CN101314404A - 子母式仿生机器鱼系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种子母式仿生机器鱼系统，涉及仿生机器人技术，由母机器鱼(简称母机)和子机器鱼(简称子机)组成。母机体积较大，运动和续航能力强，装有一个可以开启和关闭的运载舱，能够装载一台或者多台子机；子机体积较小，机动灵活，且不同子机的功能、体积也可能不相同，由母机运载到目的地后，与母机脱离，在母机的带领下执行任务或独立执行任务。母机与各子机可以通过彼此间通讯，完成子机出舱、进舱等协调行为。本发明能够根据环境、任务的不同，提供适应不同环境需求的多水下机器人作业平台，可以充分发挥每个个体的特点，有利于提高效率、拓宽系统的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及仿生机器人技术领域，特别是一种子母式仿生机器鱼系统。
背景技术
20世纪90年代以前对于鱼类仿生学的研究主要集中于理论方面，随着鱼类推进机理研究的深入和机器人技术的发展，1994年MIT的M.Triantafyllou研究组成功研制了世界上第一条真正意义上的仿生机器鱼，此后，结合仿生学、电子技术、材料科学和控制技术的新发展，仿生机器鱼的研究逐渐成为机器人领域的研究热点。
在国外，美国、日本、英国等国家开展了许多仿生机器鱼研究项目，产生了一批实验样机。美国麻省理工学院根据提出的鱼尾推进的“射流推进理论”，研制出仿生金枪鱼和仿生梭鱼。美国东北大学海洋科学中心利用形状记忆合金(SMA)和连杆机构开发了波动推进的机器鳗鱼。美国新墨西哥大学Methran Mojarrad研究小组利用高分子电解质离子交换膜IEM，镀在仿生鱼鳍的金属簿片上，通过外加电场实现人造合成肌肉运动，产生类似鳗鱼的游动方式。日本东京大学研制了两关节自推进的机器海豚。Kato等研究了对胸鳍推进机构的控制，并开发了机器鱼样机黑鲈(Blackbass)。日本名古屋大学Fukuda教授研制出形状记忆合金驱动微型身体波动式水下推进器和压电陶瓷驱动的双鳍鱼型微机器人。此外，英国Essex大学设计了具有三维运动能力的机器鱼。
在国内，哈尔滨工程大学在国防基金的支持下开展了仿生机器章鱼的研究工作。北京航空航天大学机器人研究所设计研制了机器鳗鱼、机器海豚以及采用扁平宽大的斧形水动力外型的SPC仿生机器鱼。中科院沈阳自动化研究所制作了两关节的仿生机器鱼模型。北京大学力学与工程科学系研制了仿生海豚样机。中科院北京自动化研究所也开展了一系列工作，先后研发出仿鲹科机器鱼、三维运动机器鱼等。
随着机器鱼应用范围的扩展，环境复杂性逐渐增加，在一些特殊的环境下，单纯一类仿生机器鱼可能无法满足任务需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种子母式仿生机器鱼系统，系统包括两类机器鱼：母机器鱼(简称母机)和子机器鱼(简称子机)。母机体积较大，运动和续航能力强，装有一个可以开启和关闭的运载舱，能够装载一台或者多台子机。子机体积较小，机动灵活，且不同子机的功能、体积可能不相同，装载于运载舱内，可由母机携带运动到目的地。
母机与各子机之间可以通过通讯，完成子机出舱、进舱等协调行为。子机在母机运载到目的地后，与母机脱离，在母机的带领下执行任务或独立执行任务。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种子母式仿生机器鱼系统，包括母机和子机两类仿生机器鱼，其母机体积大于子机体积，子机尾部关节少于正常数，母机运动和续航能力强，子机机动灵活；其中，
母机头部空腔内设置一水平隔板，隔板将空腔分为上下两部分，隔板上方容腔为一个运载舱，运载舱内装载至少一子机；水平隔板下方是机械仓，母机的通讯模块、天线、控制模块和电源，以及控制舵机都设置在机械仓内，控制舵机、通讯模块、天线、控制模块和电源按常规电连接；
运载舱前端有一舱门，舱门与外壳间可开启，与机械仓内的控制舵机动连接，并由控制舵机控制，以打开、闭合；
子机的通讯模块、天线、控制模块和电源按常规电连接，并置于子机的头部空腔内；
母机与子机间进行双向通讯，子机装载于运载舱内，由母机携带运动到目的地。
所述的子母式仿生机器鱼系统，其所述子机为多数个时，各子机的种类和功能相同或不相同。
所述的子母式仿生机器鱼系统，其所述子机为多数个时，各子机与母机之间通过双向通讯，实现相互协调。
所述的子母式仿生机器鱼系统，其所述运载舱，采用玻璃钢制作。
所述的子母式仿生机器鱼系统，其所述母机与子机间进行双向通讯，当母机根据需要打开运载舱门后，发送命令给相应的子机，子机接到信息后，经舱门游出运载舱，都游出运载舱后即通知母机，母机关闭舱门，完成子机出舱程序。
所述的子母式仿生机器鱼系统，其所述母机与子机间进行双向通讯，当子机需要返回母机运载舱时，通知母机打开舱门，母机打开舱门后，经舱门游进母机运载舱，待所有子机都进入运载舱后，子机再发送命令给母机，母机关闭舱门，完成子机进舱程序。
本发明是在中科院北京自动化研究所关节型仿生机器鱼基础上，设计一种子母式的多仿生机器鱼系统，能够根据环境、任务的不同，提供适应不同环境需求的多水下机器人作业平台，可以充分发挥每个个体的特点，有利于提高效率、拓宽应用范围。
附图说明
图1是本发明子母式仿生机器鱼系统结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明所提供的子母式仿生机器鱼系统做出说明。图1中所示，母机1头部空腔内设置一水平隔板14，隔板14将空腔分为上下两部分，隔板14上方容腔为一个运载舱3，运载舱3内装载至少一子机2。水平隔板14下方是机械仓15，母机1的通讯模块6、天线7、控制模块9和电源10，以及控制舵机5都设置在机械仓15内，控制舵机5、通讯模块6、天线7、控制模块9和电源10按常规电连接。电源10为充电电池。
运载舱3前端有一舱门4，舱门4与外壳间可开启，与机械仓15内的控制舵机5动连接，并由控制舵机5控制，可以打开、闭合。
子机2的通讯模块12、天线8、控制模块13和电源11按常规电连接，并置于子机2的头部空腔内。电源11为充电电池。
母机1与子机2间可进行双向通讯。当母机1需要发送消息给子机2时，母机通过控制模块9、通讯模块6、天线7将信息发送出去，该信息经过子机的天线8、通讯模块12，被控制模块13接收；当子机2需要发送消息给母机1时，可以通过与上述信息传输相反的流程，传送到母机1的控制模块9中。
当母机1需要释放子机2时，控制模块9通过控制舵机5打开舱门4，然后将舱门4已开的信息发送给子机2，子机2开始通过舱门4游出运载舱3，待所有子机2都游出运载舱3后，通知母机1关闭舱门4，而后子母式仿生机器鱼系统中的机器人会根据任务需求执行相应任务。
子机2执行任务后想返回母机1的运载舱3时，会发送请求回舱信息给母机1，母机1的控制模块9接收后，经控制舵机5打开舱门4，而后，母机1会通知子机2舱门4已经打开，子机2收到该信息后游进运载舱3。待所有子机2都游进运载舱3后，子机2会发送请求关闭舱门4的信息给母机1，母机1收到后关闭舱门4。
实施例
采用本发明所提供的方法设计了子母式仿生机器鱼系统。运载舱3采用玻璃钢制作，母机器鱼1和子机器鱼2以中科院自动化所研制的多关节仿生机器鱼为基础进行改造，母机1头部增加了一个运载舱3，以及控制舵机5，子机2降低了尾部关节数。通讯模块6、12采用EM100B，母机1充电电池采用3000mAH的锂聚合物电池，子机2充电电池采用340mAH的锂聚合物电池，母机1机械仓15内的控制舵机5采用SANWA公司的RX515。将母机1、各子机2的所有部分组装好，用橡皮胶密封，然后将子机放入母机运载舱内，得到实物。
Claims (6)
1.一种子母式仿生机器鱼系统，包括母机和子机两类仿生机器鱼，其特征在于：
母机体积大于子机体积，子机尾部关节少于正常数，母机运动和续航能力强，子机机动灵活；其中，
母机头部空腔内设置一水平隔板，隔板将空腔分为上下两部分，隔板上方容腔为一个运载舱，运载舱内装载至少一子机；水平隔板下方是机械仓，母机的通讯模块、天线、控制模块和电源，以及控制舵机都设置在机械仓内，控制舵机、通讯模块、天线、控制模块和电源按常规电连接；
运载舱前端有一舱门，舱门与外壳间可开启，与机械仓内的控制舵机动连接，并由控制舵机控制，以打开、闭合；
子机的通讯模块、天线、控制模块和电源按常规电连接，并置于子机的头部空腔内；
母机与子机间进行双向通讯，子机装载于运载舱内，由母机携带运动到目的地。
2.如权利要求1所述的子母式仿生机器鱼系统，其特征在于：所述子机为多数个时，各子机的种类和功能相同或不相同。
3.如权利要求1所述的子母式仿生机器鱼系统，其特征在于：所述子机为多数个时，各子机与母机之间通过双向通讯，实现相互协调。
4.如权利要求1所述的子母式仿生机器鱼系统，其特征在于：所述运载舱，采用玻璃钢制作。
5.如权利要求1或3所述的子母式仿生机器鱼系统，其特征在于：所述母机与子机间进行双向通讯，当母机根据需要打开运载舱门后，发送命令给相应的子机，子机接到信息后，经舱门游出运载舱，都游出运载舱后即通知母机，母机关闭舱门，完成子机出舱程序。
6.如权利要求1或3所述的子母式仿生机器鱼系统，其特征在于：所述母机与子机间进行双向通讯，当子机需要返回母机运载舱时，通知母机打开舱门，母机打开舱门后，经舱门游进母机运载舱，待所有子机都进入运载舱后，子机再发送命令给母机，母机关闭舱门，完成子机进舱程序。
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