CN110203359A - 仿豹鲂鮄鱼水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种仿豹鲂鮄鱼水下机器人，旨在解决现有技术中水下机器人的螺旋桨推进方式工作环境适应性差、运动状态不稳定、难以满足实际工作需求，低速运动时工作效率低等问题。本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人包括鱼身本体、背鳍、一对胸鳍、尾舱和尾鳍，所述鱼身本体内部设置有控制单元，本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人在控制单元的控制下，可以在水中采用两种推进模式，本发明兼具良好的机动性和运动稳定性，环境适应性强，可在复杂的海底环境中实现平稳运动，同时本发明拥有信息采集模块和探测模块可应用于水下环境监测、水下勘察。

Description

仿豹鲂鮄鱼水下机器人

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种仿豹鲂鮄鱼水下机器人。

背景技术

水下机器人作为一种可在水中移动，具有一定感知能力，可辅助或代替人类完成多种任务的高技术装备，在海洋研究、海洋开发、海洋环境保护等领域具有重要的应用价值。从水下机器人的推进方式角度看，水下机器人可以分为螺旋桨推进和仿鱼类游动的方式。

目前大多数水下机器人推进系统为螺旋桨推进器，结合可操纵的舵面，产生机动控制力。这种设计对于以巡航速度行驶于空旷平静海域的水下机器人是经济有效的。但水下机器人在执行特定任务时，往往需要在有扰流的水中低速运动或悬停，此时这种依赖于流体在操纵舵面上流动产生机动控制力的推进方式难以满足实际工作需求。此外，水下机器人低速运动时，螺旋桨会处于非全程旋转的工作状态，由于非稳定流模式下螺旋桨的“颤搐”(呈现缓慢、持续、不规则的波动性颤动)运动，其效率将显著降低，并且产生难以预测的流体脉冲。因此，需要一种新的水下机器人，以解决或至少减轻上述问题的发生。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中水下机器人的螺旋桨推进方式工作环境适应性差、运动状态不稳定、难以满足实际工作需求，低速运动时工作效率低。本发明针对螺旋桨推进的问题，考虑模仿鱼类运动方式来设计水下机器人。根据鱼类游动时身体产生推力部位的不同,可以将鱼类游动模式分为身体/尾鳍模式(Body and/orCaudal Fin,BCF)和中央鳍/对鳍模式(Median and/or Paired Fin,MPF)。采用BCF模式的鱼类，具有高速、高机动的特点，而采用MPF模式的鱼类，具有稳定、适应复杂湍流等特点，在紊流环境和低速状态下具有灵活的控制能力。

在自然界中，豹鲂鮄鱼又被称为“水中飞鸟”，其游动方式飘逸美丽，豹鲂鮄鱼具有宽大的胸鳍，兼具多关节尾鳍，采用BCF和MPF 两种推进方式进行游动，兼具有良好的机动性和运动稳定性，是一种良好的模仿对象。这就启发我们道法自然，综合利用这两种推进模式的优点研制高性能仿生水下机器人，使其具有高速、高机动和高运动稳定性等特性。

因此，本发明提供一种仿豹鲂鮄鱼游动方式的水下机器人，包括鱼身本体、背鳍、一对胸鳍、尾舱和尾鳍，所述背鳍固定于所述鱼身本体的上部，所述一对胸鳍对称布置在所述鱼身本体的左右两侧，所述尾舱和所述尾鳍依次连接于所述鱼身本体的后部；

所述鱼身本体内部设置有控制单元、第一动力装置、第三动力装置和腰关节，所述尾舱内部设置有第二动力装置和尾关节；所述第一动力装置的控制端、所述第二动力装置的控制端和所述第三动力装置的控制端均与所述控制单元信号连接；

所述一对胸鳍在第三动力装置的驱动下可相对于所述鱼身本体绕前后方向的轴线旋转；所述尾舱通过所述腰关节与所述鱼身本体铰接，所述尾舱在所述第一动力装置的驱动下可相对于所述鱼身本体绕竖直轴线旋转；所述尾鳍通过所述尾关节与所述尾舱铰接，所述尾鳍在第二动力装置的驱动下可相对于所述尾舱绕竖直轴线旋转。

在一些优选实施例中，每个所述胸鳍均包括3根鳍条，每个所述胸鳍均包括至少两根鳍条，所述至少两根鳍条上固定有鳍面，所述第三动力装置包括至少四个相同的舵机，所述至少四个舵机均匀设置于所述鱼身本体两侧，所述鳍条由所述舵机驱动，所述鳍面由柔性可拉伸薄膜材料制成。

在一些优选实施例中，所述鱼身本体设为呈前后排列的两部，所述鱼身本体前部为前舱，所述前舱由透明材料制成；所述鱼身本体后部为中舱，所述中舱、所述尾舱和所述尾鳍材料均由工程塑料制成。

在一些优选实施例中，所述仿豹鲂鮄鱼水下机器人还包括信息采集模块，所述信息采集模块包括图像信息采集装置和固定支架，所述图像信息采集装置通过所述固定支架固设于所述中舱外部的下底部，以用于采集前方物体图像并获取水中物体的三维几何信息。

在一些优选实施例中，所述控制单元包括主控板，所述仿豹鲂鮄鱼水下机器人还包括探测模块和无线通信模块，所述主控板和所述探测模块均安装于所述前舱内部，所述无线通信模块安装于所述背鳍内部，所述探测模块包括惯性导航系统、pH传感器、深度传感器，所述惯性导航系统、所述pH传感器、所述深度传感器和所述无线通信模块均与所述主控板通信连接。

在一些优选实施例中，所述背鳍内部还设置有天线，所述无线通信模块和所述天线连接可实现仿豹鲂鮄鱼水下机器人无线通信。

在一些优选实施例中，所述中舱下部设置有电池，所述电池为第一动力装置、第二动力装置、第三动力装置、控制单元和信息采集模块供电。

在一些优选实施例中，所述中舱顶部还设置有开关、充电接口和第一通信接口，所述开关中心、所述充电接口中心、所述第一通信接口中心与所述背鳍中心均在所述鱼身本体背中线上，所述开关与所述控制器通信连接，所述充电接口与所述电池电性连接，所述第一通信接口可与固设于尾舱的第二通信接口连接，以实现仿豹鲂鮄鱼水下机器人内部充电及通信。

在一些优选实施例中，所述第二通信接口位于尾舱背中线上，所述第二通信接口可通过通信连接件与所述第一通信接口连接以实现所述中舱内控制单元与所述尾舱内的第二动力装置的通信连接、电性连接。

在一些优选实施例中，所述尾鳍的高度沿背离所述鱼身本体的方向逐渐增大，所述尾鳍后端设有圆弧形凹陷部。

本发明的有益效果：

本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人兼具BCF和MPF两种推进方式进行游动，本发明采用在MPF波动推进模式，具有运动稳定性较好、对环境影响小的优点，同时不易受水生植物缠绕，可在复杂的海底环境中可以实现平稳运动。当本发明尾关节和尾鳍采用BCF推进模式时，可以实现较大幅值和频率的摆动，具有推力大，机动性好的优点。

本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人通过对鱼身本体采用回转体设计和月牙形尾鳍设计，美观大方的同时兼具高机动性。

本发明的仿豹鲂鮄鱼水下机器人具有信息采集模块、探测模块和无线通信模块，并具有一定的载荷携带能力，在水下环境监测、水下勘察等方面具有广阔的应用前景。

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是本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人一实施例的立体结构示意图；

图2是本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人一实施例的正视图；

图3是本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人一实施例的局部剖面视图；

图4是本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人一实施例的舵机的连接密封爆炸视图；

图5是本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人一实施例的尾电机的连接密封爆炸视图。

附图标记说明：

1、第一四芯航插；2、无线通信模块；3、背鳍；4、旋钮开关；5、八芯航插；6、pH传感器；7、前舱；8、中舱；9、鳍条；10、鳍面；11、外联件；12、舵机输出轴锥齿轮；13、鳍条支架；14、摄像头支架；15、摄像头；16、硫化棒；17、第一连接件；18、光纤；19、第二四芯航插；20、尾舱；21、第三连接件；22、尾鳍；23、深度传感器；24、摄像头航插；25、第二连接件；26、第四连接件；27、第二齿轮轴；28、第二锥齿轮；29、第一齿轮轴；30、第一锥齿轮；31、惯性导航系统；32、主控板；33、第一尾电机控制器；34、电池；35、电池托板；36、光纤穿舱件；37、光纤穿舱件接头；38、第一齿轮轴滚动轴承；39、第二尾电机； 40、第二联轴器；41、第二尾电机控制器；42、第一联轴器；43、第一尾电机；44、舵机；45、舵机安装板；46、舵机连接件；47、舵机轴；48、第一滚动轴承；49、泛塞；50、泛塞法兰；51、第二滚动轴承；52、鳍条摆杆轴锥齿轮；53、鳍条摆杆；54、第三滚动轴承；55、第四滚动轴承； 56、第二尾电机固定板；57、第五滚动轴承；58、泛塞；59、泛塞法兰； 60、第六滚动轴承；61、第二尾电机轴；62、第七滚动轴承；63、尾鳍支架；64、尾鳍轴锥齿轮；65、第八滚动轴承。

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。

本发明的一种仿豹鲂鮄鱼游动方式的水下机器人，包括鱼身本体、背鳍、一对胸鳍、尾舱和尾鳍，所述背鳍固定于所述鱼身本体的上部，所述一对胸鳍对称布置在所述鱼身本体的左右两侧，所述尾舱和所述尾鳍依次连接于所述鱼身本体的后部；

所述鱼身本体内部设置有控制单元、第一动力装置、第三动力装置和腰关节，所述尾舱内部设置有第二动力装置和尾关节；所述第一动力装置的控制端、所述第二动力装置的控制端和所述第三动力装置的控制端均与所述控制单元信号连接；

所述一对胸鳍在第三动力装置的驱动下可相对于所述鱼身本体绕前后方向的轴线旋转；所述尾舱通过所述腰关节与所述鱼身本体铰接，所述尾舱在所述第一动力装置的驱动下可相对于所述鱼身本体绕竖直轴线旋转；所述尾鳍通过所述尾关节与所述尾舱铰接，所述尾鳍在第二动力装置的驱动下可相对于所述尾舱绕竖直轴线旋转。

本发明的一些优选实施例中，每个所述胸鳍均包括3根鳍条，每个所述胸鳍均包括至少两根鳍条，所述至少两根鳍条上固定有鳍面，所述第三动力装置包括至少四个相同的舵机，所述至少四个舵机均匀设置于所述鱼身本体两侧，所述鳍条由所述舵机驱动，所述鳍面由柔性可拉伸薄膜材料制成。

本发明的一些优选实施例中，所述鱼身本体设为呈前后排列的两部，所述鱼身本体前部为前舱，所述前舱由透明材料制成；所述鱼身本体后部为中舱，所述中舱、所述尾舱和所述尾鳍材料均由工程塑料制成。

本发明的一些优选实施例中，所述仿豹鲂鮄鱼水下机器人还包括信息采集模块，所述信息采集模块包括图像信息采集装置和固定支架，所述图像信息采集装置通过所述固定支架固设于所述中舱外部的下底部，以用于采集前方物体图像并获取水中物体的三维几何信息。

本发明的一些优选实施例中，所述控制单元包括主控板，所述仿豹鲂鮄鱼水下机器人还包括探测模块和无线通信模块，所述主控板和所述探测模块均安装于所述前舱内部，所述无线通信模块安装于所述背鳍内部，所述探测模块包括惯性导航系统、pH传感器、深度传感器，所述惯性导航系统、所述pH传感器、所述深度传感器和所述无线通信模块均与所述主控板通信连接。

本发明的一些优选实施例中，所述背鳍内部还设置有天线，所述无线通信模块和所述天线连接可实现仿豹鲂鮄鱼水下机器人无线通信。

本发明的一些优选实施例中，所述中舱下部设置有电池，所述电池为第一动力装置、第二动力装置、第三动力装置、控制单元和信息采集模块供电。

本发明的一些优选实施例中，所述中舱顶部还设置有开关、充电接口和第一通信接口，所述开关中心、所述充电接口中心、所述第一通信接口中心与所述背鳍中心均在所述鱼身本体背中线上，所述开关与所述控制器通信连接，所述充电接口与所述电池电性连接，所述第一通信接口可与固设于尾舱的第二通信接口连接，以实现仿豹鲂鮄鱼水下机器人内部充电及通信。

本发明的一些优选实施例中，所述第二通信接口位于尾舱背中线上，所述第二通信接口可通过通信连接件与所述第一通信接口连接以实现所述中舱内控制单元与所述尾舱内的第二动力装置的通信连接、电性连接。

本发明的一些优选实施例中，所述尾鳍的高度沿背离所述鱼身本体的方向逐渐增大，所述尾鳍后端设有圆弧形凹陷部。

本发明中，虽然图中并未示出，但是本发明的仿豹鲂鮄鱼水下机器人还包括控制线路。其中控制单元通过控制线路与各装置信号连接，由于控制线路是本领域技术人员所熟知的结构，所以此处不再做过多说明。

为了更清晰地对本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人进行说明，下面结合图1-5对本方发明一种优选实施例进行展开详述。本发明实施例包括第一四芯航插1、无线通信模块2、背鳍3、旋钮开关4、八芯航插5、 pH传感器6、前舱7、中舱8、鳍条9、鳍面10、外联件11、舵机输出轴锥齿轮12、鳍条支架13、摄像头支架14、摄像头15、硫化棒16、第一连接件17、光纤18、第二四芯航插19、尾舱20、第三连接件21、尾鳍 22、深度传感器23、摄像头航插24、第二连接件25、第四连接件26、第二齿轮轴27、第二锥齿轮28、第一齿轮轴29、第一锥齿轮30、惯性导航系统31、主控板32、第一尾电机控制器33、电池34、电池托板35、光纤穿舱件36、光纤穿舱件接头37、第一齿轮轴滚动轴承38、第二尾电机 39、第二联轴器40、第二尾电机控制器41、第一联轴器42、第一尾电机 43、舵机44、舵机安装板45、舵机连接件46、舵机轴47、第一滚动轴承 48、泛塞49、泛塞法兰50、第二滚动轴承51、鳍条摆杆轴锥齿轮52、鳍条摆杆53、第三滚动轴承54、第四滚动轴承55、第二尾电机固定板56、第五滚动轴承57、泛塞58、泛塞法兰59、第六滚动轴承60、第二尾电机轴61、第七滚动轴承62、尾鳍支架63、尾鳍轴锥齿轮64、第八滚动轴承 65。

如图1-3所示，本实施例包括鱼身本体，背鳍3、一对胸鳍、尾舱20和尾鳍22，背鳍3固定于鱼身本体的上部，一对胸鳍对称布置在鱼身本体的左右两侧，尾舱20和尾鳍22依次连接于鱼身本体的后部，鱼身本体内部设置有控制单元、第一动力装置、第三动力装置和腰关节，尾舱20内部设置有第二动力装置和尾关节；第一动力装置的控制端、第二动力装置的控制端和第三动力装置的控制端均与控制单元信号连接；

进一步地，两胸鳍在第三动力装置的驱动下可相对于鱼身本体绕前后方向的轴线旋转；尾舱20通过腰关节与鱼身本体铰接，尾舱20 在第一动力装置的驱动下通过腰关节相对于鱼身本体绕竖直轴线旋转；尾鳍22通过尾关节与尾舱20铰接，尾鳍22在第二动力装置的驱动下通过尾关节相对于尾舱20绕竖直轴线旋转。本实施例中腰关节和尾关节均采用齿轮传动机构，由于腰关节和尾关节的齿轮传动结构为本领域技术人员所熟知的传动结构，且可通过本领域惯用手段进行置换，在此不再对本发明腰关节和尾关节的结构进行过多说明。

本实施例中第一动力装置和第二动力装置如图3所示，第一动力装置包括第一尾电机控制器33和第一尾电机43，第二动力装置包括第二尾电机控制器41和第二尾电机39；控制单元主要包括主控板32，主控板32的核心为STM32F407VGT6芯片；外层设置多个USART串行通信接口，用与第一尾电机控制器33、第二尾电机控制器41、第三动力装置进行通信。第一尾电机43连接第一尾电机控制器33并通过CAN 总线连接至本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人控制单元的STM32嵌入式主控板32的通信接口，控制本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人的腰关节运动，并通过如图5的方式，带动尾舱20围绕固设于鱼身本体后部的第一连接件 17摆动。从而带动本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人高速推进和机动。尾舱 20的第二尾电机39采用与第一尾电机43同样的方式控制本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人的尾关节运动。

参阅图5，本实施例仿豹鲂鮄鱼水下机器人共计两个尾电机，因为第一尾电机43和第二尾电机39连接密封的原理相同，所以本实施例仅以第二尾电机为例，采用爆炸视图的方式进行说明。图5示出了本实施例仿豹鲂鮄鱼水下机器人的尾电机连接密封图。本发明实施例设有：第二尾电机39、第二尾电机固定板56、第二联轴器40、第五滚动轴承57、第三连接件21、泛塞58、泛塞法兰59、第六滚动轴承60、第二尾电机轴 61、第二尾电机锥齿轮28、第二齿轮轴27、第七滚动轴承62、尾鳍支架 63、尾鳍轴锥齿轮64、第八滚动轴承65。

第二尾电机39通过螺栓连接第二尾电机固定板56，同时第二尾电机固定板56与第三连接件21利用螺栓连接，第二尾电机轴61连接第二联轴器40，第二联轴器40与第三连接件21利用第五滚动轴承57 连接。在第三连接件21的暴露水的一端利用泛塞58进行动密封处理，泛塞58利用螺栓和泛塞法兰59固定在第三连接件21上。第二联轴器40 连接穿过第三连接件21、泛塞法兰59的第二尾电机轴61。第二尾电机轴61和泛塞法兰59之间利用第六滚动轴承60连接，第二尾电机轴61 的末端利用键和第二尾电机锥齿轮28连接。第二尾电机锥齿轮28与尾鳍轴锥齿轮64之间保持传动，使第二齿轮轴27通过第七滚动轴承62、第八滚动轴承65保持围绕尾鳍支架63对应轴转动。尾鳍支架63通过两个螺栓固定在尾鳍22上。通过此种方式，实现将第二尾电机39输出轴的转动传递到尾鳍22的摆动，同时进行动密封处理，满足水下机器人的密封性要求。

本发明模仿豹鲂鮄游动方式，豹鲂鮄胸鳍有3根可以自由活动的独立鳍条，以实现其在海中自由爬行。故本发明通过模仿豹鲂鮄设计胸鳍以实现水下机器人具有更优机动性，优选地，本实施例仿豹鲂鮄水下机器人的每个胸鳍均设置为3根鳍条9，3根鳍条9上固定有1个鳍面 10，故一对胸鳍共计有6根鳍条9和2个鳍面10，鳍面10优选为柔性薄膜制成，优选地，本实施例中采用柔性可拉伸乳胶作为鳍面10的原料，本领域技术人员也可根据实际应用随意选择鳍条数量及鳍面材质。本发明两胸鳍分别设置与鱼身本体左右两侧，每侧的3根鳍条9上方附着1 个鳍面10，其中，本实施例中第三动力单元装置为6个相同的舵机44，6个相同的舵机44均匀设置于鱼身本体两侧，舵机44与主控板32信号连接，每根鳍条9均由舵机44驱动，通过如图4所示的方式，六个舵机 44带动六根鳍条9运动，舵机44驱动鳍条9运动时可使鳍面10实现多种正弦或其他类型的波形，鳍面10与水作用产生平稳的小推进力，使水下机器人具有良好的低速运动稳定性。

参阅图4，图4示出本实施例仿豹鲂鮄鱼水下机器人第三动力装置中舵机的连接密封图，由于本实施例仿豹鲂鮄鱼水下机器人第三动力装置包括六个相同的舵机，故图4通过爆炸视图的方式仅对六个舵机其中之一的舵机动密封情况进行说明。本实施例设有：舵机44、舵机安装板45、舵机连接件46、舵机轴47、外联件11、第一滚动轴承48、泛塞49、泛塞法兰50、第二滚动轴承51、舵机输出轴锥齿轮12、鳍条摆杆轴锥齿轮52、鳍条摆杆53、第三滚动轴承54、鳍条支架13、第四滚动轴承55。

舵机44与舵机安装板45通过螺栓连接固定在外联件11上，外联件11利用螺栓固定在中舱8上，舵机44的输出轴通过舵机连接件 46连接舵机轴47，将舵机44的输出力矩传递到水下机器人中舱8的外部，舵机轴47与外联件11之间通过第一滚动轴承48连接，实现动静分离，保证舵机轴47的轴心始终维持与外联件11对应的轴心重合。由于水下机器人对密封性有特殊的要求，所以在外联件11暴露于水中的部分，固定了泛塞49和泛塞法兰50，泛塞49具有良好的动密封性能，可以保证舵机44以及其它内部模块不会遇水出现问题。泛塞49外沿紧靠在泛塞法兰50远离水的一端，舵机轴47与泛塞49的内孔紧配合，在舵机轴 47和泛塞法兰50之间利用第二滚动轴承51连接，舵机轴47与舵机输出轴锥齿轮12利用键连接。本实施例水下机器人的鳍条9固定在鳍条摆杆 53的末端，鳍条摆杆53的顶端利用键连接鳍条摆杆轴锥齿轮52，利用第三滚动轴承54、第四滚动轴承55连接鳍条支架13，鳍条支架13利用螺栓固定于外联件11。通过此方式，实现将舵机44输出轴的转动传递到鳍条9的摆动，同时进行动密封处理，满足本实施例水下机器人的密封性要求。

本发明控制单元主控板32通过对第一动力装置、第二动力装置及第三动力装置的控制可以实现本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人的运动控制。本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人可实现两种运动模式，即采用中央鳍/对鳍推进模式(Median and/or Paired Fin,MPF)和身体/尾鳍推进模式 (Body and/or Caudal Fin,BCF)。

主控板32通过控制第三动力装置驱动鳍条9运动并在鳍面 10上实现多种正弦或其他类型的波形，即为中央鳍/对鳍推进模式(Median and/or Paired Fin,MPF)；此模式下由于鳍面10与水作用产生平稳的较小的推进力，使本发明水下机器人具有良好的低速运动稳定性。主控板32 还可通过控制第一动力装置和第二动力装置实现尾舱相对于鱼身本体的摆动、尾鳍相对于尾舱的摆动，即身体/尾鳍推进模式(Body and/or Caudal Fin,BCF)，此模式下可产生较大的推进力使得本发明水下机器人能够进行高速运动。因此，本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人可通过采用两种推进方式在水中游动，环境适应性强，兼具良好的机动性和运动稳定性。

继续参照图2，本实施例中鱼身本体设为呈前后排列的两部，鱼身本体前部为前舱7，鱼身本体后部为中舱8，前舱7和中舱8之间利用多个螺栓固定连接，通过密封圈做静密封处理。其中前舱7由透明材料制成；本实施例中前舱7由透明玻璃钢制成，玻璃钢硬质、防水、成本低且便于摄像装置获取图像信息，本领域技术人员可根据实际应用随意更改前舱材质。中舱8、尾舱20和尾鳍22材料均由工程塑料制成，本实施例优选聚甲醛作为中舱8、尾舱20和尾鳍22材料，聚甲醛具有高硬度，常被人称为赛钢，其表面硬度高、表面的致密性能好、耐冲击，和同类材质相比较，磨损非常小，机械强度大。本领域技术人员可根据实际应用随意选择硬度高的工程塑料。

进一步地，本发明的仿豹鲂鮄鱼水下机器人还包括信息采集模块，信息采集模块包括图像信息采集装置和固定支架，所述图像信息采集装置通过所述固定支架固设于所述中舱外部的下底部，以用于采集前方物体图像并获取水中物体的三维几何信息。本实施例中图像信息采集装置主要由双目摄像头和摄像头固定支架构成，通过在中舱8外部的下部安装两个相同的摄像头15，构成双目摄像头，两个摄像头15固定在两个摄像头支架14上，通过摄像头航插24与中舱8信号连接，同时固定一个硫化棒16，硫化棒16上端连接中舱8下方的光纤穿舱件36、光纤穿舱件接头37与控制单元信号连接，硫化棒16下端连接数十米长光纤 18，再通过光端机将光纤18通信转换成网口通信与上位机相连接，最终实现控制单元与上位机之间的通信。本发明的信息采集模块可用于采集前方物体图像并获取水中物体的三维几何信息，其能够检测前方物体的距离，来判断前方是否有障碍物，从而能够及时调整本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人的游动姿态，双目摄像头的设计使仿豹鲂鮄鱼水下机器人的工作效率更加高效。本领域技术人员可随意选择图像信息采集装置，只要能采集前方物体图像并获取水中物体的三维几何信息即可。

如图3所示，本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人还包括探测模块和无线通信模块2，探测模块和无线通信模块2均与主控板32通信连接，主控板32和探测模块均安装与前舱7的内部，无线通信模块2安装于背鳍3的内部，其中探测模块主要包括惯性导航系统31、pH传感器6、深度传感器23，其中主控板32的核心为STM32F407VGT6芯片，外层设置多个USART串行通信接口，惯性导航系统31、pH传感器6、深度传感器23和无线通信模块2均与主控板32通信连接。

具体地，探测模块惯性导航系统31固定在前舱7的内部，用于探测水下机器人的三个自由度的姿态；深度传感器23安装于前舱7 的下部，深度传感器23一端接触水，可以测得水的压力，利用公式推算出本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人的深度信息，实现本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人的定深航向控制；pH传感器6固定在前舱中上部，一端接触水，可以测得水的pH值，利用本发明可对水质信息探测与采集，本发明在水下勘探具有广泛的应用前景。

中舱8正上方固定安装有模仿鱼类背鳍的形状的背鳍3，背鳍3和中舱8之间利用螺栓连接，背鳍3内部设置有天线，无线通信模块2与天线底部固定连接，当本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人接近水面时，无线通信模块2与天线可以实现本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人与其他通信设备进行无线通信。本发明探测模块和无线通信模块相结合也可应用于军事领域，前景广阔。

进一步地，本实施例中舱8内部还设置有电池34和电池托板35，电池34为第三动力装置、第一动力装置、第二动力装置、控制单元和信息采集模块供电。由于本发明中舱8为圆筒形腔体，电池34安装在中舱8的下部，可保证本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人的重心略低于浮心，使得本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人在水中具有良好的静态稳定性。

更进一步地，中舱8的顶部还设置有开关、充电接口和第一通信接口，所述开关、所述充电接口均布置于背鳍3的前部，第一通信接口设置于背鳍3的后部，开关、充电接口和第一通信接口与背鳍3中心在同一直线，所述开关用于启动或停止仿豹鲂鮄鱼水下机器人工作，本实施例中选用旋钮开关4作为开关；选用八芯航插5作为充电接口，八芯航插5用于电池34充电，第一通信接口可以与固设于尾舱的第二通信接口连接，可实现仿豹鲂鮄鱼水下机器人内部充电及通信。

尾舱20顶部设置有第二通信接口，第二通信接口的中心位于尾舱20的背中线上，第二通信接口可通过通信连接件与上述第一通信接口连接以实现中舱8和尾舱20之间的通信连接、电性连接。本实施例中，第一通信接口和第二通信接口分别为第一四芯航插1和第二四芯航插19，通信连接件为航插线。即位于前舱7内的主控板32可利用第一四芯航插1和第二四芯航插19以及连接的航插线进行数据传输，实现对第二尾电机39的控制，实现尾鳍22的转动，最终实现对本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人的推进控制。航插可防震、防水、防尘、耐腐蚀，可靠性高，航插是作为水下机器人连接电气线路机电元件的最优选择。

本实施例中尾鳍22采用一种模仿金枪鱼的月牙形尾鳍，尾鳍22的高度沿背离鱼身本体的方向逐渐增大，尾鳍22后端设有圆弧形凹陷部，月牙形的设计使本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人具有更好的机动性。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人兼具BCF和MPF两种推进方式进行游动，本发明采用在MPF波动推进模式，具有运动稳定性较好、对环境影响小的优点，同时不易受水生植物缠绕，可在复杂的海底环境中实现平稳运动。当本发明尾关节和尾鳍采用BCF推进模式时，可以实现较大幅值和频率的摆动，具有推力大，机动性好的优点。

本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人通过对鱼身本体采用回转体设计和月牙形尾鳍设计，美观大方的同时兼具高机动性。

本发明的仿豹鲂鮄鱼水下机器人具有信息采集模块、探测模块和无线通信模块，并具有一定的载荷携带能力，在水下环境监测、水下勘察等方面具有广阔的应用前景。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示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”、“第三”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”、“相连”、“连接”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做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 (10)

1.一种仿豹鲂鮄鱼水下机器人，其特征在于，

包括鱼身本体、背鳍、一对胸鳍、尾舱和尾鳍，所述背鳍固定于所述鱼身本体的上部，所述一对胸鳍对称布置在所述鱼身本体的左右两侧，所述尾舱和所述尾鳍依次连接于所述鱼身本体的后部；

所述鱼身本体内部设置有控制单元、第一动力装置、第三动力装置和腰关节，所述尾舱内部设置有第二动力装置和尾关节；所述第一动力装置的控制端、所述第二动力装置的控制端和所述第三动力装置的控制端均与所述控制单元信号连接；

所述一对胸鳍在第三动力装置的驱动下可相对于所述鱼身本体绕前后方向的轴线旋转；所述尾舱通过所述腰关节与所述鱼身本体铰接，所述尾舱在所述第一动力装置的驱动下可相对于所述鱼身本体绕竖直轴线旋转；所述尾鳍通过所述尾关节与所述尾舱铰接，所述尾鳍在第二动力装置的驱动下可相对于所述尾舱绕竖直轴线旋转。

2.根据权利要求1所述的仿豹鲂鮄鱼水下机器人，其特征在于，每个所述胸鳍均包括至少两根鳍条，每个所述胸鳍上的至少两根鳍条上固定有鳍面，所述第三动力装置包括至少四个相同的舵机，所述至少四个舵机均匀设置于所述鱼身本体两侧，所述鳍条由所述舵机驱动，所述鳍面由柔性可拉伸薄膜材料制成。

3.根据权利要求2所述的仿豹鲂鮄鱼水下机器人，其特征在于，所述鱼身本体设为呈前后排列的两部，所述鱼身本体前部为前舱，所述前舱由透明材料制成；所述鱼身本体后部为中舱，所述中舱、所述尾舱和所述尾鳍材料均由工程塑料制成。

4.根据权利要求3所述的仿豹鲂鮄鱼水下机器人，其特征在于，所述仿豹鲂鮄鱼水下机器人还包括信息采集模块，所述信息采集模块包括图像信息采集装置和固定支架，所述图像信息采集装置通过所述固定支架固设于所述中舱外部的下底部，以用于采集前方物体图像并获取水中物体的三维几何信息。

5.根据权利要求4所述的仿豹鲂鮄鱼水下机器人，其特征在于，所述控制单元包括主控板，所述仿豹鲂鮄鱼水下机器人还包括探测模块和无线通信模块，所述主控板和所述探测模块均安装于所述前舱内部，所述无线通信模块安装于所述背鳍内部，所述探测模块包括惯性导航系统、pH传感器、深度传感器，所述惯性导航系统、所述pH传感器、所述深度传感器和所述无线通信模块均与所述主控板通信连接。

6.根据权利要求5所述的仿豹鲂鮄鱼水下机器人，其特征在于，所述背鳍内部还设置有天线，所述无线通信模块和所述天线连接可实现仿豹鲂鮄鱼水下机器人无线通信。

7.根据权利要求6所述的仿豹鲂鮄鱼水下机器人，其特征在于，所述中舱下部设置有电池，所述电池为第一动力装置、第二动力装置、第三动力装置、控制单元和信息采集模块供电。

8.根据权利要求7所述的仿豹鲂鮄鱼水下机器人，其特征在于，所述中舱顶部还设置有开关、充电接口和第一通信接口，所述开关中心、所述充电接口中心、所述第一通信接口中心与所述背鳍中心均在所述鱼身本体背中线上，所述开关与所述控制器通信连接，所述充电接口与所述电池电性连接，所述第一通信接口可与固设于尾舱的第二通信接口连接，以实现仿豹鲂鮄鱼水下机器人内部充电及通信。

9.根据权利要求8所述的仿豹鲂鮄鱼水下机器人，其特征在于，所述第二通信接口位于尾舱背中线上，所述第二通信接口可通过通信连接件与所述第一通信接口连接以实现所述中舱内控制单元与所述尾舱内的第二动力装置的通信连接、电性连接。

10.根据权利要求1所述的仿豹鲂鮄鱼水下机器人，其特征在于，所述尾鳍的高度沿背离所述鱼身本体的方向逐渐增大，所述尾鳍后端设有圆弧形凹陷部。