本发明涉及水下探测，具体为一种用于水下探测的多模块航行器。
背景技术：
1、海洋面积约占地球总面积的70％，蕴含着丰富的资源。随着陆地资源的不断消耗，世界各国将目光聚集到海洋。随着“雪龙探极”、“蛟龙探海”等重大工程的提出，标志着我国也越来越重视水下资源的探测、开发及利用。世界各国的科研机构和企业已经推出了各种用于水下探测的遥控无人潜水器(rov)、自主水下航行器(auv)和滑翔机(glider)等水下机器人，可以搭载温盐深传感器、多普勒计程仪、机械手等设备，完成水下探测、采样和科考等任务。但是，目前用于探测的水下航行器功能较为单一，而且可搭载多种传感设备的水下航行器普遍体积较大，无法满足多种探测任务的需求。
2、国内外研究机构提出了一些用于水下探测航行器的设计方案，中国专利cn114572371a提出了一种基于仿生学的仿蛙式水下探测机器人，通过模仿蛙的外形构造，分别进行仿生机构设计，机器人可以完成游动、转向、浮沉等运动，还配有模仿蛙眼的电子眼，使机器人能够进行水下探测作业。
3、中国专利cn112091988b提出了一种软体仿生水下探测机器人，采用基于形状记忆合金和电机混合驱动的摆动机构的机械臂，运动基体连接处采用球型液动肌肉关节结构，通过关节变形带动其摆动运动，具有较强的越障能力。探测机构集成了超声波检测、红外相机等传感器，在水下自然环境下具备很高的环境适应性和工作能力。
4、中国专利cn115535197a提出了一种多传感高拓展性的四驱动水下探测机器人，水下机器人通过安装在机器人舱体内的控制系统，可自主巡线，灵活性大、线性响应迅速，由于具有auv无缆特征，可以支持机器人水下的任意角度转向、定点悬停，另外，水下机器人通过摄像头以及图像处理算法分析，可以进行自主巡航检测及对象打卡探测。
5、中国专利cn110435859a，提出了一种用于深海探测的多关节潜器，具有机动性好、转弯半径小等特点，通过两个关节的协调而非尾舵控制实现转向及姿态调整。
6、现有水下探测航行器存在以下不足：
7、(1)、单刚体航行器的灵活性和机动性不足，不适用于小范围、小转弯半径区域的探测采样；
8、(2)、仿生类机器人普遍负载较小，可搭载的传感器类型有限，而且运动控制系统复杂；
9、(3)、深海潜器整体较大，结构复杂，关节驱动存在运动耦合，控制难度大。
10、目前，用于水下探测的机器人多集中于小型航行器，负载能力较低，可搭载多种传感设备种类较少，功能单一，因此，针对上述问题提出一种用于水下探测的多模块航行器，航行器可以实现自主定位巡航，并可以搭载多种传感设备，随时更换不同的舱段实现模块化探测，具备多种探测能力。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种用于水下探测的多模块航行器，包括头部舱段、两个安装法兰、两个关节结构、中间密封舱和尾部舱段，所述头部舱段的光学舱与头部湿舱可替换安装在传感器安装架前端，所述头部光学舱或头部湿舱后端通过螺钉与传感器安装架连接，所述传感器安装架后端通过螺钉与头部密封舱连接，所述头部光学舱或头部湿舱、传感器安装架与头部密封舱组成头部舱段，所述头部舱段后端通过安装法兰与关节结构连接，所述尾部密封舱后端通过转接法兰与尾部湿舱连接，所述尾部密封舱与尾部湿舱组成尾部舱段，所述尾部舱段前端通过安装法兰与关节结构连接，两个关节结构分别与中间密封舱的两端连接。
2、优选的，所述头部光学舱包括半球罩、压片，所述压片置于半球罩上，压片与半球罩通过螺钉与端盖一连接，所述端盖一通过密封圈与光学舱外壳一端密封连接，所述光学舱外壳的另一端通过密封圈与端盖二密封连接，所述光学舱外壳的形状为圆筒状，所述光学舱外壳内部倾斜设置有相机安装座，所述相机安装座上设置有云台相机。
3、优选的，所述头部湿舱包括导流舱外壳，所述导流舱外壳前端为椭球形，后端为圆柱形，所述浮力材料二前端为椭球形，后端为圆柱形，其外形与导流舱外壳内部贴合，所述导流舱外壳内部中间位置开设有安装传感器的通孔，所述传感器包括但不限于浊度传感器、ph值传感器、氯离子传感器、导电率传感器，所述传感器后端设置在传感器支架上，所述传感器支架后端为内凹结构，所述传感器支架后端通过螺钉与连接法兰连接。
4、优选的，所述传感器安装架包括圆筒形安装架，所述圆筒形安装架上方通过螺钉与连接架连接，所述连接架上方以卡扣的形式分别固定有补光手电和超声传感器，所述圆筒形安装架内部两侧和底部均分别设置有超声传感器安装座，所述超声传感器安装座上安装有超声传感器，所述圆筒形安装架内部上下端两侧以一定角度分别设置有温度传感器安装座一，四个所述温度传感器安装座一上均分别设置有温度传感器一，相邻的温度传感器安装座一与超声传感器安装座之间的夹角为45°。
5、优选的，所述的头部密封舱包括密封舱外壳，所述密封舱外壳为圆筒形，所述密封舱外壳的两端分别通过密封圈与端盖三和端盖四密封连接，所述密封舱外壳内部底端与电池安装架底端的圆弧面贴合固定，所述电池安装架上设置有电池，所述电池的导线通过穿线螺丝与其他舱体连接，所述穿线螺丝设置在端盖四上，其位置按照一定的需求排布。
6、优选的，所述安装法兰包括圆筒形法兰架，所述圆筒形法兰架内部上下左右四个位置分别设置有温度传感器安装座二，相邻的两个温度传感器安装座二之间的夹角为90°，每个温度传感器安装座二上均设置有温度传感器二。
7、优选的，所述关节结构包括两个底盘、一个十字轴，两个底盘上均开设有用于穿线螺丝的走线的孔位，两个所述底盘上方两侧分别设置有支撑轴承座，所述支撑轴承座通过底盘侧盖压紧固定在底盘上，四个所述支撑轴承座内均设置有轴承，所述轴承对应位置的支撑轴承座外侧设置有限位端盖，用于限定十字轴的转动范围，所述十字轴由中心块和四个短轴构成，四个短轴分别设置在四个轴承内，相邻的两个短轴上分别设置有锥齿轮二、锥齿轮四，两个所述底盘上分别设置有驱动舵机一、驱动舵机二，所述驱动舵机一、驱动舵机二构成驱动舵机组，所述驱动舵机一、驱动舵机二的输出端分别与锥齿轮一和锥齿轮三连接，所述锥齿轮一、锥齿轮二、锥齿轮三和锥齿轮四构成锥齿轮组，所述锥齿轮一与锥齿轮二啮合，所述锥齿轮三与锥齿轮四啮合。
8、优选的，所述的中间密封舱包括密封舱体一，所述密封舱体一为圆柱形结构，所述密封舱体一的两端分别通过端盖五密封，所述端盖五上开设有穿线螺丝走线的孔位，所述密封舱体一内部设置有电池组支架，所述电池组支架上设置有电池组。
9、优选的，所述尾部密封舱包括密封舱体二，所述密封舱体二为圆柱形结构，所述密封舱体二的两端通过端盖六密封，所述密封舱体二内部设置有电控安装架，所述电控安装架用于固定安装航行器的电控系统。
10、优选的，所述尾部湿舱包括转接法兰、湿舱外壳，所述转接法兰与端盖六连接，所述端盖六通过螺纹与穿线螺丝和深度计连接，所述转接法兰的后端通过天线安装座、尾翼安装架以及dvl安装架与连接圆盘连接，所述天线安装座上设置有天线支撑座，所述天线支撑座上固定有天线组，所述天线支撑座通过螺钉与天线罩连接，所述尾翼安装架上分别设置有四片尾翼，所述dvl安装架上设置有dvl，所述转接法兰与连接圆盘之间形成的空腔内填充有浮力材料一，所述连接圆盘后端固定有推进器支架，所述推进器支架上设置有推进器，所述推进器设置在前半部分为圆柱形，后半部分为椭球形的湿舱外壳内，所述湿舱外壳外壁开有透水孔，以保证推进器的正常工作。
11、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
12、1、本发明的航行器采用多刚体结构，关节运动灵活，具有良好的机动性能，可以在小范围内实现转弯巡航探测。
13、2、本发明的航行器采用多传感器模块化的形式，头部光学舱与头部湿舱可替换安装在传感器安装架前端，方便执行不同的水下作业任务。
14、3、本发明的航行器头部舱段和中间密封舱都配有电池舱，可以保证续航能力，当一个舱段的电池发生故障时，可以快速启用另一个舱段的电池，也避免了因电池故障导致航行器丢失。
15、4、本发明的航行器的关节结构采用独立的舵机控制，每个舵机单独控制关节的一个自由度，避免运动耦合。
16、5、本发明的航行器的关节结构上设有限位端盖，能够进行机械限位，避免在大转角等极限条件下关节发生脱齿的情况。
17、6、本发明的航行器连接架上的补光手电采用独立供电，方便更换电池，而且不消耗航行器的电量，可以保证航行器的作业时间。
1.一种用于水下探测的多模块航行器，包括头部光学舱(1)、头部湿舱(9)、传感器安装架(2)、头部密封舱(3)、两个安装法兰(4)、两个关节结构(5)、中间密封舱(6)、尾部密封舱(7)和尾部湿舱(8)，其特征在于：所述头部光学舱(1)与头部湿舱(9)可替换安装在传感器安装架(2)前端，所述头部光学舱(1)或头部湿舱(9)后端通过螺钉与传感器安装架(2)连接，所述传感器安装架(2)后端通过螺钉与头部密封舱(3)连接，所述头部光学舱(1)或头部湿舱(9)、传感器安装架(2)与头部密封舱(3)组成头部舱段，所述头部舱段后端通过安装法兰(4)与关节结构(5)连接，所述尾部密封舱(7)后端通过转接法兰(81)与尾部湿舱(8)连接，所述尾部密封舱(7)与尾部湿舱(8)组成尾部舱段，所述尾部舱段前端通过安装法兰(4)与关节结构(5)连接，两个关节结构(5)分别与中间密封舱(6)的两端连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于水下探测的多模块航行器，其特征在于：所述头部光学舱(1)包括半球罩(11)、压片(12)，所述压片(12)压在半球罩(11)上，压片(12)和半球罩(11)通过螺钉与端盖一(13)连接，所述端盖一(13)通过密封圈与光学舱外壳(14)一端密封连接，所述光学舱外壳(14)的另一端通过密封圈与端盖二(15)密封连接，所述光学舱外壳(14)的形状为圆筒状，所述光学舱外壳(14)内部倾斜设置有相机安装座(16)，所述相机安装座(16)上设置有云台相机(17)。
3.根据权利要求1所述的一种用于水下探测的多模块航行器，其特征在于：所述头部湿舱(9)包括导流舱外壳(91)，所述导流舱外壳(91)前端为椭球形，后端为圆柱形，所述浮力材料二(92)前端为椭球形，后端为圆柱形，其外形与导流舱外壳(91)内部贴合，所述导流舱外壳(91)内部中间位置开设有安装传感器(93)的通孔，所述传感器(93)包括但不限于浊度传感器、ph值传感器、氯离子传感器、导电率传感器，所述传感器(93)后端设置在传感器支架(94)上，所述传感器支架(94)后端为内凹结构，所述传感器支架(94)后端通过螺钉与连接法兰(95)连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于水下探测的多模块航行器，其特征在于：所述传感器安装架(2)包括圆筒形安装架(21)，所述圆筒形安装架(21)上方通过螺钉与连接架(22)连接，所述连接架(22)上方以卡扣的形式分别固定有补光手电(23)和超声传感器(24)，所述圆筒形安装架(21)内部两侧和底部均分别设置有超声传感器安装座(25)，所述超声传感器安装座(25)上安装有超声传感器(24)，所述圆筒形安装架(21)内部上下端两侧以一定角度分别设置有四个温度传感器安装座一(26)，四个所述温度传感器安装座一(26)上均分别安装有温度传感器一(27)，相邻的温度传感器安装座一(26)与超声传感器安装座(25)之间的夹角为45°。
5.根据权利要求1所述的一种用于水下探测的多模块航行器，其特征在于：所述的头部密封舱(3)包括密封舱外壳(32)，所述密封舱外壳(32)为圆筒形，所述密封舱外壳(32)的两端分别通过密封圈与端盖三(31)和端盖四(33)密封连接，所述密封舱外壳(32)内部底端与电池安装架(36)底端的圆弧面贴合固定，所述电池安装架(36)上设置有电池(35)，所述电池(35)的导线通过穿线螺丝(34)与其他舱体连接，所述穿线螺丝(34)设置在端盖四(33)上，其位置按照一定的需求排布。
6.根据权利要求1所述的一种用于水下探测的多模块航行器，其特征在于：所述安装法兰(4)包括圆筒形法兰架(41)，所述圆筒形法兰架(41)内部上下左右四个位置分别设置有温度传感器安装座二(42)，相邻的两个温度传感器安装座二(42)之间的夹角为90°，每个温度传感器安装座二(42)上均设置有温度传感器二(43)。
7.根据权利要求1所述的一种用于水下探测的多模块航行器，其特征在于：所述关节结构(5)包括两个底盘(51)、一个十字轴(56)，两个底盘(51)上均开设有用于穿线螺丝走线的孔位，两个所述底盘(51)上方两侧分别设置有支撑轴承座(53)，所述支撑轴承座(53)通过底盘侧盖(52)压紧固定在底盘(51)上，四个所述支撑轴承座(53)内均设置有轴承(55)，所述轴承(55)对应位置的支撑轴承座(53)外侧设置有限位端盖(54)，用于限定十字轴(56)的转动范围，所述十字轴(56)由中心块和四个短轴构成，四个短轴分别设置在四个轴承(55)内，相邻的两个短轴上分别设置有锥齿轮二(572)、锥齿轮四(574)，两个所述底盘(51)上分别设置有驱动舵机一(581)、驱动舵机二(582)，所述驱动舵机一(581)、驱动舵机二(582)构成驱动舵机组(58)，所述驱动舵机一(581)、驱动舵机二(582)的输出端分别与锥齿轮一(571)和锥齿轮三(573)连接，所述锥齿轮一(571)、锥齿轮二(572)、锥齿轮三(573)和锥齿轮四(574)构成锥齿轮组(57)，所述锥齿轮一(571)与锥齿轮二(572)啮合，所述锥齿轮三(573)与锥齿轮四(574)啮合。
8.根据权利要求1所述的一种用于水下探测的多模块航行器，其特征在于：所述的中间密封舱(6)包括密封舱体一(61)，所述密封舱体一(61)为圆柱形结构，所述密封舱体一(61)的两端分别通过端盖五(64)密封，所述端盖五(64)上开设有穿线螺丝走线的孔位，所述密封舱体一(61)内部设置有电池组支架(63)，所述电池组支架(63)上设置有电池组(62)。
9.根据权利要求1所述的一种用于水下探测的多模块航行器，其特征在于：所述尾部密封舱(7)包括密封舱体二(73)，所述密封舱体二(73)为圆柱形结构，所述密封舱体二(73)的两端通过端盖六(71)密封，所述密封舱体二(73)内部设置有电控安装架(72)，所述电控安装架(72)用于固定安装航行器的电控系统(74)。
10.根据权利要求1所述的一种用于水下探测的多模块航行器，其特征在于：所述尾部湿舱(8)包括转接法兰(81)、湿舱外壳(810)，所述转接法兰(81)与端盖六(71)连接，所述端盖六(71)通过螺纹与穿线螺丝(816)和深度计(815)连接，所述转接法兰(81)的后端通过天线安装座(85)、尾翼安装架(812)以及dvl安装架(814)与连接圆盘(87)连接，所述天线安装座(85)上设置有天线支撑座(82)，所述天线支撑座(82)上固定有天线组(83)，所述天线支撑座(82)通过螺钉与天线罩(84)连接，所述尾翼安装架(812)上分别设置有四片尾翼(811)，所述dvl安装架(814)上设置有dvl(813)，所述转接法兰(81)与连接圆盘(87)之间形成的空腔内填充有浮力材料一(86)，所述连接圆盘(87)后端固定有推进器支架(89)，所述推进器支架(89)上设置有推进器(88)，所述推进器(88)设置在前半部分为圆柱形，后半部分为椭球形的湿舱外壳(810)内，所述湿舱外壳(810)外壁开有透水孔，以保证推进器(88)的正常工作。
