心轴方向前后移动；所述第二移动齿条又通过所述第二齿轮组和第二双曲柄摇杆机构使所述第二蛇鳞片呈不同的开合度，同时使所述第二蛇鳞片绕转动轴在所述壳体表面摆动。
19.在本发明较佳实施例中，所述十字正交驱动机构包括舵机和十字铰链，所述舵机通过支架固定在所述每节仿生水蛇单元的前端部，所述十字铰链固定在相邻的另一节所述仿生水蛇单元的后端部，所述十字铰链与所述舵机的输出轴相连，所述舵机通过十字铰链实现相邻的两节所述仿生水蛇单元的相对转动。
20.在本发明较佳实施例中，所述行星齿轮系传动机构包括转动电机、行星架、中心轮、行星轮和太阳轮；
21.所述转动电机的定子与设置在所述壳体内的中心轴固连，其转子输出轴与所述中心轮固连；所述行星架的一端与所述中心轴固连，另一端通过三个轴承与三个所述行星轮连接，所述太阳轮与所述壳体的外壳固连。
22.在本发明较佳实施例中，在所述十字正交驱动机构的外面套有柔性保护罩；
23.在仿生水蛇机器人的艏艉处各固连一艏艉保护罩，在所述艏艉保护罩内设有控制器和传感器。
24.本发明仿生水蛇机器人不仅可以在海洋、河流和湖泊中游动，还可实现浅滩登陆、陆地移动、海底复杂地形运动，满足在陆地、水中和气/液管道等多变介质环境和多变工况下开展侦察、探测、搜救等任务的需求。
附图说明
25.图1为本发明跨介质多运动模式仿生水蛇机器人整体结构示意图；
26.图2为本发明十字正交驱动机构局部放大结构示意图；
27.图3为本发明仿生水蛇单元结构示意图及第一蛇鳞片和第二蛇鳞片呈展开状态结构示意图；
28.图4为本发明壳体及行星齿轮系传动机构结构示意图；
29.图5为本发明仿生水蛇单元内部结构示意图；
30.图6为本发明第一蛇鳞驱动机构结构示意图；
31.图7为本发明第二蛇鳞驱动机构结构示意图；
32.图8为本发明第一蛇鳞片和第二蛇鳞片呈不同展开状态及交替摆动结构示意图；
33.图9为本发明第一蛇鳞片和第二蛇鳞片呈闭合状态结构示意图。
34.其中，1、仿生水蛇单元；2、十字正交驱动机构，21、舵机，22、十字铰链；3、壳体，31、外壳，311、安装孔，32、中心轴；4、第一蛇鳞片；5、第二蛇鳞片；6、行星齿轮系传动机构，61、转动电机，62、行星架，63、中心轮，64、行星轮，65、太阳轮；7、第一蛇鳞驱动机构；71、第一轴向驱动电机；72、第一螺杆，73、第一固定圆盘，74、第一移动齿条，75、第一齿轮组，76、第一双曲柄摇杆机构，77、桁架，78、转轴，79、转动轴；8、第二蛇鳞驱动机构；81、第二轴向驱动电机；82、第二螺杆，83、第二固定圆盘，84、第二移动齿条，85、第二齿轮组，86、第二双曲柄摇杆机构，87、桁架，88、转轴，89、转动轴；9、柔性保护罩；10、艏艉保护罩。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。
36.如图1-图5所示，本发明公开的跨介质多运动模式仿生水蛇机器人由若干节串联的仿生水蛇单元1构成，相邻的两节仿生水蛇单元之间通过十字正交驱动机构2相连，并以十字正交驱动机构2为驱动机构，驱动蛇身即仿生水蛇机器人摆动、弯曲。
37.每节仿生水蛇单元1包括壳体3、安装在壳体上的若干片第一蛇鳞片4、若干片第二蛇鳞片5、行星齿轮系传动机构6、第一蛇鳞驱动机构7和第二蛇鳞驱动机构8。
38.壳体3包括外壳31、两端端盖和设置在壳体内的中心轴32。在外壳31的表面开有若干个用于安装第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5的安装孔311，第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5通过转动轴安装在外壳31上，并以转动轴为轴摆动，第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5间隔地呈阿基米德螺旋形状布置于壳体3的表面。
39.行星齿轮系传动机构6安装在壳体3的前端，驱动构成蛇身的每节仿生水蛇单元的壳体3旋转；在壳体3的前端还固定有用于驱动第一蛇鳞片4动作的第一蛇鳞驱动机构7，在壳体的后端固定有用于驱动第二蛇鳞片5动作的第二蛇鳞驱动机构8。本发明通过第一蛇鳞驱动机构7和第二蛇鳞驱动机构8驱动第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5使其呈现不同的展开状态，以适应在不同介质中的运动。
40.所述行星齿轮系传动机构6包括转动电机61、行星架62、中心轮63、行星轮64和太阳轮65。转动电机61的定子与设置在壳体内的中心轴32固连，其转子输出轴与中心轮63固连。行星架62的一端与中心轴32固连，另一端通过三个轴承与三个行星轮64连接，太阳轮65与壳体3的外壳31固连。启动转动电机61，转动电机61通过行星齿轮系带动壳体3的外壳31
转动，进而带动壳体上的第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5一起转动，从而使仿生水蛇机器人在不同介质中运动。
41.构成本发明的第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5不仅可以随壳体转动，还可以根据在不同介质中运动的需要改变其开合度，使其呈展开状态、闭合状态，同时摆动、交替摆动等不同的运动模式。如图5、图6、图7所示，本发明在壳体3的前端、后端分别设置有用于驱动第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5动作的第一蛇鳞驱动机构7和第二蛇鳞驱动机构8。
42.第一蛇鳞驱动机构7包括第一轴向驱动电机71、第一螺杆72、第一固定圆盘73、若干根第一移动齿条74、若干组第一齿轮组75和若干组第一双曲柄摇杆机构76。
43.第一轴向驱动电机71通过支架固定在壳体3内部，第一轴向驱动电机71的输出轴与第一螺杆72固连，第一固定圆盘73穿设在第一螺杆72上。第一移动齿条74与壳体内的中心轴32平行，设置在第一蛇鳞片4的旁边，与第一固定圆盘73固连。第一轴向驱动电机71通过第一螺杆72驱动第一固定圆盘73沿中心轴32方向前后移动，第一固定圆盘73带动第一移动齿条74沿中心轴方向前后移动。
44.在每一片第一蛇鳞片4的旁边通过桁架77固定有一组第一齿轮组75和第一双曲柄摇杆机构76。第一齿轮组75包括两组齿轮，一组齿轮751与第一移动齿条74啮合；另一组齿轮752与齿轮组751啮合，并与第一双曲柄摇杆机构76中的两个曲柄761轴连接，两个曲柄761又与摇杆762轴连接，同时，摇杆762的一端通过转轴78与第一蛇鳞片4的端部相连。第一蛇鳞片4通过转动轴79安装在壳体3表面的安装孔311内。
45.第一轴向驱动电机71通过第一螺杆72、第一固定圆盘73带动第一移动齿条74沿中心轴方向前后移动；第一移动齿条74又通过第一齿轮组75和第一双曲柄摇杆机构76使第一蛇鳞片4呈不同的开合度，同时使第一蛇鳞片4绕转动轴79摆动。
46.同理，固定在壳体1后端的用于驱动第二蛇鳞片5动作的第二蛇鳞驱动机构8包括第二轴向驱动电机81、第二螺杆82、第二固定圆盘83、若干根第二移动齿条84、若干组第二齿轮组85和若干组第二双曲柄摇杆机构86。
47.第二轴向驱动电机81通过支架固定在壳体3内部，第二轴向驱动电机81的输出轴与第二螺杆82固连，第二固定圆盘83穿设在第二螺杆上。第二移动齿条84与壳体内的中心轴32平行，设置在第二蛇鳞片5的旁边，并与第二固定圆盘83固连。第二轴向驱动电机81通过第二螺杆82驱动第二固定圆盘83沿中心轴32方向前后移动，第二固有圆盘83带动第二移动齿条84沿中心轴方向前后移动。
48.在每一片第二蛇鳞片5的旁边通过桁架87固定有一组第二齿轮组85和第二双曲柄摇杆机构86。第二齿轮组85包括两组齿轮，一组齿轮851与第二移动齿条84啮合；另一组齿轮852与齿轮组851啮合，并与第二双曲柄摇杆机构86中的两个曲柄861轴连接，两个曲柄861又与摇杆862轴连接，同时，摇杆862的一端通过转轴88与第二蛇鳞片5的端部相连。第二蛇鳞片5又通过转动轴89安装在壳体3表面的安装孔311内。
49.第二轴向驱动电机81通过第二螺杆82、第二固定圆盘83带动第二移动齿条84沿中心轴方向前后移动；第二移动齿条84又通过第二齿轮组85和第二双曲柄摇杆机构86使第二蛇鳞片5呈不同的开合度，同时使第二蛇鳞片5绕转动轴89摆动。
50.本发明在每片第一蛇鳞片4的旁边通过桁架77固定有一组第一齿轮组75和第一双曲柄摇杆机构76，在每片第二蛇鳞片5的旁边通过桁架87固定有一组第二齿轮组85和第二
双曲柄摇杆机构86，由于第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5间隔地呈阿基米德螺旋形状布置于壳体3的表面，所以，第一齿轮组75和第一双曲柄摇杆机构76、第二齿轮组85和第二双曲柄摇杆机构86也呈阿基米德螺旋形状布置于壳体3内。
51.构成本发明的每节仿生水蛇单元内均安装有驱动机构，不仅可以驱动构成蛇身的壳体3转动，还可以驱动第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5呈阿基米德螺旋形状组合体绕蛇身的躯干呈展开、闭合状态，以及绕各自的转动轴相对壳体的外壳摆动或交替摆动，以适应不同介质环境和不同工况下对机器人运动状态的需求；同时，由于构成本发明的第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5呈阿基米德螺旋形状组合体绕蛇身布置，在驱动机构暂停驱动时，利用阿基米德螺旋泵原理，靠液体管道内的水流对阿基米德螺旋形状的鳞片组合体的作用力，驱动仿生水蛇机器人沿与液体流速相反的方向被动运动。
52.如图1、图3所示，当第一蛇鳞驱动机构7驱动若干第一蛇鳞片4绕转动轴79、第二蛇鳞驱动机构8驱动第二蛇鳞片5绕转动轴89相对壳体3的外壳31摆动至与外壳垂直位置时，形成若干第一蛇鳞片4和若干第二蛇鳞片5呈基于阿基米德螺旋形状的展开形态；如图9所示，当第一蛇鳞驱动机构驱动若干第一蛇鳞片4、第二蛇鳞驱动机构驱动第二蛇鳞片5分别绕它们的转动轴79、89相对壳体外壳转动至与外壳平行位置时，形成若干第一蛇鳞片4和若干第二蛇鳞片5的闭合形态。当本发明在流体、陆地、海底或浅滩运动时，可以根据需要选择其呈展开状态或闭合状态。
53.如图1、图3所示，当第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5呈展开形态，在驱动机构的作用下，随外壳绕蛇身躯干(中心轴)转动，为本发明仿生水蛇机器人的第一种运动模式。这种运动模式的优点是仿生水蛇机器人在液态介质中通过液体对鳞片的反作用力，推动仿生水蛇机器人朝期望位姿运动。
54.如图8所示，第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5呈不同的开合角度，在驱动机构的作用下，分别绕各自的转动轴交替摆动，为本发明仿生水蛇机器人的第二种运动模式。这种运动模式的优点是仿生水蛇机器人在与固态介质接触时，通过介质对鳞片的静摩擦力，实现所述仿生水蛇机器人在相应环境中爬行，适于浅滩登陆、海底复杂地形运动。
55.如图3所示，第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5呈展开形态，但此时仿生水蛇机器人的驱动机构暂停驱动，而是利用阿基米德螺旋泵原理，靠液体管道内的水流对呈阿基米德螺旋状的第一蛇鳞片和第二蛇鳞片的作用力，驱动仿生水蛇机器人沿与液体流速相反的方向被动运动，为本发明仿生水蛇机器人的第三种运动模式。这种运动模式的优点是：在有液体流动的管道内工作时，除十字正交驱动机构用于调整仿生水蛇机器人的姿态需要驱动外，其他驱动机构均不需作用，而主要依靠液体流动对呈阿基米德螺旋状的第一、第二蛇鳞片的作用力来驱动仿生水蛇机器人在该环境下逆流而上运动，该运动模式节能，在很小的驱动力下便可以实现仿生水蛇机器人逆流而上运动，适于流动液体的管道内被动运动。
56.总之，当仿生水蛇机器人跨介质运动时，仿生水蛇单元根据需要选择不同的运动模式；根据流体动力学、期望位姿、期望速度和效率最大化等条件，合理安排每节仿生水蛇单元第一蛇鳞片和第二蛇鳞片选用展开状态、闭合状态或半开合状态。
57.当仿生水蛇机器人进入气/液管道后，可根据具体工况，合理安排每节仿生水蛇单元选用第一种运动模式、第二种运动模式或第三种运动模式。
58.如图2、图3所示，相邻的两节仿生水蛇单元1之间通过十字正交驱动机构2相连。十
字正交驱动机构2包括舵机21和十字铰链22，舵机21通过支架固定在每节仿生水蛇单元1的前端部，十字铰链22固定在相邻的另一节仿生水蛇单元1的后端部，十字铰链22与舵机21的输出轴相连，舵机21通过十字铰链22实现相邻的两节仿生水蛇单元1的相对转动，使整个蛇身实现弯曲、扭转。
59.如图1所示，为了防止泥沙进入十字正交驱动机构2内，阻碍蛇身的灵活扭动，本发明在相邻的两节伤生水蛇单元1连接处十字正交驱动机构2的外面套有柔性保护罩9。
60.在蛇身的艏艉处各固连一艏艉保护罩10，在艏艉保护罩内设有控制器和声纳、雷达等传感器。设置在艏艉保护罩内的传感器主要作用是辅助仿生水蛇机器人朝着期望位置运动。传感器在探测前方是否有障碍物的同时，能够实现测距的功能，实时将数据传输至控制器(即中央处理器)，控制器利用力/位混合闭环控制方法，合理安排仿生水蛇机器人上的每一节仿生水蛇单元采用不同状态以及不同运动模式，并控制驱动机构驱动仿生水蛇机器人不断修正行走路线，朝着期望位置运动。
61.目前，各种机器人、仿生机器人的种类繁多，其控制方法已比较成熟，特别是力/位混合闭环控制方法对于本领域技术人员来说已是一种成熟技术，故本发明对此不再赘述。
62.如图3、图8、图9所示，构成本发明的第一蛇鳞片4和第二蛇鳞片5的大小、形状可以相同也可以不同。
63.本发明的优点：
64.1、具备跨介质和多种运动模式能力。
65.本发明通过仿生蛇鳞片，将阿基米德螺旋桨碎片化为第一蛇鳞片和第二蛇鳞片，并呈阿基米德螺旋状交叉布设在蛇身外壳上，使得本发明仿生水蛇机器人在保留阿基米德螺旋桨特性的同时，还具有多种运动模式，可以根据不同介质环境、不同工况，选择相适应的运动模式，以及第一蛇鳞片和第二蛇鳞片的形态，不仅可以实现在海洋、河流和湖泊中游动，还可实现浅滩登陆、陆地移动、海底复杂地形运动，满足在陆地、水中和气/液管道等多变介质环境和多变工况下开展侦察、探测、搜救等任务的需求。
66.2、具备在流动液体管道内被动运动能力。
67.仿生水蛇机器人利用流动液体对阿基米德螺旋形状组合体的驱动原理，实现能够逆流而上的被动运动的第三运动模式，所需驱动力极小，弥补机器人在该类环境中无法正常开展工作的空白。
68.3、驱动方式相对简单。
69.本发明驱动壳体转动的行星齿轮系机构和驱动第一蛇鳞片、第二蛇鳞片动作的驱动机构均为传统的、工作可靠性高的齿轮、曲柄摇杆机构，结构相对简单，技术成熟、制造成本低。
70.最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种跨介质多运动模式仿生水蛇机器人，其特征在于：它由若干节串联的仿生水蛇单元构成，相邻的两节所述仿生水蛇单元之间通过十字正交驱动机构相连，并通过所述十字正交驱动机构驱动蛇身扭动、弯曲；所述每节仿生水蛇单元包括壳体、安装在壳体上的若干片第一蛇鳞片、若干片第二蛇鳞片、行星齿轮系传动机构、第一蛇鳞驱动机构和第二蛇鳞驱动机构；所述壳体包括外壳、两端端盖和设置在壳体内的中心轴；在所述外壳的表面开有若干个用于安装所述第一蛇鳞片和第二蛇鳞片的安装孔，所述第一蛇鳞片和第二蛇鳞片通过转动轴安装在所述外壳上，并以所述转动轴为轴摆动；所述第一蛇鳞片和第二蛇鳞片间隔地呈阿基米德螺旋形状布置于所述壳体的表面，呈展开状态、闭合状态或半展开状态；所述行星齿轮系传动机构安装在所述壳体的前端，驱动构成蛇身的所述每节仿生水蛇单元的壳体旋转；在所述壳体的前端还固定有用于驱动所述第一蛇鳞片动作的第一蛇鳞驱动机构，在所述壳体的后端固定有用于驱动所述第二蛇鳞片动作的第二蛇鳞驱动机构；所述第一蛇鳞驱动机构包括若干组第一齿轮组和若干组第一双曲柄摇杆机构；在每一片所述第一蛇鳞片的旁边通过桁架固定有一组所述第一齿轮组和一组第一双曲柄摇杆机构；所述第二蛇鳞驱动机构包括若干组第二齿轮组和若干组第二双曲柄摇杆机构；在每一片所述第二蛇鳞片的旁边通过桁架固定有一组所述第二齿轮组和一组第二双曲柄摇杆机构；设置在所述第一蛇鳞片旁边的所述第一齿轮组和第一双曲柄摇杆机构、设置在所述第二蛇鳞片旁边的所述第二齿轮组和第二双曲柄摇杆机构呈阿基米德螺旋形状布置于壳体内。2.根据权利要求1所述的跨介质多运动模式仿生水蛇机器人，其特征在于：所述第一蛇鳞驱动机构还包括第一轴向驱动电机、第一螺杆、第一固定圆盘、若干根第一移动齿条；所述第一轴向驱动电机通过支架固定在所述壳体内部，所述第一轴向驱动电机的输出轴与所述第一螺杆固连，所述第一固定圆盘穿设在所述第一螺杆上；所述第一移动齿条与所述壳体内的中心轴平行，设置在所述第一蛇鳞片的旁边，与所述第一固定圆盘固连；所述第一齿轮组与所述第一移动齿条啮合，同时，所述第一齿轮组与所述第一双曲柄摇杆机构中的两个曲柄轴连接，两个曲柄又与摇杆轴连接，摇杆的一端通过转轴与所述第一蛇鳞片的端部相连；所述第一轴向驱动电机通过所述第一螺杆、第一固定圆盘带动所述第一移动齿条沿中心轴方向前后移动；所述第一移动齿条又通过第一齿轮组和第一双曲柄摇杆机构使所述第一蛇鳞片呈不同的开合度，同时使所述第一蛇鳞片绕转动轴在所述壳体表面摆动。3.根据权利要求2所述的跨介质多运动模式仿生水蛇机器人，其特征在于：所述第二蛇鳞驱动机构还包括第二轴向驱动电机、第二螺杆、第二固定圆盘、若干根第二移动齿条；所述第二轴向驱动电机通过之间固定在所述壳体内部，所述第二轴向驱动电机的输出轴与所述第二螺杆固连，所述第二固定圆盘穿设在所述第二螺杆上；所述第二移动齿条与所述壳体内的中心轴平行，设置在所述第二蛇鳞片的旁边，并与所述第二固定圆盘固连；所述第二齿轮组与所述第二移动齿条啮合，同时，所述第二齿轮组又与所述第二双曲柄摇杆机构中的两个曲柄轴连接，两个曲柄又与摇杆轴连接，摇杆的一端通过转轴与所述
第二蛇鳞片的端部相连；所述第二轴向驱动电机通过所述第二螺杆、第二固定圆盘带动所述第二移动齿条沿中心轴方向前后移动；所述第二移动齿条又通过所述第二齿轮组和第二双曲柄摇杆机构使所述第二蛇鳞片呈不同的开合度，同时使所述第二蛇鳞片绕转动轴在所述壳体表面摆动。4.根据权利要求3所述的跨介质多运动模式仿生水蛇机器人，其特征在于：所述十字正交驱动机构包括舵机和十字铰链，所述舵机通过支架固定在所述每节仿生水蛇单元的前端部，所述十字铰链固定在相邻的另一节所述仿生水蛇单元的后端部，所述十字铰链与所述舵机的输出轴相连，所述舵机通过十字铰链实现相邻的两节所述仿生水蛇单元的相对转动。5.根据权利要求4所述的跨介质多运动模式仿生水蛇机器人，其特征在于：所述行星齿轮系传动机构包括转动电机、行星架、中心轮、行星轮和太阳轮；所述转动电机的定子与设置在所述壳体内的中心轴固连，其转子输出轴与所述中心轮固连；所述行星架的一端与所述中心轴固连，另一端通过三个轴承与三个所述行星轮连接，所述太阳轮与所述壳体的外壳固连。6.根据权利要求5所述的跨介质多运动模式仿生水蛇机器人，其特征在于：在所述十字正交驱动机构的外面套有柔性保护罩；在仿生水蛇机器人的艏艉处各固连一艏艉保护罩，在所述艏艉保护罩内设有控制器和传感器。

技术总结
本发明公开了一种跨介质多运动模式仿生水蛇机器人，它由若干节仿生水蛇单元通过十字正交驱动机构串联而成。在每节仿生水蛇单元的外壳上通过转动轴安装有若干片第一蛇鳞片和第二蛇鳞片，第一、第二蛇鳞片间隔地呈阿基米德螺旋形状布置在壳体上，壳体内设有驱动外壳、第一蛇鳞片和第二蛇鳞片变形和动作的驱动机构。本发明通过模块化设计和鳞片的变形设计，实现仿生水蛇机器人的不同形态和运动模式，达到跨介质多运动模式的目的，不仅可以在海洋、河流和湖泊中游动，还可实现浅滩登陆、陆地移动、海底复杂地形运动，满足在陆地、水中和气/液管道等多变介质环境和多变工况下开展侦察、探测、搜救等任务的需求。搜救等任务的需求。搜救等任务的需求。


技术研发人员：兰晓娟 霍东帅 王旋
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/4/18