CN110182341A - 一种用于水族馆表演的仿生机器海龟 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水族馆表演的仿生机器海龟，涉及水下机器人领域，解决了水下机器人使用时充电不便，易造成检测及展示中断并造成机器损耗的弊端，其技术方案要点是包括由龟头、龟身、四肢及尾部组成的海龟本体，还包括有安装于海龟本体上以驱动海龟本体动作的驱动装置、安装于龟身内进行供电的蓄电池；海龟本体的尾部还设置通过电缆进行直充的接线水密头，龟身的腹部表面设置有进入充电磁场区进行充电的无线充电装置，本发明的一种用于水族馆表演的仿生机器海龟，能够灵活的进行电量的补充，操作便捷，且水下探测稳定。

Description

一种用于水族馆表演的仿生机器海龟

技术领域

本发明涉及水下机器人，特别涉及一种用于水族馆表演的仿生机器海龟。

背景技术

水下世界占据着地球覆盖面积的大部分区域，由于设备以及技术的严苛要求，对于水下的状况，大众难以做到实时直观的了解，常常是在科技馆或者海洋馆观看一些模拟的水下世界，随着水下机器设备的发展，在水下的探索技术也更加的成熟，对于大众展示的内容也越来越多元真实化。

在海洋馆内进行表演展示的机器人，一般都是在特定的时间做表演，并且需要人工及时的补充电能，每一次操作都需要机器人从水中上浮，并中断对应的表演和水下情况的探测，操作不便、易造成对机器本身的损耗，同时也难以给观众带来良好的体验效果，还有待改进的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于水族馆表演的仿生机器海龟，能够灵活的进行电量的补充，操作便捷，且水下探测稳定。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于水族馆表演的仿生机器海龟，包括由龟头、龟身、四肢及尾部组成的海龟本体，还包括有安装于海龟本体上以驱动海龟本体动作的驱动装置、通过电缆连接电源对海龟本体直接进行供电的电力载波模块、安装于龟身内进行供电的蓄电池；所述海龟本体的尾部还设置通过电缆对蓄电池进行直充的接线水密头，所述龟身的腹部表面设置有进入充电磁场区对蓄电池进行充电的无线充电装置。

采用上述方案，驱动装置对海龟本体的运动进行控制，采用电缆连接电力载波模块直接供电和蓄电池进行供电的两种供电方式的选择。采用蓄电池进行供电时，在蓄电池电量不足时，可以通过更换蓄电池续航，而在海龟本体的尾部设置的接线水密头，能够通过电源对蓄电池直充续航，实现在水面上方的多种续航方式；而龟身底部表面设置的无线充电装置，能够在水底设置充电磁场时不浮出水面对蓄电池进行充电续航，实现多种续航，减少对机器的损坏。

作为优选，所述海龟本体还安装有对水下环境进行传感检测并输出对应检测信号的传感器组；所述驱动装置包括有固定连接于四肢和龟身之间的舵机及支架、响应于检测信号且控制舵机动作的控制模块；还包括有响应于检测信号并将检测信号无线发送至上位机的无线收发装置。

采用上述方案，舵机和支架实现四肢与龟身的连接，通过舵机和支架能够实现四肢的摆动，传感器组能够对水底环境进行传感检测，驱动装置的控制模块对检测信号进行相应电信号转换，通过无线收发装置能够实现远程信号的发送和接收，实现检测信号的发送；并能够实现远程的驱动控制。

作为优选，所述龟身内部设置有对控制模块及蓄电池进行密封安装的密封舱；所述控制模块还包括有对蓄电池电量进行检测的电流传感器。

采用上述方案，龟身内部设置的密封舱能对控制模块及蓄电池进行密封，避免在水内受到破坏，控制模块的电流传感器能够在蓄电池电量低时进行响应反馈，避免电量低造成海龟本体的故障或丢失。

作为优选，还设置有于蓄电池电量低于设定值时触发充电控制的触动开关，所述海龟本体还设置有受控于触动开关以于电量低时打开并携带海龟本体浮出水面的压缩气囊，所述无线装置响应于触动开关并向上位机发送更换电池信号。

采用上述方案，海龟本体上设置的压缩气囊能够在触动开关动作后打开，通过压缩气囊将海龟本体携带浮出水面，无线收发装置进行信号的发送，进而在低电量的情况下方便操作者对海龟本体进行充电或者更换电池操作。

作为优选，所述电流传感器还设置有进行无线充电的电量值，所述控制模块于所述电流传感器检测到蓄电池电量低于无线充电的电量值时控制所述海龟本体通过无线充电装置进行无线充电。

作为优选，所述龟身的两侧设置有存储饵料的饵料仓，所述控制模块还包括有设置于所述饵料仓内通过无线收发装置以接收控制饵料仓开闭信号的接收器。

采用上述方案，龟身内部设置的饵料仓能进行饵料的存储，配合于控制饵料仓开闭的接收器，使得当海龟本体在水内游动时，能够在水下直接进行投喂，提高饵料的利用率，同时代替人工投喂，操作更加的便捷高效。

作为优选，所述四肢的前肢与龟身之间连接的舵机及支架设置有若干；所述四肢内连接有驱动四肢摆动的尼龙绳。

采用上述方案，通过若干舵机及支架的连接四肢与龟身，实现多关节，进而使四肢的摆动更加的灵活、生动；通过尼龙绳线驱动，大大提高了海龟的游动效率。

作为优选，所述龟身的腹部表面于靠近四肢的后肢处安装有推进器。

采用上述方案，通过龟身下表面安装的推进器进行动力的提供，进而能够对海龟本体游动进行加速，推进效率更高。

作为优选，所述海龟本体的颈部安装有连接龟头与龟身的波纹管。

采用上述方案，海龟本体的颈部安装的波纹管对龟头和龟身进行连接，波纹管的设置能够实现灵活的摆动，模拟海龟的颈部可多维度的摆动。

作为优选，所述龟身的外表面植入有耦接于所述控制模块的柔性屏，所述龟头安装有耦接于所述控制模块的微型摄像头及激光避障仪。

采用上述方案，龟身的外表面植入的柔性屏连接于控制模块，能够实现互动的点触，而龟头处安装的微型摄像头能够进行水下状况拍摄和直播，同时也能够配合于柔性屏进行展示；激光避障仪能在水下游动时进行障碍物检测，避免造成碰撞损坏。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

仿生海龟在水下进行探索，对水下生物及环境影响小，检测结果更加稳定；蓄电池、接线水密头及无线充电装置的配合，实现多种充电方式的选择，仿生海龟在使用的时候，能够选择合适的充电方式，在海洋馆表演时，可以通过无线充电装置在不浮出水面的情况下长时间在水下展示，操作更加的便捷。

附图说明

图1为海龟本体的俯视结构示意图；

图2为海龟本体俯视方向的内部结构图；

图3为海龟本体的仰视；

图4为电子器件之间的关系框图。

图中：1、海龟本体；11、龟头；111、微型摄像头；112、激光避障仪；12、龟身；121、密封舱；122、饵料仓；123、推进器；13、四肢；14、尾部；15、波纹管；21、舵机；22、支架；23、控制模块；4、接线水密头；5、无线充电装置；6、无线收发装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例公开的一种用于水族馆表演的仿生机器海龟，如图1所示，包括由龟头11、龟身12、四肢13及尾部14组成的海龟本体1。

如图2所示，在龟头11的嘴部安装有微型摄像头111，在两侧龟眼处安装有激光避障仪112，通过微型摄像头111能够将海龟本体1游动所处的环境进行拍摄，拍摄获取水下动态画面；激光避障仪112对海龟本体1所处环境的障碍物进行探测，并且能在游动的时候主动的进行躲避，避免造成磕碰。

如图2及图3所示，海龟本体1的龟身12和龟头11之间通过波纹管15进行连接，波纹管15的设置使得龟头11实现多维度的摆动，更加的灵活逼真。龟身12的两侧设置有存储饵料的饵料仓122，通过饵料仓122的仓门开闭，便捷地实现在水下的投喂，可实现聚集馆内其他鱼类，定点表演，有利于鱼类行为的表演。龟身12还设置有驱动装置，驱动装置包括有连接于四肢13和龟身12之间的舵机21及对应的支架22，还包括有安装于龟身12内部的控制模块23。海龟本体1的四肢13通过舵机21及支架22实现与龟身12的连接，舵机21及支架22的组合设置有若干，前肢与龟身12之间优选设置有两个舵机21，多个舵机21的设置使得四肢13在摆动时更加灵活。四肢13通过硅胶倾注成型，四肢内连接有尼龙绳，通过尼龙绳实现线驱动，通过控制模块23控制改变尼龙绳的绳长改变量，驱动舵机21动作，进而使机器海龟四肢13得以摆动。

龟身12的内部设有供器件存放的腔室，腔室内安装有密封舱121、电力载波模块、控制模块23以及蓄电池，密封舱121分为上舱和下舱，上舱安装电力载波模块及对海龟本体1的运动进行控制的控制模块23，下舱安装进行供电的蓄电池。通过电力载波模块直接连接电缆直接实现对海龟本体1的供电，电力载波模块优选采用型号为QCA7420的电力载波芯片。蓄电池采用特斯拉电池，其为松下钴酸锂电池，具有更高的存储容量，能够尽量减少航行器的续航里程，下舱通过水泥埋于舱内对蓄电池进行固定，同时通过水泥的重量增加海龟本体1的质量，保持海龟本体1的重心及整体的稳定。各用电元器件安装于上舱，通过电线连接于下舱中的蓄电池，且在下舱设置有水密头安装于出线位置，对下舱进行防水密封处理。几条出舱电线紧密堆积，采用3M胶于每根电线上紧密缠绕5cm左右两层，后适宜水密头大小合并部分电线紧密堆积，采用3M胶再次缠绕合并电线5cm左右一层，套上7cm左右的热缩管，双口填充ab胶后用热风机使热缩管紧缩，热缩管位置于出线位置，外部套上水密头，出线孔的位置用ab胶填充，做到出舱的防水工艺。

海龟本体1的尾部14用硅胶浇铸，连接于龟身12尾端，在尾部14还设置通过电缆进行直充的接线水密头4，并通过导线连接至蓄电池，接线水密头4能够通过电缆连接蓄电池直接进行有线充电。龟身12的外表面植入有柔性屏，柔性屏连接龟身12内的控制模块23进行点触及展示；柔性屏对环境扰动很小，同时可以与观众产生互动。

如图3所示，龟身12的腹部表面设置有无线充电装置5，在海洋馆水下设置充电磁场区，电磁场区设有电磁屏蔽，通过电磁屏蔽对海龟本体1的内部各电控元件进行屏蔽，防止干扰。海龟本体1通过无线充电装置5在水下充电磁场区进行充电，在不浮出水面的情况下及时且便捷的进行电能的补充。在龟身12腹部靠近后肢的位置安装有推进器123，通过推进器123的喷水，进行加速，使得推动效率更高。

如图4所示，还包括有设置于海龟本体1上对水下环境参数进行传感检测的传感器组、对传感器组检测到的检测信号及驱动装置的控制模块23发送的各信号进行无线收发的无线收发装置6。传感器组可以选有水压传感器、深度传感器等，通过传感器组的众多传感器可实现对水下环境的探测，通过控制模块23进行对应检测信号的电转换及无线装置的发送，可以实现水下环境的监测，各传感器相配合实现标定所视之物的距离大小，记录水下的三维立体结构。

控制模块23还包括有触动开关以及电流传感器，电流传感器通过流电流传感器经的电流大小对蓄电池的电量进行传感检测，无线装置响应于电流传感器可将蓄电池的电量信息无线发送至上位机，方便操作人员的知晓处理，并且电流传感器设有进行无线充电的电量值和触发触动开关的设定值，当检测到电量值小于等于30％时，控制模块23控制海龟本体1直行接近触壁，体内姿态仪传感器调整，使海龟本体1沿壁后向内环绕寻找充电磁场中心位置，进行无线充电，使用安全方便且耐用；当蓄电池的电量低于设定值时，即电量耗尽时，电流传感器输出对应的型号并触发触动开关动作，同时无线装置响应于触动开关并向上位机发送充电的信号，此时可以选择通过更换电池，快速实现电源的补充并投入使用；也可通过拆卸接线水密头4对蓄电池直接充电补充电量。海龟本体1上还设置有安装有压缩气囊，在不使用的时候压缩收纳，当需要更换电池或者通过接线水密头4直充的时候，压缩气囊受控于控制模块23，控制模块23控制压缩气囊打开，通过浮力携带海龟本体1浮出水面。无线收发装置6同时发送对应的充电信号至上位机，方便操作人员及时进行处理。

海龟本体1在充电磁场区进行充电时，体内传感器组的各传感器设备开始进行信号检测及数据传输，以电力载波模块作为通信媒介，充电时，机器海龟启动自身故障检测与信号检测，对电路板进行扫描，检测当前状态，预测分析有可能发生的故障，同时进行数据的传输，将在游动过程所拍摄的录像，采集的数据通过无线装置传输至上位机。

控制模块23还设置有通过无线收发装置6来接收控制饵料仓122开闭信号的接收器。接收器可选为超声波接收器，通过无线装置的无线接收，响应于远程的信号，进而能够在海龟本体1在水下游动的时候进行所需的饵料的投喂，提高对饵料的利用率，且操作起来更加的方便。将水下的探测和饵料的投喂通过海龟本体1合二为一进行操作，高效便捷。

控制模块23进行控制的部分可以优选单片机，优选51单片机进行控制操作，还设置有对舵机21进行控制的舵机21控制板及控制器。

操作工况：

通过无线收发装置6对海龟本体1进行远程信号的收发，通过推进器123的动力提供实现海龟本体1的前行，通过控制舵机21实现四肢13的动作，进行游动方向的控制，同时可远程控制饵料仓122内饵料的投喂；微型摄像头111实时进行水下拍摄，激光避障仪112进行自动避障；蓄电池对控制模块23及各类用电器进行供电，同时控制模块23的电流传感器实时对蓄电池的电量进行检测，并且通过无线收发装置6进行传送；

海龟本体1在水下充电磁场区进行无线充电；当电量低于设定值时，触动开关触发，无线收发装置6发送对应的充电信号，压缩气囊将海龟本体1携带出水面，可进行蓄电池的更换或者通过接线水密头4进行直充。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种用于水族馆表演的仿生机器海龟，包括由龟头(11)、龟身(12)、四肢(13)及尾部(14)组成的海龟本体(1)，其特征是：还包括有安装于海龟本体(1)上以驱动海龟本体(1)动作的驱动装置、通过电缆连接电源对海龟本体(1)直接进行供电的电力载波模块、安装于龟身(12)内进行供电的蓄电池；所述海龟本体(1)的尾部(14)还设置通过电缆对蓄电池进行直充的接线水密头(4)，所述龟身(12)的腹部表面设置有进入充电磁场区对蓄电池进行充电的无线充电装置(5)。

2.根据权利要求1所述的用于水族馆表演的仿生机器海龟，其特征是：所述海龟本体(1)还安装有对水下环境进行传感检测并输出对应检测信号的传感器组；所述驱动装置包括有固定连接于四肢(13)和龟身(12)之间的舵机(21)及支架(22)、响应于检测信号且控制舵机(21)动作的控制模块(23)；还包括有响应于检测信号并将检测信号无线发送至上位机的无线收发装置(6)。

3.根据权利要求2所述的用于水族馆表演的仿生机器海龟，其特征是：所述龟身(12)内部设置有对控制模块(23)及蓄电池进行密封安装的密封舱(121)；所述控制模块(23)还包括有对蓄电池电量进行检测的电流传感器。

4.根据权利要求3所述的用于水族馆表演的仿生机器海龟，其特征是：还设置有于蓄电池电量低于设定值时触发充电控制的触动开关，所述海龟本体(1)还设置有受控于触动开关以于电量低时打开并携带海龟本体(1)浮出水面的压缩气囊，所述无线收发装置(6)响应于触动开关并向上位机发送更换电池信号。

5.根据权利要求4所述的用于水族馆表演的仿生机器海龟，其特征是：所述电流传感器还设置有进行无线充电的电量值，所述控制模块(23)于所述电流传感器检测到蓄电池电量低于无线充电的电量值时控制所述海龟本体(1)通过无线充电装置(5)进行无线充电。

6.根据权利要求3所述的用于水族馆表演的仿生机器海龟，其特征是：所述龟身(12)的两侧设置有存储饵料的饵料仓(122)，所述控制模块(23)还包括有设置于所述饵料仓(122)内通过无线收发装置(6)以接收控制饵料仓(122)开闭信号的接收器。

7.根据权利要求1所述的用于水族馆表演的仿生机器海龟，其特征是：所述四肢(13)的前肢与龟身(12)之间连接的舵机(21)及支架(22)设置有若干；所述四肢(13)内连接有驱动四肢(13)摆动的尼龙绳。

8.根据权利要求1所述的用于水族馆表演的仿生机器海龟，其特征是：所述龟身(12)的腹部表面于靠近四肢(13)的后肢处安装有推进器(123)。

9.根据权利要求1所述的用于水族馆表演的仿生机器海龟，其特征是：所述海龟本体(1)的颈部安装有连接龟头(11)与龟身(12)的波纹管(15)。

10.根据权利要求1所述的用于水族馆表演的仿生机器海龟，其特征是：所述龟身(12)的外表面植入有耦接于所述控制模块(23)的柔性屏，所述龟头(11)安装有耦接于所述控制模块(23)的微型摄像头(111)及激光避障仪(112)。