CN105799876B - 一种仿生智能机器鱼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生智能机器鱼，具有流线型外壳，以生物鱼的形态结构分为鱼头、鱼身、鱼尾，所述鱼身包括第一部分、第二部分、第三部分、第四部分，其中，第一部分与第二部分之间固定连接，第二部分与第三部分之间通过第一驱动机构转动连接，第三部分与第四部分之间通过第二驱动机构转动连接，第四部分与鱼尾之间通过第三驱动机构转动连接。所述仿生机器鱼体内设置了控制模块、无线充电模块、沉浮机构、红外传感器、压力传感器和九轴姿态传感器，保证仿生机器达到鱼智能控制的目的。

Description

一种仿生智能机器鱼

技术领域

本发明属于机器鱼技术领域，具体涉及一种仿生智能机器鱼。

背景技术

在自然界中，鱼类进化出了卓越的游泳技巧。较普通的水下推进器而言，它具有推进效率高、机动性能好、丰富的感官等优点。基于这些优点人们过仿生机器鱼的研究也越来越多，仿生机器鱼的功能也越来越完善，仿生机器鱼的应用领域涵盖了科学、教育和娱乐等领域。

目前已经研究出的仿生机器鱼，很多都是利用电池进行供电，例如专利号为200610164981.9，发明名称为一种模块化仿生机器鱼，该机器鱼的鱼头模块上部通过防水密封胶安装了防水电源开关、天线和充电插头，通过充电插头与外部电源连接对机器鱼的电池进行充电。利用电池供电存在以下弊端：（1）、必须人为对机器鱼进行实时电量检测，当机器鱼电量不足时，及时对其进行回收、充电。这样则不仅要耗费大量的人力和财力，还存在一定的风险，如果因为操作人员的疏忽没有及时对电量耗尽的机器人进行回收，可能导致机器人损失严重或失联；（2）、大多数机器鱼的电池充电接头外露，外露的充电接头随着使用次数的增加，漏水的可能性增大，一旦防水接头漏水将导致机器人内部电路短路。

另外，沉浮功能也是体现仿生机器鱼研究者的一大考验，在仿生机器鱼的最初研究中，鱼体中包含单一水箱，鱼体的上浮和下潜控制是通过对该水箱的排水和注水实现的。该沉浮机构存在以下缺点：（1）、不能实现智能控制，耗费人力，成本高；（2）、不能保证机器鱼上浮、下沉动作的连贯性。

发明内容

本发明提供了一种仿生智能机器鱼，解决现有技术中现有不断对机器鱼进行收回充电以及不能智能控制机器鱼上浮下沉的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种仿生智能机器鱼，具有流线型外壳，以生物鱼的形态结构分为鱼头、鱼身、鱼尾，所述鱼身包括第一部分、第二部分、第三部分、第四部分，其中，第一部分与第二部分之间固定连接，第二部分与第三部分之间通过第一驱动机构转动连接，第三部分与第四部分之间通过第二驱动机构转动连接，第四部分与鱼尾之间通过第三驱动机构转动连接。

所述第一部分内设置有控制模块、充电电池和沉浮机构，充电电池与控制模块之间电连接，用于给整个仿生智能机器鱼提供电能；沉浮机构固定设置于控制模块的下方，且处于仿生机器鱼长度方向的中间位置，沉浮机构包括配重滑块、丝杆、直流电机和线性位置传感器，所述丝杆沿仿生智能机器鱼鱼身长度方向设置，配重滑块设置在丝杆上且与丝杆螺纹连接，丝杆固定在直流电机转轴的输出端上，线性位置传感器与配重滑块连接在一起，且直流电机和线性位置传感器分别与控制模块电连接。

所述鱼头的下部设置有无线充电模块的接收端机构，无线充电模块的接收端机构与充电电池之间电连接；接收端机构包括电量检测模块、接收线圈、无线充电接收模块和和接收端防水外壳，所述接收端防水外壳固定在鱼头的下部，接收线圈密封固定于接收端防水外壳端部，电量检测模块和无线充电接受模块密封设置于接收端防水外壳中，所述电量检测模块、接收线圈分别与无线充电接受模块之间电连接。

所述无线充电模块包括固定设置在水中的发射端机构，所述无线充电模块包括固定设置在水中的发射端机构，发射端机构包括充电线圈、防水充电底座、定位模块、无线充电模块，防水充电底座固定设置在水下基桩上，充电线圈密封固定在防水充电底座的上端，定位模块和无线充电模块密封固定在防水充电底座的内腔中，充电线圈1和定位模块分别与无线充电模块之间电连接，无线充电模块通过导线与外部电源连接。

定位模块每隔一段时间发射一次自身的位置坐标，以供机器鱼接收能够返航到指定的充电地点。电量检测模块集成在无线充电的接收端当中，其能够对机器鱼的当前电量进行实时检测。当检测到的电量低于10%时，定位模块实时给机器鱼发送位置信号，则机器鱼停止作业并游向无线充电装置的发射端机构。无线充电发射模块与无线充电接收模块配套使用，利用充电线圈与接收线圈之间道的电磁感应原理对电池进行充电，当充电线圈与接收线圈耦合，其间隙在5mm之内即可以无线充电，当然两个线圈之间的间距越小充电的效率越高。分别用密封胶对发射端机构和接受端机构进行防水浇筑密封，减少了仿生智能机器鱼漏水的可能性。

所述鱼头壳体上设置有鱼嘴、鱼眼一、鱼眼二；所述鱼嘴中设置有第四舵机，第四舵机的输出轴与鱼嘴的下颌固定连接，第四舵机与控制模块之间电连接，鱼嘴的上颌设置有电源总开关。

所述鱼眼一、鱼眼二分别包括液晶显示屏和扣设在显示屏上的半球形透镜，液晶显示屏与控制模块之间电连接。所述鱼眼除了能表现出真实鱼的效果，还能起到仿生机器鱼的状态显示功能，比如机器鱼内电池组电量低时，鱼眼显示红色。

所述鱼头上还设置有第一红外传感器、第二红外传感器和第三红外传感器和压力传感器。所述压力传感器设置在鱼头的下部，且与控制模块之间电连接，压力传感器实时将检测的压力值发送给控制模块，控制模块将压力值换算为机器鱼所在处水的深度，根据机器鱼所处的水深度值来驱动直流电机的转动方向，从而改变配重滑块在丝杆上的滑动方向，改变机器鱼的重心位置，使鱼体头尾产生上下倾斜，同时配合尾部摆动达到上浮和下潜的效果。

所述第一红外传感器、第二红外传感器分别设置在鱼头的两侧，第三红外传感器设置在鱼头的下部，所述第一红外传感器、第二红外传感器和第三红外传感器分别设置在鱼头内的与的红外传感器电路板电连接，红外传感器电路板与控制模块之间电连接。仿生机器鱼头部分设置的红外距离传感器，可以有效感知鱼体前方的障碍物，达到避障的作用。

所述第一部分内部还设置有九轴姿态传感器，九轴姿态传感器与控制模块之间电连接。当机器鱼整体左或右倾斜超过30度时，九轴姿态传感器会把检测信号传送给控制模块，控制模块控制沉浮机构工作，使配重滑块滑动而改变机器鱼的重心，从而对整个鱼体的姿态实现闭环控制，使鱼体工作在稳定平衡的状态。

所述第一驱动部分包括第一舵机、第一舵机外壳，第一轨道、第一连杆、第一对O型密封圈； 所述第二驱动部分包括第二轨道、第二舵机、第二舵机外壳、第二连杆、第二对O型密封圈；所述第三驱动部分包括第三舵机、第三舵机外壳、第三对O型密封圈、大齿轮、小齿轮和齿轮转轴。

其中，所述第一舵机固定密封于第一舵机外壳中，且输出轴竖直向上，第一舵机的输出轴上自下而上依次套设有第一对O型密封圈和第一连杆，第一连杆的另一端与第二舵机外壳固定连接，且第一连杆与第一舵机的输出轴垂直；所述第一舵机外壳上固定设置有弧形的第一轨道，第一连杆的中间部位的底部设置有第一滚轮，且第一滚轮卡设在第一轨道中；当第一连杆随着第一舵机的输出轴转动时，第一滚轮沿第一轨道滚动。第一轨道对第一连杆起到支撑作用，防止在第一舵机的输出轴因受到第一连杆的拉力产生弯矩而变形，同时通过在第一连杆中间部位的底部设置第一滚轮，减小了第一舵机的输出轴转动时第一连杆与第一轨道间的摩擦，降低了能耗。

所述第二舵机固定密封于第二舵机外壳中，且输出轴竖直向上，第二舵机的输出轴上自下而上依次套设有第二对O型密封圈和第二连杆，第二连杆的另一端与第三舵机外壳固定连接，且第二连杆与第二舵机的输出轴垂直；所述第二舵机外壳上固定设置有弧形的第二轨道，第二连杆的中间部位的底部设置有第二滚轮，且第二滚轮卡设在第二轨道中；当第二连杆随着第二舵机的输出轴转动时，第二滚轮在沿第二轨道中滚动。同样，第二轨道对第二连杆起到支撑作用，防止在第二舵机的输出轴因受到第二连杆的拉力产生弯矩而变形，同时通过在第二连杆中间部位的底部设置第二滚轮，减小了第二舵机输出轴转动时第二连杆与第二轨道间的摩擦，降低了能耗。

所述第三舵机固定设置于第三舵机外壳中，且第三舵机的输出轴竖直向下，第三舵机的输出轴自上而下依次套设有第三对O型密封圈和大齿轮，大齿轮与固定套设在齿轮转轴上的小齿轮啮合连接，齿轮转轴固定在第三舵机外壳的尾部，齿轮转轴通过连接件与鱼尾固定连接。通过大齿轮与小齿轮的啮合将动力传递给鱼尾，使得鱼尾摆动柔和，过渡自然。

为了使仿生机器鱼的摆动灵活、生动，所述控制模块分别与第一驱动机构的第一舵机、第二驱动机构的第二舵机、第三驱动机构的第三舵机之间电连接。第一舵机带动第二部分转动，第二舵机在第一舵机转动的基础上二次转动并带动第三部分转动，同样第三舵机在第二舵机转动的基础上再次转动并通过齿轮轴带动仿生智能机器鱼的鱼尾摆动， 保证整仿生机器鱼的鱼身摆动灵活性，可以直线游动，也可以快速形成“C”字形状，便于仿生机器鱼在遇到障碍物时急速转弯。

所述第一舵机输出轴的转动角度为左45度至右45度，第二舵机输出轴的转动角度为左40度至右40度，第三舵机输出轴的转动角度为左45度至右45度。

所述第二部分、第三部分、第四部分和鱼尾依次之间均存在2-5mm的空隙。首先，间隙的存在保证了三个驱动机构独立的工作而不受相互的影响，另外小间隙保证了仿生机器鱼外观上的连贯性。

所述鱼本体还包括第一胸鳍、第二胸鳍、背鳍、第一尾鳍和第二尾鳍；其中，所述第一胸鳍和第二胸鳍与第一部分连接，背鳍与第二部分连接，第一尾鳍分别与第三部分和鱼尾7连接，第二尾鳍与鱼尾连接。

所述机器鱼的流线型外壳、第一胸鳍、第二胸鳍、背鳍、第一尾鳍和第二尾鳍采用3D打印技术制作，效果逼真，更具有观赏性和趣味性。

与现有技术相比，本发明所属仿生智能机器鱼具有以下优点：

1、本发明所述的仿生智能机器鱼，通过设置无线充电模块，从而替代了仿生机器鱼的传统充电模式，达到全水下作业的目的，避免了定时将仿生机器鱼打捞充电的麻烦。

2、本发明所述的仿生智能机器鱼，通过设置三个红外距离传感器，保证仿生机器鱼能及时感知到周围的障碍物并采取避障措施；通过设置压力传感器能及时获知仿生智能机器鱼所处的深度，达到智能控制的目的。

3、本发明所述的仿生智能机器鱼，第一舵机、第二舵机、第三舵机之间分别电连接，第一舵机带动第二部分转动，第二舵机在第一舵机转动的基础上二次转动并带动第三部分转动，同样第三舵机在第二舵机转动的基础上再次转动并通过齿轮轴带动仿生智能机器鱼的鱼尾摆动， 保证整仿生机器鱼的鱼身摆动灵活性，可以直线游动，也可以快速形成“C”字形状，便于仿生机器鱼在遇到障碍物时急速转弯。

4、本发明所述的仿生智能机器鱼，相应轨道对连杆起到支撑作用，防止在舵机的输出轴因受到连杆的弯矩而变形，同时通过在连杆中间部位的底部设置滚轮，减小了舵机输出轴转动时连杆与轨道间的摩擦，降低了能耗。

5、本发明提供了一种基于3D打印技术的鱼体表面蒙皮，其中包括逼真的鱼鳞、鱼鳍，从而使仿生机器鱼更接近于真实的鱼体，增加观赏性和趣味性。提供了可自主活动的鱼嘴和鱼眼装置，增强仿生机器鱼的逼真感和观赏趣味性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1显示了本发明仿生智能机器鱼的正视图；

图2显示了本发明仿生智能机器鱼的俯视图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4显示了本发明仿生智能机器鱼摆动机构的驱动结构示意图；

图5为图2的B-B剖视图；

图6显示了本发明仿生智能机器鱼的无线充电模块的接收端机构示意图；

图7显示了本发明仿生智能机器鱼的无线充电模块的发射端机构示意图；

图8显示了本发明仿生智能机器鱼沉浮机构的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-8所示，一种仿生智能机器鱼，具有流线型外壳，以生物鱼的形态结构分为鱼头1、鱼身2、鱼尾3，所述鱼身包括第一部分21、第二部分22、第三部分23、第四部分24，其中，第一部分21与第二部分22之间固定连接，第二部分22与第三部分23之间通过第一驱动机构201转动连接，第三部分23与第四部分24之间通过第二驱动机构202转动连接，第四部分24与鱼尾3之间通过第三驱动机构203转动连接。

所述第一部分21内设置有控制模块211、充电电池213和沉浮机构212，充电电池213与控制模块211之间电连接，用于给整个仿生智能机器鱼提供电能；沉浮机构212固定设置于控制模块211的下方，且处于仿生机器鱼长度方向的中间位置，沉浮机构212包括配重滑块2121、丝杆2122、直流电机2123和线性位置传感器2124，所述丝杆2122沿仿生智能机器鱼鱼身长度方向设置，配重滑块2121设置在丝杆2122上且与丝杆2122螺纹连接，丝杆2122固定在直流电机2123转轴的输出端上，线性位置传感器2124与配重滑块2121连接在一起，且直流电机2123和线性位置传感器2124分别与控制模块211电连接。

为了避免经常打捞仿生机器鱼对其充电的麻烦，所述鱼头壳体1下部固定设置有无线充电模块的接收端机构13，无线充电模块的接收端机构13与充电电池213之间电连接。接收端机构13包括电量检测模块131、接收线圈132、无线充电接收模块133和和接收端防水外壳134，所述接收端防水外壳134固定在鱼头的下部，接收线圈132密封固定于接收端防水外壳134的下端，电量检测模块131和无线充电接收模块133密封设置于接收端防水外壳134内，所述电量检测模块131、接收线圈132分别与无线充电接收模块133之间电连接。电量检测模块131用于实时检测充电电池213的电量，当电量低于10%时，无线充电模块开始工作对充电电池213充电。

所述无线充电模块不仅包括接收端机构13，还包括固定设置在水中的发射端机构14，发射端机构14包括充电线圈141、防水充电底座142、定位模块143、无线充电模块144，防水充电底座142固定设置在水下基桩上，充电线圈141密封固定在防水充电底座142的上端，定位模块143和无线充电模块144密封固定在防水充电底座142的内腔中，充电线圈141和定位模块143分别与无线充电模块144之间电连接，无线充电模块144通过导线与外部电源连接。定位模块143用于向外发送无线充电模块发射端机构14的位置信号，当需要进行无线充电时，接收端机构13的无线充电接收模块133接收到该信号，准确判断出发射端机构14的位置，便于快速游到该处并给充电电池213充电。

仿生智能机器鱼无线充电装置工作过程如下：充满电的仿生智能机器鱼在水下作业，安装在仿生智能机器鱼鱼头下部的接收端机构13中的电量检测模块131能够实时的检测仿生智能机器鱼充电电池213当前的电量。当检测到充电电池213当前电量低于10%时，向仿生智能机器鱼的控制模块211发出信号，则仿生智能机器鱼停止作业进入返航状态。而发射端机构14的定位模块143每隔一段时间便会发射出自身的位置坐标，仿生智能机器鱼通过接收该定位信号，预判充无线充电模块发射端机构14的位置并向其靠近。仿生智能机器鱼的控制模块211每接收一次信号就进行一次调整，最后到达无线充电模块发射端机构14的位置，接收端机构13的接收线圈132与发射端机构14的充电线圈141贴合在一起，其间隙在5mm之内，此时仿生智能机器鱼充电电池213进入充电状态 。当电池充满电后，电量检测装131置再次给出信号，激活仿生智能机器鱼再次进入工作状态。分别用密封胶对发射端机构14和接受端机构13进行防水浇筑密封，减少了仿生机器鱼漏水的可能性。

所述鱼头壳体上设置有鱼嘴12、鱼眼一111、鱼眼二112；所述鱼嘴12中设置有第四舵机121，第四舵机121的输出轴与鱼嘴12的下颌固定连接，第四舵机121与控制模块211之间电连接，鱼嘴12的上颌设置有电源总开关14。

所述鱼眼一111、鱼眼二112分别包括液晶显示屏113和扣设在显示屏上的半球形透镜114，液晶显示屏113与控制模块211之间电连接。所述鱼眼除了能表现出真实鱼的效果，还能起到仿生机器鱼的状态显示功能，比如机器鱼内电池组电量低时，鱼眼显示红色。

所述鱼头上还设置有第一红外传感器151、第二红外传感器152和第三红外传感器153和压力传感器16。所述压力传感器16设置在鱼头的下部，且与控制模块211之间电连接，压力传感器16实时将检测的压力值发送给控制模块211，控制模块211将压力值换算为机器鱼所在处水的深度，根据机器鱼所处的水深度值来驱动直流电机2123并改变其转动方向，从而带动配重滑块2121在丝杆2122上的滑动方向，改变机器鱼的重心位置，使鱼体头尾产生上下倾斜，同时配合尾部摆动达到上浮和下潜的效果。

所述第一红外传感器151、第二红外传感器152分别设置在鱼头1的两侧，第三红外传感器153设置在鱼头1的下部，所述第一红外传感器151、第二红外传感器152和第三红外传感器153分别设置在鱼头1内的与的红外传感器电路板154电连接，红外传感器电路板154与控制模块211之间电连接。仿生机器鱼头部分设置的红外距离传感器，可以有效感知鱼体前方的障碍物，达到避障的作用。

所述第一部分21内部还设置有九轴姿态传感器214，九轴姿态传感器214与控制模块211之间电连接。当机器鱼整体左或右倾斜超过30度时，九轴姿态传感器214会把检测信号传送给控制模块211，控制模块211控制沉浮机构212工作，改变机器鱼的重心，从而对整个鱼体的姿态实现闭环控制，使鱼体工作在稳定平衡的状态。

所述第一驱动201部分包括第一舵机2011、第一舵机外壳2012，第一轨道2013、第一连杆2014、第一对O型密封圈2015； 所述第二驱动202部分包括第二轨道2023、第二舵机2021、第二舵机外壳2022、第二连杆2024、第二对O型密封圈2025；所述第三驱动部分203包括第三舵机2031、第三舵机外壳2032、第三对O型密封圈2033、大齿轮2034、小齿轮2035和齿轮转轴2037。

其中，所述第一舵机2011固定密封于第一舵机外壳2012中，且输出轴竖直向上，第一舵机2011的输出轴上自下而上依次套设第一对O型密封圈2015和第一连杆2014，第一连杆2014的另一端与第二舵机外壳2022固定连接，且第一连杆2014与第一舵机2011的输出轴垂直；所述第一舵机外壳2012上固定设置有弧形的第一轨道2013，第一连杆2014的中间部位的底部设置有第一滚轮2016，且第一滚轮2016卡设在第一轨道2013中；当第一连杆2014随着第一舵机2011的输出轴转动时，第一滚轮2016沿第一轨道2013滚动。第一轨道2013对第一连杆2014起到支撑作用，防止在第一舵机2011的输出轴因受到第一连杆2014的弯矩而变形，同时通过在第一连杆2014中间部位的底部设置第一滚轮2016，减小了第一舵机2011的输出轴转动时第一连杆2014与第一轨道间2013的摩擦，降低了能耗。

所述第二舵机2021固定密封于第二舵机外壳2022中，且输出轴竖直向上，第二舵机2021的输出轴上自下而上依次套设有第二对O型密封圈2025和第二连杆2024，第二连杆2024的另一端与第三舵机外壳2032固定连接，且第二连杆2024与第二舵机2021的输出轴垂直；所述第二舵机外壳2022上固定设置有弧形的第二轨道2023，第二连杆2024的中间部位的底部设置有第二滚轮2026，且第二滚轮2026卡设在第二轨道2023中；当第二连杆2024随着第二舵机2021的输出轴转动时，第二滚轮2026在沿第二轨道2023中滚动。同样，第二轨道2023对第二连杆2024起到支撑作用，防止在第二舵机2021的输出轴因受到第二连杆2024的弯矩而变形，同时通过在第二连杆2024中间部位的底部设置第二滚轮2026，减小了第二舵机2021输出轴转动时第二连杆2024与第二轨道2023间的摩擦，降低了能耗。

所述第三舵机2031固定设置于第三舵机外壳2032中，且第三舵机2031的输出轴竖直向下，第三舵机2031的输出轴自上而下依次套设有第三对O型密封圈1033和大齿轮2034，大齿轮2034与固定套设在齿轮转轴2036上的小齿轮2035啮合连接，齿轮转轴2036固定在第三舵机外壳2032的尾部，齿轮转轴2036通过连接件2037与鱼尾3固定连接。通过大齿轮2034与小齿轮2035的啮合将动力传递给鱼尾3，使得鱼尾3摆动柔和，过渡自然。

为了使仿生机器鱼的摆动灵活、生动，所述控制模块211分别与第一驱动机构201的第一舵机2011、第二驱动机构202的第二舵机2021、第三驱动机构203的第三舵机2031之间电连接。第一舵机2011带动第二部分22转动，第二舵机2021在第一舵机2011转动的基础上二次转动并带动第三部分23转动，同样第三舵机2031在第二舵机2021转动的基础上再次转动并通过齿轮带动仿生智能机器鱼的鱼尾3摆动， 保证整仿生机器鱼的鱼身摆动灵活性，可以直线游动，也可以快速形成“C”字形状，便于仿生机器鱼在遇到障碍物时急速转弯。

所述第一舵机2011输出轴的转动角度为左45度至右45度，第二舵机2021输出轴的转动角度为左40度至右40度，第三舵机2031输出轴的转动角度为左45度至右45度。

所述第二部分22、第三部分23、第四部分24和鱼尾依次之间均存在2-5mm的空隙。首先，间隙的存在保证了三个驱动机构独立的工作而不受相互的影响，另外小间隙保证了仿生机器鱼外观上的连贯性。

所述鱼本体还包括第一胸鳍4、第二胸鳍5、第一尾鳍6和第二尾鳍7；其中，所述第一胸鳍4和第二胸鳍5与第一部分21连接，第一尾鳍6分别与第四部分24和鱼尾3连接，第二尾鳍7与鱼尾3连接。

所述机器鱼的流线型外壳、第一胸鳍4、第二胸鳍5、第一尾鳍6和第二尾鳍7采用3D打印技术制作，效果逼真，更具有观赏性和趣味性。

本发明所述的仿生智能机器鱼的控制系统包括顶级控制系统、主控制系统和副控制系统，所述顶级控制系统包含仿生智能机器鱼主控制系统，仿生智能机器鱼的主控制系统包含了副控制系统；所述副控制系统包括红外感知避障功能模块、水体压力测试功能模块、鱼尾摆动控制功能模块、姿态控制功能模块和无线通信功能模块，这些模块的功能保证仿生智能机器鱼的基本工作状态，也是最重要的一些功能模块，如果其中某个模块功能失效，则仿生机器鱼将会出现较严重的故障。所述主控制系统除了具有副控制系统的所有功能模块外，还具有鱼眼控制功能模块、鱼嘴控制功能模块和电源管理功能模块，这些功能为辅助功能，保证仿生机器鱼更好的工作；所述主控制系统还包括八个备用槽，所述备用槽作为主系统升级扩充功能的备用接口。顶级控制系统除了具有主、副控制系统的所有功能模块外，还包括上个人计算机系统、手机控制设备、平板电脑以及手持控制终端设备。副控制系统为仿生智能机器鱼的备用应急系统，当主控制系统出现错误或规定操作以外的状况使仿生智能机器鱼失去控制时，副控制系统启动。

为了简化了硬件的设计和系统结构，使整个系统结构清晰、系统扩充性好，仿生智能机器鱼控制系统采用总线结构，所述总线结构为由主总线和副总线构成的二级总线连接。连接在主总线上面的功能模块包括主设备和从设备，其中主设备为ARM型主系统控制器，从设备包括MCU型副系统控制器、鱼眼控制模块、鱼嘴控制模块、电源管理模块、备用功能模块、红外传感器模块、直流电机控制模块、伺服电机控制模块以及水压检测模块，所述ARM型主系统控制器分别与主总线上从设备的各功能模块之间电连接。

为了保证仿生智能机器鱼能够与个人计算机系统、手机控制设备、平板电脑以及手持控制终端设备正常通信，无线通信功能模块包括Wifi通信模块和/或433MHz水下无线通信模块。ARM型主系统控制器通过Wifi通信模块和/或433MHz水下无线通信模块与个人计算机系统、手机控制设备、平板手持控制设备以及手持控制终端进行无线通信；当ARM型主系统控制器失效时，MCU型副系统控制器只能通过433MHz水下无线通信模块与个人计算机系统、手机控制设备、平板手持控制设备以及手持控制终端进行无线通信；副总线的主设备为MCU型副系统控制器，副总线上面挂载的从设备都是同时挂载在主总线上面的从设备，包括红外传感器模块、直流电机模块、伺服电机模块以及水压检测模块，所述MCU型副系统控制器与副总线上从设备的各功能模块之间电连接。

无线通信模块包括无线路由器，无线路由器提供了整个仿生机器鱼控制系统数据快速传输的Wifi网络连接平台。当仿生智能机器鱼浮在水面时，仿生智能机器鱼通过无线路由器与具有Wifi功能的个人计算机系统、手机控制设备、平板电脑手持控制设备以及手持控制终端的一种或几种进行通信。

当仿生智能机器鱼处在水下状态时，采用控制信号低速传输的433MHz水下通讯模块进行通信，具有Wifi功能的手持控制终端通过无线电波向仿生智能机器鱼发送控制信号，仿生智能机器鱼通过无线电波向具有Wifi功能的手持控制终端发射回复信号。

本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (9)

1.一种仿生智能机器鱼，包括仿生物鱼的流线型外壳，以生物鱼的形态结构分为鱼头、鱼身、鱼尾，其特征在于，所述鱼身包括第一部分、第二部分、第三部分、第四部分，其中，第一部分与第二部分之间固定连接，第二部分与第三部分之间通过第一驱动机构转动连接，第三部分与第四部分之间通过第二驱动机构转动连接，第四部分与鱼尾之间通过第三驱动机构转动连接；

所述第一部分内设置有控制模块、充电电池和沉浮机构，充电电池与控制模块之间电连接，用于给整个仿生智能机器鱼提供电能；沉浮机构固定设置于控制模块的下方，且处于仿生机器鱼长度方向的中间位置，沉浮机构包括配重滑块、丝杆、直流电机和线性位置传感器，所述丝杆沿仿生智能机器鱼鱼身长度方向设置，配重滑块设置在丝杆上且与丝杆螺纹连接，丝杆固定在直流电机转轴的输出端上，线性位置传感器与配重滑块连接在一起，且直流电机和线性位置传感器分别与控制模块电连接；

所述鱼头的下部设置有无线充电模块的接收端机构，无线充电模块的接收端机构与充电电池之间电连接；接收端机构包括电量检测模块、接收线圈、无线充电接收模块和和接收端防水外壳，所述接收端防水外壳固定在鱼头的下部，接收线圈密封固定于接收端防水外壳端部，电量检测模块和无线充电接受模块密封设置于接收端防水外壳中，所述电量检测模块、接收线圈分别与无线充电接受模块之间电连接；

所述第一驱动部分包括第一舵机、第一舵机外壳，第一轨道、第一连杆、第一对O型密封圈；

所述第二驱动部分包括第二轨道、第二舵机、第二舵机外壳、第二连杆、第二对O型密封圈；

所述第三驱动部分包括第三舵机、第三舵机外壳、第三对O型密封圈、大齿轮、小齿轮和齿轮转轴；

所述第一舵机固定密封于第一舵机外壳中，且输出轴竖直向上，第一舵机的输出轴上自下而上依次套设第一对O型密封圈和第一连杆，第一连杆的另一端与第二舵机外壳固定连接，且第一连杆与第一舵机的输出轴垂直；所述第一舵机外壳上固定设置有弧形的第一轨道，第一连杆的中间部位的底部设置有第一滚轮，且第一滚轮卡设在第一轨道中；当第一连杆随着第一舵机的输出轴转动时，第一滚轮沿第一轨道滚动；

所述第二舵机固定密封于第二舵机外壳中，且输出轴竖直向上，第二舵机的输出轴上自下而上依次套设有第二对O型密封圈和第二连杆，第二连杆的另一端与第三舵机外壳固定连接，且第二连杆与第二舵机的输出轴垂直；所述第二舵机外壳上固定设置有弧形的第二轨道，第二连杆的中间部位的底部设置有第二滚轮，且第二滚轮卡设在第二轨道中；当第二连杆随着第二舵机的输出轴转动时，第二滚轮在沿第二轨道中滚动；

所述第三舵机固定设置于第三舵机外壳中，且第三舵机的输出轴竖直向下，第三舵机的输出轴自上而下依次套设有第三对O型密封圈和大齿轮，大齿轮与固定套设在齿轮转轴上的小齿轮啮合连接，齿轮转轴固定在第三舵机外壳的尾部，齿轮转轴通过连接件与鱼尾固定连接；

所述控制模块分别与第一驱动机构的第一舵机、第二驱动机构的第二舵机、第三驱动机构的第三舵机之间电连接。

2.根据权利要求1所述的仿生智能机器鱼，其特征在于，所述无线充电模块包括固定设置在水中的发射端机构，发射端机构包括充电线圈、防水充电底座、定位模块、无线充电模块，防水充电底座固定设置在水下基桩上，充电线圈密封固定在防水充电底座的上端，定位模块和无线充电模块密封固定在防水充电底座的内腔中，充电线圈和定位模块分别与无线充电模块之间电连接，无线充电模块通过导线与外部电源连接。

3.根据权利要求1或2所述的仿生智能机器鱼，其特征在于，所述鱼头壳体上设置有鱼嘴、鱼眼一、鱼眼二；所述鱼嘴中设置有第四舵机，第四舵机的输出轴与鱼嘴的下颌固定连接，第四舵机与控制模块之间电连接，鱼嘴的上颌设置有电源总开关；

所述鱼眼一、鱼眼二分别包括液晶显示屏和扣设在显示屏上的半球形透镜，液晶显示屏与控制模块之间电连接。

4.根据权利要求3所述的仿生智能机器鱼，其特征在于，所述鱼头上还设置有第一红外传感器、第二红外传感器和第三红外传感器和压力传感器；

所述压力传感器设置在鱼头的下部，且与控制模块之间电连接；

所述第一红外传感器、第二红外传感器分别设置在鱼头的两侧，第三红外传感器设置在鱼头的下部，所述第一红外传感器、第二红外传感器和第三红外传感器分别设置在鱼头内的与的红外传感器电路板电连接，红外传感器电路板与控制模块之间电连接。

5.根据权利要求4所述的仿生智能机器鱼，其特征在于，所述第一部分内部还设置有九轴姿态传感器，九轴姿态传感器与控制模块之间电连接；

当仿生智能机器鱼整体向左或右倾斜超过30度时，九轴姿态传感器会把检测信号传送给控制模块，控制模块控制沉浮机构工作，通过配重滑块的滑动改变机器鱼的重心，使仿生机器鱼达到正常的姿态。

6.根据权利要求5中所述的仿生智能机器鱼，其特征在于：所述第一舵机输出轴的转动角度为左45度至右45度，第二舵机输出轴的转动角度为左40度至右40度，第三舵机输出轴的转动角度为左45度至右45度。

7.根据权利要求6所述的仿生智能机器鱼，其特征在于：所述第二部分、第三部分、第四部分和鱼尾依次之间均存在2-5mm的间隙。

8.根据权利要求1所述的仿生智能机器鱼，其特征在于：所述鱼本体还包括第一胸鳍、第二胸鳍、第一尾鳍和第二尾鳍；

其中，所述第一胸鳍和第二胸鳍与第一部分连接，第一尾鳍分别与第三部分和鱼尾连接，第二尾鳍与鱼尾连接。

9.根据权利要求7所述的仿生智能机器鱼，其特征在于：所述机器鱼的流线型外壳、第一胸鳍、第二胸鳍、第一尾鳍和第二尾鳍采用3D打印技术制作。