本發明涉及水下機器人技術，具體是一種仿泥鰍的水下淤泥探測機器人。
背景技術：
隨著仿生技術的不斷改善，仿生機器人已經廣泛應用到世界各個領域，為了提高機器人的性能，研究學者們利用傳感器、微型計算機、無線控制技術對機器人進行協助操作。仿生學作為生物學與機械工程學有機結合的一門新興科學，為未來機器人的發展與方向提供了新的思路。仿生機器人主要關鍵技術還是在于實現機電系統的微型化和集成化。隨著科學技術的完善，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代機器人技術發展的主流。泥鰍是一種特殊的鰍類，身體細且長，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計思路。基于泥鰍特性的水下淤泥探測機器人設計對于養殖業具有重要的意義，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，水下環境被破壞，日積月累，會嚴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。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種仿泥鰍的水下淤泥探測機器人。這種機器人結構簡單、機動性好、成本低、噪聲小、水波震動幅度小、作業時間長、效率高、測量準確、自動化智能程度高。實現本發明的目的技術方案是：一種仿泥鰍的水下淤泥探測機器人，包括拱泥頭部分、轉向關節部分、軀干部分和尾鰭部分，所述轉向關節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，轉向關節部分后端的萬向節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、萬向聯軸器、凸輪、緩沖彈簧和復位彈簧，萬向聯軸器設置在拱泥頭外殼內腔中，萬向聯軸器后端通過緩沖彈簧與拱泥頭外殼后端連接，萬向聯軸器前端連接凸輪，凸輪與設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，凸輪作用在萬向聯軸器的活動端上，凸輪通過復位彈簧與拱泥頭外殼內壁連接，第一對電磁鐵設置在拱泥頭外殼內腔的后部。所述的轉向關節部分包括滾動球鉸鏈、圓柱副及萬向節鉸鏈，萬向節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，曲柄設置在曲柄齒輪上，第二步進電機、曲柄齒輪和曲柄設置在軀干外殼內腔，第二對電磁鐵設置在軀干外殼內腔的前部。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置在軀干外殼的一側，溫度傳感器和pH值傳感器設置在軀干外殼的另一側，單片機設置在軀干外殼的內腔中。所述的萬向聯軸器通過墊塊支撐。這種從模仿生物原型角度出發而設計的機器人結構簡單、體積小、機動性好、成本低、噪聲小、水波震動幅度小、作業時間長、效率高、測量準確、自動化智能程度高。附圖說明圖1為實施例的結構示意圖。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合附圖和實施例對本發明的內容作進一步的闡述，但不是對本發明的限制。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、轉向關節部分、軀干部分和尾鰭部分，所述轉向關節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，轉向關節部分后端的萬向節鉸鏈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、萬向聯軸器11、凸輪13、緩沖彈簧10和復位彈簧16，萬向聯軸器11設置在拱泥頭外殼15內腔中，萬向聯軸器11后端通過緩沖彈簧10與拱泥頭外殼15后端連接，萬向聯軸器11前端連接凸輪13，凸輪13與設置在拱泥頭外殼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作用在萬向聯軸器11的活動端上，凸輪13通過復位彈簧16與拱泥頭外殼15內壁連接，第一對電磁鐵9設置在拱泥頭外殼15內腔的后部。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轉動，凸輪13作用在萬向聯軸器11活動端上，作用在萬向聯軸器11上的凸輪13的直徑由小變大時，萬向聯軸器11活動端向下運動，由軸帶動錐形拱泥頭14向下運動，此時復位彈簧16被壓縮，隨著時間變化，當作用在萬向聯軸器11上的凸輪13的直徑由大變小時，被壓縮的復位彈簧16將萬向聯軸器11活動端頂上，錐形拱泥頭14向上運動，起到復位的作用。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。所述的萬向聯軸器11通過墊塊17支撐。所述的轉向關節部分包括滾動球鉸鏈8、圓柱副7及萬向節鉸鏈6，萬向節鉸鏈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。所述轉向關節部分通過圓柱副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，當給拱泥頭外殼15內腔中后端的第一對電磁鐵9和軀干外殼18內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的空間位置發生了前移。通過調節圓柱副7的三個連桿長度的變化，實現了拱泥頭部分向前運動的目的。當需要收縮圓柱副7時，只需要改變拱泥頭外殼15內腔中后端的電磁鐵9或軀干外殼18內腔中的電磁鐵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設置在軀干外殼18內腔，第二對電磁鐵5設置在軀干外殼18內腔的前部。所述軀干部分是利用步進電機作為動力源驅動尾部進行擺動，從而驅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設置在軀干外殼18的一側，溫度傳感器24和pH值傳感器20設置在軀干外殼18的另一側，單片機25設置在軀干外殼18的內腔中。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，使波紋管發生彈性變形。將變形的信號經單片機25傳輸到地面接收設備，通過變形量的大小與深度成正比的關系，通過輸出的電壓和電阻的變化量成線性關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變化關系求出介電系數值，經過數模轉換器、單片機25處理，將水含量顯示到地面接收設備相應程序上。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量足夠多時，光源發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，在傳感器內部有一個pH值放大器，通過探針與數據采集儀連接，測量淤泥中水分的pH值，將收集到的信號經過放大后，通過數模信號的轉換，最后顯示到地面接收設備相應軟件上。當測量水質是pH=7的中性溶液時，傳感器會產生一個電壓值（一般為1.75V），每當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換為電壓脈沖的一種裝置，利用溫度改變電阻的電導率，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到地面接收設備。