CN110065607B - 辅助仿生机器鱼 - Google Patents
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Abstract
本发明属于仿生机器鱼技术领域，具体涉及一种辅助仿生机器鱼，旨在解决现有仿生机器鱼续航能力弱、无法实现远距离水下通信需要经常回坞，工作效率低的问题；本发明提供一种辅助仿生机器鱼包括辅助仿生机器鱼本体、推进机构、识别机构、固定机构、交互机构和控制器。所述推进机构可驱动辅助仿生机器鱼移动；通过识别机构识别辅助仿生机器鱼周围的目标；通过固定机构将所述辅助仿生机器鱼与目标固定；通过交互机构实现辅助仿生机器鱼与目标之间的电量传输和/或信息传输；本发明辅助仿生机器鱼可以实现目标仿生机器鱼的水下充电、水下通信、定点投放和打捞等功能，扩大其作业深度和范围，大幅度减少现有仿生机器鱼的回坞频率，提高作业效率。
Description
技术领域
本发明属于仿生机器鱼技术领域，具体涉及一种辅助仿生机器鱼。
背景技术
仿生机器鱼是模仿鱼类或鲸豚类的游动方式所设计的一类自主水下航行器。相比传统基于螺旋桨推进的水下航行器，仿生机器鱼具有运动灵活、机动性强、对环境扰动小等特点，更适合在复杂和狭窄的水下环境中执行任务。仿生机器鱼的能源来自于其内部安置的电池。受体形和内部空间限制，仿生机器鱼可携带的电池容量有限，导致续航能力弱、航程短。同时，远距离的水下无线通信目前还很难实现，仿生机器鱼难以在深水区有效地与岸上进行通信。仿生机器鱼在水下作业时需要频繁地回坞进行充电和传输采集到的数据，导致水下作业效率低，甚至无法有效地在深水区域作业。
相比单机器人，多机器人系统可以通过对某些任务进行适当分解，利用多个机器人分别并行地执行不同的子任务，从而加快任务执行速度，提高工作效率。因此，有必要将仿生机器鱼的任务进行分工，对于若干负责作业任务的作业机器鱼，设计一种体形略大的、安装较多电池的辅助机器鱼作为地面与作业机器鱼之间的中继，实现对作业机器鱼的投放、打捞、水下无线充电以及水下近距离通信等功能，减少作业机器鱼因需要充电或通信而产生的回坞行为，增加作业效率。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有仿生机器鱼续航能力弱、无法实现远距离水下通信需要经常回坞，工作效率低的问题，本发明提供了一种辅助仿生机器鱼，包括辅助仿生机器鱼本体、推进机构、识别机构、固定机构、交互机构和控制器，所述推进机构、所述识别机构、所述固定机构和所述控制器均安装于所述辅助仿生机器鱼本体，所述推进机构、所述识别机构和所述固定机构均与所述控制器通信连接，其中：推进机构，用于驱动所述辅助仿生机器鱼移动；识别机构，用于识别所述辅助仿生机器鱼周围的目标；固定机构，用于将所述辅助仿生机器鱼与所述目标固定；交互机构，用于实现所述辅助仿生机器鱼与所述目标之间的电量传输和/或信息传输。
在一些优选实施例中，所述辅助仿生机器鱼本体包括鱼身本体、鱼尾本体、背鳍和尾鳍，其中：所述鱼身本体与所述鱼尾本体连接端转动连接，所述尾鳍与所述鱼尾本体连接端的相反端转动连接，所述背鳍固设于所述鱼身本体顶部。
在一些优选实施例中，所述推进机构包括重心调节装置、关节组件及浮力调节装置，其中：所述重心调节装置包括重心调节块，所述重心调节块在第一动力单元的驱动下沿所述鱼身本体的主轴线方向可往复移动，所述第一动力单元固定于所述鱼身本体，所述重心调节装置还包括用于检测所述重心调节块移动位置的传感器，所述传感器的信号输出端、所述第一动力单元的控制端均与所述控制器信号连接；所述关节组件包括左胸鳍关节、右胸鳍关节、腰关节和尾关节，所述左胸鳍关节和右胸鳍关节分别设置于所述鱼身本体左右两侧，所述腰关节和尾关节分别设置于所述鱼尾本体的前部和后部，所述鱼身本体与固设于所述鱼尾本体前部的所述腰关节连接；所述尾鳍与固设于所述鱼尾本体后部的所述尾关节连接；
在一些优选实施例中，所述浮力调节装置固设于所述鱼身本体下部，所述浮力调节装置包括水箱、活塞和第二动力单元，所述活塞设置于所述水箱内部，所述活塞在第二动力单元的驱动下在所述水箱内部做往复运动且与所述水箱形成动密封，所述水箱一端设有通水口，所述活塞通过往复运动可实现所述水箱吸水、排水，所述第二动力单元的控制端与所述控制器信号连接，或者，所述浮力调节装置包括油囊、液压泵和油箱，所述油囊、所述液压泵和所述油箱依次连通，所述油囊为可伸缩油囊，所述液压泵的控制端与所述控制器信号连接，或者，所述浮力调节装置包括水箱、液压阀和液压泵，所述水箱一端设有通水口，所述液压阀安装于所述通水口，所述液压阀的控制端与所述控制器信号连接，所述液压泵以能够将所述水箱内的水排出外部的方式安装于所述水箱，所述液压泵的控制端与所述控制器信号连接。
在一些优选实施例中，所述识别机构包括嵌入式视觉板；所述嵌入式视觉板设置于所述鱼身本体底部用于视觉识别所述目标。
在一些优选实施例中，所述固定机构包括电磁铁，所述电磁铁设置于所述鱼身本体底部用于吸附和释放目标。
在一些优选实施例中，所述交互机构包括无线充电线圈和通信模块，所述无线充电线圈设置于所述鱼身本体底部以对所述目标充电，所述通信模块固设于所述鱼身本体以实现无线通信。
在一些优选实施例中，所述鱼尾本体可相对于所述鱼身本体摆动，在第一动力装置的驱动下所述鱼尾本体与所述鱼身本体通过腰关节可转动连接；所述尾鳍可相对于所述鱼尾本体摆动，在第二动力装置的驱动下所述尾鳍与所述鱼尾本体通过尾关节可转动连接；所述左胸鳍关节和右胸鳍关节可相对于所述鱼身本体摆动，所述左胸鳍关节和右胸鳍关节分别在第三动力装置、第四动力装置的驱动下相对于所述鱼身本体转动。
在一些优选实施例中，所述辅助仿生机器鱼本体安装有丝杠，所述丝杠上安装有重心调节块，所述第一动力单元为电机，所述丝杠由所述电机驱动。
在一些优选实施例中，所述辅助仿生机器鱼还包括安装于辅助仿生机器鱼本体内用于监测目标的状态信息的惯性传感器、电池电量监测传感器和深度传感器。
在一些优选实施例中包括一种水下数据采集系统，包括：基站，安装于能够浮于水面或固定于地面的装置；上述目标，以及上述辅助仿生机器鱼，所述辅助仿生机器鱼和所述目标均能够与所述基站通信连接、电性连接。
本发明的有益效果：
本发明的辅助仿生机器鱼通过嵌入式视觉板实现对水下目标的识别和定位，通过电磁铁吸附和释放目标，通过无线充电线圈对目标进行水下无线充电，通过通信模块和目标进行通信。该辅助仿生机器鱼可以实现目标的水下充电、水下通信、定点投放和打捞等功能，一条本发明辅助仿生机器鱼可以对若干目标实现上述任务，扩大目标的作业深度和范围，大幅度减少目标的回坞频率，提高作业效率。
本发明的辅助仿生机器鱼通过在鱼身本体中设置惯性传感器、电池电量监测传感器、深度传感器等，可以监测目标的状态信息并及时协助目标执行工作。
本发明的辅助仿生机器鱼本体采用仿鲸鲨的流线型设计，由聚甲醛工程塑料制作，可以增强耐压能力，提高下潜深度。
本发明的辅助仿生机器鱼上采用锂电池组负责所有装置的电源，锂电池重量轻、体积小、容量大、耐低温、环保无污染。
本发明的辅助仿生机器鱼的推进机构可使本发明辅助仿生机器鱼实现滑翔运动和仿鱼游动两种运动方式，能够低能耗地进行长距离的运动，也能够实现机动灵活的短距离快速运动。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明辅助仿生机器鱼整体结构示意图；
图2是本发明辅助仿生机器鱼鱼身本体结构示意图；
图3是本发明辅助仿生机器鱼鱼尾本体结构示意图；
图4是本发明辅助仿生机器鱼吸附目标仿生机器鱼示意图；
图5是本发明辅助仿生机器鱼浮力调节装置第二种实施方案的第一实施例结构示意图；
图6是本发明辅助仿生机器鱼浮力调节装置第二种实施方案的第二实施例结构示意图；
附图标记列表：
1-鱼身本体；2-鱼尾本体；3-尾鳍；4-背鳍；5-腰关节；6-尾关节；7-航空插头连接线；8-左胸鳍关节；9-右胸鳍关节；10-主控板；11-重心调节装置；12-浮力调节装置，1201-水箱，1202-活塞，1203-第二电机，1204-螺杆，1205-电机齿轮，1206-传动齿轮，1207-活塞齿轮，1208-固定件,1209-推杆，1210-密封堵头；13-锂电池组；14-无线充电线圈；15-嵌入式视觉板；16-电磁铁；17-通信模块；18-腰关节舵机；19-尾关节舵机；20-辅助仿生机器鱼；21-目标仿生机器鱼；22-目标无线充电线圈；23-铁片；24-目标通信模块。
具体实施方式
为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明的辅助仿生机器鱼，主要包括辅助仿生机器鱼本体、推进机构、识别机构、固定机构、交互机构和控制器，所述推进机构、所述识别机构、所述固定机构和所述控制器均安装于所述辅助仿生机器鱼本体，所述推进机构、所述识别机构和所述固定机构均与所述控制器通信连接，其中：推进机构，用于驱动所述辅助仿生机器鱼移动；识别机构，用于识别所述辅助仿生机器鱼周围的目标；固定机构，用于将所述辅助仿生机器鱼与所述目标固定；交互机构，用于实现所述辅助仿生机器鱼与所述目标之间的电量传输和/或信息传输。
在一些优选实施例中，所述辅助仿生机器鱼本体包括鱼身本体、鱼尾本体、背鳍和尾鳍，其中：所述鱼身本体与所述鱼尾本体连接端转动连接，所述尾鳍与所述鱼尾本体连接端的相反端转动连接，所述背鳍固设于所述鱼身本体顶部。
在一些优选实施例中，所述推进机构包括重心调节装置、关节组件及浮力调节装置，其中：所述重心调节装置包括重心调节块，所述重心调节块在第一动力单元的驱动下沿所述鱼身本体的主轴线方向可往复移动，所述第一动力单元固定于所述鱼身本体，所述重心调节装置还包括用于检测所述重心调节块移动位置的传感器，所述传感器的信号输出端、所述第一动力单元的控制端均与所述控制器信号连接；所述关节组件包括左胸鳍关节、右胸鳍关节、腰关节和尾关节，所述左胸鳍关节和右胸鳍关节分别设置于所述鱼身本体左右两侧，所述腰关节和尾关节分别设置于所述鱼尾本体的前部和后部，所述鱼身本体与固设于所述鱼尾本体前部的所述腰关节连接；所述尾鳍与固设于所述鱼尾本体后部的所述尾关节连接。
在一些优选实施例中，所述浮力调节装置固设于所述鱼身本体下部，所述浮力调节装置包括水箱、活塞和第二动力单元，所述活塞设置于所述水箱内部，所述活塞在第二动力单元的驱动下在所述水箱内部做往复运动且与所述水箱形成动密封，所述水箱一端设有通水口，所述活塞通过往复运动可实现所述水箱吸水、排水，所述第二动力单元的控制端与所述控制器信号连接，或者，所述浮力调节装置包括油囊、液压泵和油箱，所述油囊、所述液压泵和所述油箱依次连通，所述油囊为可伸缩油囊，所述液压泵的控制端与所述控制器信号连接，或者，所述浮力调节装置包括水箱、液压阀和液压泵，所述水箱一端设有通水口，所述液压阀安装于所述通水口，所述液压阀的控制端与所述控制器信号连接，所述液压泵以能够将所述水箱内的水排出外部的方式安装于所述水箱，所述液压泵的控制端与所述控制器信号连接。
在一些优选实施例中，所述识别机构包括嵌入式视觉板；所述嵌入式视觉板设置于所述鱼身本体底部用于视觉识别所述目标。
在一些优选实施例中，所述固定机构包括电磁铁，所述电磁铁设置于所述鱼身本体底部用于吸附和释放目标。
在一些优选实施例中，所述交互机构包括无线充电线圈和通信模块，所述无线充电线圈设置于所述鱼身本体底部以对所述目标充电，所述通信模块固设于所述鱼身本体以实现无线通信。
在一些优选实施例中，所述鱼尾本体可相对于所述鱼身本体摆动，在第一动力装置的驱动下所述鱼尾本体与所述鱼身本体通过腰关节可转动连接；所述尾鳍可相对于所述鱼尾本体摆动，在第二动力装置的驱动下所述尾鳍与所述鱼尾本体通过尾关节可转动连接；所述左胸鳍关节和右胸鳍关节可相对于所述鱼身本体摆动，所述左胸鳍关节和右胸鳍关节分别在第三动力装置、第四动力装置的驱动下相对于所述鱼身本体转动。
在一些优选实施例中，所述辅助仿生机器鱼本体安装有丝杠，所述丝杠上安装有重心调节块，所述第一动力单元为电机，所述丝杠由所述电机驱动。
在一些优选实施例中，所述辅助仿生机器鱼还包括安装于辅助仿生机器鱼本体内用于监测目标的状态信息的惯性传感器、电池电量监测传感器和深度传感器。
在一些优选实施例中包括一种水下数据采集系统，包括：基站，安装于能够浮于水面或固定于地面的装置；上述目标，以及上述辅助仿生机器鱼，所述辅助仿生机器鱼和所述目标均能够与所述基站通信连接、电性连接。
为了更清晰地对本发明辅助仿生机器鱼进行说明，下面结合附图对本方发明一种优选实施例进行展开详述。
本发明的一种优选实施例的辅助仿生机器鱼吸附目标为仿生机器鱼，本发明可在水下对不同仿生机器目标进行辅助识别、定位、充电、通信，实用性高，本领域技术人员可根据需要灵活应用本发明识别、定位、充电、通信任意种类仿生机器，出于描述方便，实施例仅将目标定为仿生机器鱼进行示意说明。
图1是本发明辅助仿生机器鱼一种实施方式的整体结构示意图，如图1所示辅助仿生机器鱼本体主要包括鱼身本体1、鱼尾本体2、背鳍4和尾鳍3，鱼身本体1与鱼尾本体2连接端转动连接，尾鳍3与鱼尾本体2连接端的相反端转动连接，背鳍4固设于鱼身本体1顶部，鱼身本体1和鱼尾本体2的电路通过航空插头连接线7连接，实现鱼尾本体2供电及两个本体间的通信。
继续参阅图2，本发明辅助仿生机器鱼包括推进机构、识别机构、固定机构、交互机构和控制器，所述推进机构、所述识别机构、所述固定机构和所述控制器均安装于所述仿生机器鱼本体，本实施例优选主控板10为控制器，推进机构、识别机构和固定机构均与主控板10通信连接，主控板10固设于鱼身本体1内，可控制推进机构使本发明辅助仿生机器鱼移动到目标仿生机器鱼上方并调整姿态与其平行，然后控制电磁铁16通电，与目标上的相应磁装置吸附，使两者紧密贴合。图2示出了主控板10、固定机构、识别机构、交互机构、推进机构于鱼身本体1的安装关系；其中识别机构主要包括嵌入式视觉板15；固定机构主要包括电磁铁16；交互机构主要包括无线充电线圈14和通信模块17；推进机构主要包括重心调节装置11、浮力调节装置12、关节组件，关节组件进一步包括固设于鱼身本体1左侧的左胸鳍关节8、固设于鱼身本体1右侧的右胸鳍关节9、以及固设于鱼尾本体2前部的腰关节5和固设于鱼尾本体2后部的尾关节6。
结合图1-3，鱼身本体1和鱼尾本体2由腰关节5连接，通过第一动力装置实现尾关节2的摆动；鱼尾本体2和尾鳍3由尾关节6连接，通过第二动力装置实现尾鳍3的摆动；左胸鳍关节8和右胸鳍关节9分别通过第三动力装置和第四动力装置实现相对于鱼身本体1的往复运动；通过关节组件可实现本发明辅助仿生机器鱼仿鱼游动。
优选地，本实施例中第一、第二动力装置均为舵机驱动传动齿轮实现摆动，如图3所示，腰关节舵机18与尾关节舵机19于鱼尾本体2中的安装关系，结合图1，腰关节舵机18驱动齿轮传动，可实现鱼尾本体2相对于鱼身本体1的摆动；尾关节舵机19可通过驱动齿轮转动实现尾鳍4相对于鱼尾本体2的转动。本领域技术人员可在实际应用中灵活设置第一动力装置和第二动力装置的具体结构，只要能够实现鱼尾本体2相对于鱼身本体1相对摆动、尾鳍3相对于鱼尾本体2相对摆动即可；第三动力装置和第四动力装置如图2所示，优选为舵机驱动传动轴以实现左胸鳍关节8和右胸鳍关节9相对于鱼身本体1的往复运动；所述第一、第二动力装置的舵机输出轴、第三、第四动力装置的传动轴均通过格莱圈实现动密封，格莱圈密封可靠、结构简洁、价格低廉，经济型高。本领域技术人员可在实际应用中灵活设置第三动力装置和第四动力装置的具体结构，只要能够实现左胸鳍关节8固设于鱼身本体1左侧且相对于鱼身本体1往复运动、右胸鳍关节9固设于鱼身本体1右侧且相对于鱼身本体1往复运动即可；这种对动力装置结构的改变并不偏离本发明的原理和范围，均应限定在本发明的保护范围之内。
进一步地，本发明辅助仿生机器鱼的鱼身本体1还安装有重心调节装置11。本实施例中重心调节装置11安装鱼身本体1内的纵向对称面上，重心调节装置11主要包括第一动力单元、传感器、丝杠，及安装于丝杠上的重心调节块；所述第一动力单元为第一电机，所述丝杠、所述第一电机和所述传感器共线固定于鱼身本体1上，所述丝杠轴线位于鱼身本体1的纵平面且与主轴平行，所述丝杠由安装于鱼身本体1的第一电机驱动，所述第一电机带动所述丝杠转动时，所述安装于丝杠上的重心调节块随之运动产生位移，所述重心调节块沿鱼身本体1的主轴方向上产生位移，所述传感器用于检测所述重心调节块的移动位置，所述传感器的信号输出端、所述第一电机的控制端均与主控板10信号连接，通过主控板10使第一电机驱动丝杠使重心调节块产生位移而改变辅助仿生机器鱼的重心位置，从而改变辅助仿生机器鱼的俯仰角姿态。本实施例传感器优选为红外线测距传感器，红外测距传感器可以检测重心调节块的实时位置，以实现重心调节块位置的精确控制。本领域技术人员可根据自身实际需求，灵活选择传感器种类，这种对传感器的选择并不偏离本发明的原理和范围，均应限定在本发明的保护范围之内。
进一步地，本发明辅助仿生机器鱼的鱼身本体1还安装有浮力调节装置12。浮力调节装置12安装于鱼身本体1的下部，本发明中浮力调节装置12主要提供三种实施方案；
本发明浮力调节装置12的第一种实施方案提供了一种浮力调节装置主要包括水箱、液压阀和液压泵，所述水箱一端设有通水口，所述液压阀安装于所述通水口，所述液压阀的控制端、所述液压泵的控制端均与主控板10信号连接，所述液压泵以能够将所述水箱内的水排出外部的方式安装于所述水箱，所述液压泵通过调节水箱内水量可实现改变辅助仿生机器鱼的净浮力，实现辅助仿生机器鱼滑翔运动。
本发明浮力调节装置12的第二种实施方案提供了一种浮力调节装置主要包括水箱、活塞及第二动力单元，本实施方案中所述第二动力单元为第二电机，第二电机的控制端与主控板10信号连接，所述活塞可以为活塞杆、活塞环、活塞连杆等，本发明优选活塞杆作为实施例进行说明，本领域技术人员可根据实际应用灵活地设置活塞的具体机构，本实施方案第一方面提供了一种浮力调节装置实施例，参照图5所示的一种浮力调节装置包括，1201-水箱，1202-活塞，1203-第二电机，1204-螺杆，1205-电机齿轮，1206-传动齿轮，1207-活塞齿轮，1208-固定件；如图所示第二电机1203固设于所述鱼身本体1下部，所述水箱1201为两个，两水箱1201横向设置于第二电机1203两侧，两水箱1201均开设有通水口，两水箱1201通水口处与鱼身本体1的水流开口处相连接，使得水箱内部与水环境相通，两水箱1201通水口相反端均设有活塞1202及螺杆1204，螺杆1204与活塞1202固定构成活塞杆，安装在水箱1201内，除螺杆1204与活塞1202的所有零件安装在固定件1208上；电机齿轮1205与传动齿轮1206啮合，传动齿轮1206与活塞齿轮1207啮合；相同名称的齿轮大小相同，第二电机1203可带动电机齿轮1205转动，经过传动齿轮1206带动活塞齿轮1207转动，活塞齿轮1207内孔有螺纹，从而使螺杆1204产生横向位移，拉动活塞运动；两个活塞齿轮1207的转动方向与速度都相同，从而可以保证两个水箱内的水量相等，浮力调节装置12的重心保持在纵平面上，齿轮、螺杆的参数等本领域技术人员可按实际需要灵活设置，浮力调节装置12通过第二电机1203驱动活塞杆位移实现水箱的抽水或排水，从而改变辅助仿生机器鱼的净浮力，实现辅助仿生机器鱼滑翔运动。本实施例第二方面提供了一种浮力调节装置实施例，如图6所示，即所述水箱1201横向设置于鱼身本体1下部，所述水箱1201内底部设有第二电机1203，所述水箱1201另一端通口处供水流通，所述水箱内还包括推杆1209和活塞1202，所述推杆1209和活塞1202固定连接构成活塞杆，推杆1209为中空结构，推杆1209与第二电机1203输出轴相连，第二电机1203的控制端通过密封堵头1210与主控板10信号连接，第二电机1203可驱动推杆1209移动，进而带动活塞1202移动，活塞1202与水箱1201通口配合形成动密封，从而进行吸排水操作，浮力调节装置12通过第二电机驱动活塞杆位移实现水箱的抽水或排水，从而改变辅助仿生机器鱼的净浮力，实现辅助仿生机器鱼滑翔运动。
本发明浮力调节装置12的第一、第二实施方案均为可调压载式浮力调节装置，即在体积不变的情况下，通过改变自身重量来调节净浮力的大小，由于原理相同，本实施例中仅对第二种实施方案的第二实施例进行了详述，对此原理下其他方案不再一一举例。
本发明浮力调节装置12的第三种实施方案提供了一种浮力调节装置主要包括油囊、液压泵和油箱，所述油囊安装于鱼身本体1下部裸露在本发明辅助仿生机器鱼外部的海水中，所述油囊、所述液压泵和所述油箱依次连通，所述油囊为可伸缩的油囊，所述液压泵的控制端与主控板10信号连接，所述液压泵将所述油箱内的液压油输送至所述油囊，则所述油囊膨胀变形，油囊体积增大的情况下浮力大于重力而上浮，同理，油囊体积缩小则浮力减小，通过油囊体积的改变，从而改变辅助仿生机器鱼的净浮力，实现辅助仿生机器鱼滑翔运动。本发明浮力调节装置12的第三实施方案为可变体积式浮力调节装置，本领域技术人员可在实际应用中灵活设置浮力调节装置12的具体结构，这种对浮力调节装置12结构的调整在不偏离本发明的原理和范围下，均应限定在本发明的保护范围之内。
本发明辅助仿生机器鱼可以通过重心调节装置11、浮力调节装置12、左胸鳍关节8、右胸鳍关节9和尾关节6实现水下的滑翔运动模式，在低能耗的状态下实现长距离的运动，也可以通过左胸鳍关节8、右胸鳍关节9、腰关节5和尾关节6实现辅助仿生机器鱼的仿鱼游动模式，灵活地调整姿态和实现短距离的快速运动。
继续参阅图2，本发明辅助仿生机器鱼识别机构包括安装在鱼身本体1的底部的嵌入式视觉板15，嵌入式视觉板15可通过视觉识别获取水下环境信息，并检测识别和定位本发明辅助仿生机器鱼周围的目标仿生机器鱼并与主控板10信号连接。进一步地，如图2所示，本发明辅助仿生机器鱼还包括安装在鱼身本体1的底部的电磁铁16，电磁铁16由主控板10控制通断电，电磁铁16通电时能够在辅助仿生机器鱼靠近目标时进行吸附动作，使目标仿生机器鱼与本发明辅助仿生机器鱼紧密贴合，此时本发明辅助仿生机器鱼通过推进机构可带动目标仿生机器鱼定向移动，电磁铁16断电可释放目标仿生机器鱼，通过主控板10控制电磁铁16的通电、断电实现对目标仿生机器鱼的吸附、释放，即可实现对目标仿生机器鱼的定点投放和打捞。本实施例交互机构主要包括通信模块17和无线充电线圈14，通信模块17和无线充电线圈14均与主控板10信号连接，其中通信模块17可以在水面上与上位机进行无线通信，也可以在水下吸附目标仿生机器鱼时与其进行无线通信，无线充电线圈14可在本发明辅助仿生机器鱼吸附目标仿生机器鱼时，对目标仿生机器鱼水下无线充电；通信模块17和无线充电线圈14可同时工作，即本发明辅助仿生机器鱼可同时对目标仿生机器鱼进行电量传输和/或信息传输。
本发明辅助仿生机器鱼的鱼身本体1还设置有锂电池组13，锂电池组13负责所有装置的电源以及通过安装在底部的无线充电线圈14进行放电。此外，本发明辅助仿生机器鱼还包括安装于辅助仿生机器鱼本体1内用于监测目标的状态信息的惯性传感器、电池电量监测传感器和深度传感器，所述性传感器、电池电量监测传感器和深度传感器均与主控板10信号连接。
本发明辅助仿生机器鱼的工作示意图参阅图4，图4为本发明辅助仿生机器鱼吸附目标仿生机器鱼的一个示例，在本发明辅助仿生机器鱼嵌入式视觉板15识别到目标仿生机器鱼21并定位后，主控板10控制辅助仿生机器鱼20移动到目标仿生机器鱼21上方并控制推进机构调整姿态与目标仿生机器鱼21平行，姿态调整后主控板10控制电磁铁16通电，以吸附安装在目标仿生机器鱼21上方的铁片23，使两者贴合。进而辅助仿生机器鱼20的无线充电线圈14向目标仿生机器鱼21的目标无线充电线圈22放电，同时，辅助仿生机器鱼20的通信模块17和目标仿生机器鱼21的目标通信模块24进行无线通信，完成数据的传输和任务发布等。在吸附的同时，辅助仿生机器鱼20可以通过滑翔运动模式和/或仿鱼游动模式将目标仿生机器鱼运送到指定位置，至此，本发明辅助仿生机器鱼实现对目标仿生机器鱼的水下充电、水下通信、定点投放和打捞。
本发明优选应用环境为一种水下数据采集系统，所述水下数据采集系统包括：基站，安装于能够浮于水面或固定于地面的装置；目标，上述目标仿生机器鱼，以及本发明的辅助仿生机器鱼，本发明辅助仿生机器鱼和所述目标仿生机器鱼均能够与基站通信连接、电性连接。本实施例中，优选目标仿生机器鱼体形比本发明辅助仿生机器鱼小，携带电池少，续航能力弱的小型仿生机器鱼，以实现一条本发明辅助仿生机器鱼可以对若干小型仿生机器鱼实现水下充电、水下通信、定点投放和打捞任务，扩大小型仿生机器鱼的作业深度和范围，大幅度减少小型仿生机器鱼的回坞频率，提高作业效率。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“中”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“相连”、“连接”、“对接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种辅助仿生机器鱼，其特征在于，包括辅助仿生机器鱼本体、推进机构、识别机构、固定机构、交互机构和控制器，所述辅助仿生机器鱼本体为仿鲸鲨流线型，所述辅助仿生机器鱼本体包括鱼身本体、鱼尾本体、背鳍和尾鳍，所述鱼身本体与所述鱼尾本体连接端转动连接，所述尾鳍与所述鱼尾本体连接端的相反端转动连接，所述背鳍固设于所述鱼身本体顶部；所述推进机构、所述识别机构、所述固定机构和所述控制器均安装于所述辅助仿生机器鱼本体，所述推进机构、所述识别机构和所述固定机构均与所述控制器通信连接，其中：
推进机构，用于驱动所述辅助仿生机器鱼移动；
识别机构，用于识别所述辅助仿生机器鱼周围的目标；
固定机构，用于在所述辅助仿生机器鱼本体吸附目标时，将所述辅助仿生机器鱼与所述目标固定,所述固定机构包括电磁铁，所述控制器控制所述电磁铁通电或断电，所述电磁铁通电时可吸附目标，所述电磁铁断电可释放目标，所述控制器通过控制所述电磁铁的断电/通电以对目标进行定点投放/打捞；
交互机构，用于实现所述辅助仿生机器鱼与所述目标之间的电量传输和/或信息传输；
所述控制器配置为：在所述识别机构识别到目标并定位后，控制推进机构使辅助仿生机器鱼移动到目标上方并控制推进机构调整姿态与目标平行，姿态调整后电磁铁通电，以吸附安装在目标方的铁片，使两者贴合；控制交互机构对目标进行电量传输和/或信息传输，完成数据的传输和任务发布；在吸附状态下，所述控制器控制辅助仿生机器鱼通过滑翔运动模式和/或仿鱼游动模式将目标运送到指定位置，以实现对目标的水下充电、水下通信、定点投放和打捞。
2.根据权利要求1所述的辅助仿生机器鱼，其特征在于，所述推进机构包括重心调节装置、关节组件及浮力调节装置，其中：
所述重心调节装置包括重心调节块，所述重心调节块在第一动力单元的驱动下沿所述鱼身本体的主轴线方向可往复移动，所述第一动力单元固定于所述鱼身本体，所述重心调节装置还包括用于检测所述重心调节块移动位置的传感器，所述传感器的信号输出端、所述第一动力单元的控制端均与所述控制器信号连接；
所述关节组件包括左胸鳍关节、右胸鳍关节、腰关节和尾关节，所述左胸鳍关节和右胸鳍关节分别设置于所述鱼身本体左右两侧，所述腰关节和尾关节分别设置于所述鱼尾本体的前部和后部，所述鱼身本体与固设于所述鱼尾本体前部的所述腰关节连接；所述尾鳍与固设于所述鱼尾本体后部的所述尾关节连接；
所述浮力调节装置固设于所述鱼身本体下部，
所述浮力调节装置包括水箱、活塞和第二动力单元，所述活塞设置于所述水箱内部，所述活塞在第二动力单元的驱动下在所述水箱内部做往复运动且与所述水箱形成动密封，所述水箱一端设有通水口，所述活塞通过往复运动可实现所述水箱吸水、排水，所述第二动力单元的控制端与所述控制器信号连接，或者，
所述浮力调节装置包括油囊、液压泵和油箱，所述油囊、所述液压泵和所述油箱依次连通，所述油囊为可伸缩油囊，所述液压泵的控制端与所述控制器信号连接，或者，
所述浮力调节装置包括水箱、液压阀和液压泵，所述水箱一端设有通水口，所述液压阀安装于所述通水口，所述液压阀的控制端与所述控制器信号连接，所述液压泵以能够将所述水箱内的水排出外部的方式安装于所述水箱，所述液压泵的控制端与所述控制器信号连接。
3.根据权利要求1所述的辅助仿生机器鱼，其特征在于，所述识别机构包括嵌入式视觉板；所述嵌入式视觉板设置于所述鱼身本体底部用于视觉识别所述目标。
4.根据权利要求1所述的辅助仿生机器鱼，其特征在于，所述交互机构包括无线充电线圈和通信模块，所述无线充电线圈设置于所述鱼身本体底部以对所述目标充电，所述通信模块固设于所述鱼身本体以实现无线通信。
5.根据权利要求2所述的辅助仿生机器鱼，其特征在于，
所述鱼尾本体可相对于所述鱼身本体摆动，在第一动力装置的驱动下所述鱼尾本体与所述鱼身本体通过腰关节可转动连接；
所述尾鳍可相对于所述鱼尾本体摆动，在第二动力装置的驱动下所述尾鳍与所述鱼尾本体通过尾关节可转动连接；
所述左胸鳍关节和右胸鳍关节可相对于所述鱼身本体摆动，所述左胸鳍关节和右胸鳍关节分别在第三动力装置、第四动力装置的驱动下相对于所述鱼身本体转动。
6.根据权利要求2所述的辅助仿生机器鱼，其特征在于，所述鱼身本体安装有丝杠，所述丝杠上安装有所述重心调节块，所述第一动力单元为电机，所述丝杠由所述电机驱动。
7.根据权利要求1所述的辅助仿生机器鱼，其特征在于，所述辅助仿生机器鱼还包括安装于辅助仿生机器鱼本体内用于监测目标的状态信息的惯性传感器、电池电量监测传感器和深度传感器。
8.根据权利要求1所述的辅助仿生机器鱼，其特征在于，所述控制器为主控板，所述主控板固设于所述鱼身本体内。
9.一种水下数据采集系统，其特征在于，包括：
基站，安装于能够浮于水面或固定于地面的装置；
权利要求1至8中任一项所述的目标，以及
权利要求1至8中任一项所述的辅助仿生机器鱼，所述辅助仿生机器鱼和所述目标均能够与所述基站通信连接、电性连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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