CN113612912A - 仿生鱼探测装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种仿生鱼探测装置，属于仿生机器人技术领域。凹透镜位于仿生鱼头部与摄像装置之间，摄像装置朝向仿生鱼头部，也就是说，在摄像装置前方设置凹透镜。如此，可以增大摄像装置的拍摄范围，实现对该仿生鱼探测装置前方较大区域的探测。所以本申请不需要设置太多摄像装置，且该摄像装置可以是普通摄像装置，节省了该仿生鱼探测装置的制造成本，从而节省了探测成本。

Description

仿生鱼探测装置
技术领域
本申请实施例涉及仿生机器人技术领域，尤其涉及一种仿生鱼探测装置。
背景技术
仿生鱼是一种机器鱼，是科学家们根据仿生学原理设计制造的，它们游动起来酷似真正的鱼，身体在发动机的推动下来回摆动，并用鳍和尾来改变它们的游动方向。通过仿生鱼探测海底管道的位置及状态，为海底管道的维护及后期治理提供准确的数据支持已成为仿生鱼在海底探测的重要研究方向。
相关技术中，为了增大仿生鱼的探测范围，常在设计时加入多个摄像头，或者采用昂贵的大视角镜头，例如，可以探测180度范围的摄像头。然而这样会增加仿生鱼探测装置的成本。
发明内容
鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种仿生鱼探测装置，在保证探测范围的同时可以降低探测装置的成本。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种仿生鱼探测装置，该装置包括：本体、驱动组件、摄像装置、凹透镜和控制器；
所述本体具有空腔，所述摄像装置、所述凹透镜和所述控制器均安装于所述空腔内靠近仿生鱼头部的位置；所述凹透镜位于所述仿生鱼头部与所述摄像装置之间，所述摄像装置朝向所述仿生鱼头部，所述摄像装置与所述控制器电连接，用于获取所述本体前方的图像并发送至所述控制器；
所述驱动组件安装在所述本体上，所述驱动组件与所述控制器电连接，用于驱动所述仿生鱼探测装置运动。
在一些实施例中，所述摄像装置位于所述凹透镜的焦点上。
在一些实施例中，所述凹透镜为陶瓷透镜或液体透镜。
在一些实施例中，当所述凹透镜为液体透镜时，所述装置还包括互相连通的液体存储腔和注液装置；
所述液体存储腔用于存储液体，所述注液装置用于向所述液体存储腔注入液体。
在一些实施例中，所述液体透镜中所述液体的折射率大于1.33。
在一些实施例中，所述凹透镜为双凹透镜或平凹透镜。
在一些实施例中，所述装置还包括多个闪光灯；
所述多个闪光灯平行设置在所述凹透镜靠近所述摄像装置的一侧，用于发射平行光。
在一些实施例中，所述装置还包括：流速检测器；
所述流速检测器设置在所述本体上，所述流速检测器与所述控制器连接。
在一些实施例中，所述本体靠近所述仿生鱼头部的位置设置有声呐探测仪，所述声呐探测仪用于检测所述本体前方预定距离内是否有障碍物，所述声呐探测仪与所述控制器连接。
在一些实施例中，所述声呐探测仪的探测距离大于所述摄像装置的探测距离。
本申请实施例中，凹透镜位于仿生鱼头部与摄像装置之间，摄像装置朝向仿生鱼头部，也就是说，在摄像装置前方设置凹透镜。如此，可以增大摄像装置的拍摄范围，实现对该仿生鱼探测装置前方较大区域的探测。所以本申请不需要设置太多摄像装置，且该摄像装置可以是普通摄像装置，节省了该仿生鱼探测装置的制造成本，从而节省了探测成本。
上述说明仅是本申请实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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它的附图。
图1为本申请实施例提供的一种仿生鱼探测装置的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的另一种仿生鱼探测装置的结构示意图。
附图标记说明：
1：本体，2：驱动组件，3：摄像装置，4：凹透镜，5：控制器，6：闪光灯，7：流速检测器，8：套筒，9：透明膜，1a：密闭防水空间，10：防水膜，11：电池，12：无线通讯设备，21：第一驱动组件，22：第二驱动组件。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语“实施例”并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
此外，本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序，可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)。
图1为本申请实施例提供的一种仿生鱼探测装置的结构示意图，如图1所示，该仿生鱼探测装置包括：本体1、驱动组件2、摄像装置3、凹透镜4和控制器5。
所述本体1具有空腔，所述摄像装置3、所述凹透镜4和所述控制器5均安装于所述空腔内靠近仿生鱼头部的位置。所述凹透镜4位于所述仿生鱼头部与所述摄像装置3之间，所述摄像装置3朝向所述仿生鱼头部，摄像装置3与控制器5电连接，用于获取所述本体1前方的图像并发送至所述控制器5。所述驱动组件2安装在所述本体1上，驱动组件2与控制器5电连接，用于驱动所述仿生鱼探测装置运动。
需要说明的是，本体1内部中空，其空腔大小可以根据实际需要来设置。本体1的外形可以类似于金枪鱼等鱼类的外形。本体1可以采用防水材质制成，且可以是采用耐介质的材料制成，例如，可以是耐酸碱的材料制成。其中，耐介质是指在介质的作用下不会发生变化。
由于仿生鱼探测装置所在水下环境复杂，为了提高该仿生鱼探测装置的安全可靠性，以提高该仿生鱼探测装置的使用寿命，在一些实施例中，可以在本体1的外壁向外依次设置钢板加固层来加固，设置防水层来提高防水密封性，设置抗压层来提高抗压强度，设置耐腐蚀层来提高耐腐蚀性。其中，防水层可以是聚氨酯防水层，耐腐蚀层可以是聚四氟乙烯耐腐蚀层。这些仅是示例性地举例，本申请实施例对此不作限定。
另外，仿生鱼探测装置可以直行也可以转弯，因此其运动包括直行和转弯。驱动组件2包括两个第一驱动组件21和一个第二驱动组件22。第一驱动组件21和第二驱动组件22均包括电机，电机用于提供动力。两个第一驱动组件21安装在本体1靠近仿生鱼头部的两侧，两个第一驱动组件21的驱动端均伸出本体1的两侧，仿生鱼的两个胸鳍分别安装在这两个第一驱动组件21的驱动端，通过这两个第一驱动组件21可以驱动胸鳍转动，从而控制该仿生鱼探测装置的前进方向。其中，当两个胸鳍存在转速差时，该仿生鱼探测装置朝向转速慢的胸鳍一侧转向，如此来调整该仿生鱼探测装置的前进方向。
第二驱动组件22安装在本体1的后侧，第二驱动组件22的驱动端伸出本体1的后侧，仿生鱼的尾鳍安装在第二驱动组件22的驱动端，通过第二驱动组件22可以驱动尾鳍摆动，从而驱动该仿生鱼探测装置前进。当该仿生鱼探测装置转向时，可以通过第二驱动组件22驱动尾鳍摆动，以实现快速转弯。当然，在仿生鱼探测装置转向时，尾鳍也可以不摆动，仅在两个胸鳍的作用下实现转弯，本申请实施例对此不作限定。
再者，摄像装置3可以是摄像头，该摄像头可以是普通摄像头。摄像装置3可以安装在仿生鱼的鱼眼位置，摄像装置3朝向仿生鱼的头部，用于拍摄该仿生鱼探测装置前进方向上的水下影像，从而便于观察本体1前方的情况。例如，通过摄像装置3拍摄的水下影像可以探测海底管道的位置及状态。当然，通过拍摄的水下影像还可以判断该仿生鱼探测装置前进方向预设距离内是否有障碍物。其中，该预设距离可以是摄像装置3的探测距离。
本申请仿生鱼的尾鳍可以呈新月形。当第二驱动组件22驱动尾鳍在本体1的后侧摆动，且两个胸鳍分别处于水平状态时，该仿生鱼探测装置水平游动。当第二驱动组件22驱动尾鳍在本体1的后侧摆动，且两个胸鳍朝上或朝下竖向分布时，该仿生鱼探测装置在移动时在水的阻力下会向上或向下游动。可见，本申请通过尾鳍和两个胸鳍的相互配合可以实现该仿生鱼探测装置的水平游动、转向、上浮或下潜，使得该仿生鱼探测装置可以在水体内灵活活动。
为了便于表述，本申请沿该仿生鱼探测装置的前进方向，将某结构靠近仿生鱼的头部的方向称为该结构的前方，将某结构靠近仿生鱼的尾部的方向称为该结构的后方。在摄像装置3的前方设置凹透镜4，光从凹透镜4的后方照向凹透镜4时，在凹透镜4的前方会发散，从而可以为摄像装置3提供较大的打光范围，增大摄像装置3的拍摄范围。为了均衡摄像装置3前方各角度处的光强，摄像装置3的轴线可以与该凹透镜4的光轴相重合。
最后，控制器5相当于仿生鱼的大脑，其核心是高性能微处理器，可以监控该仿生鱼探测装置中的全部电子设备和机械装置。例如，控制器5与驱动组件2电连接，可以通过驱动组件2控制仿生鱼的胸鳍转动，以及控制仿生鱼的尾鳍摆动，从而实现对仿生鱼探测装置运动的控制。控制器5与摄像装置3电连接，可以控制摄像装置3开始或停止摄像。
本申请实施例中，凹透镜4位于仿生鱼头部与摄像装置3之间，摄像装置3朝向仿生鱼头部，也就是说，在摄像装置3前方设置凹透镜4。如此，可以增大摄像装置3的拍摄范围，实现对该仿生鱼探测装置前方较大区域的探测。所以本申请不需要设置太多摄像装置3，且该摄像装置3可以是普通摄像装置3，节省了该仿生鱼探测装置的制造成本，从而节省了探测成本。
在一些实施例中，如图1和图2所示，基于凹透镜4的成像原理，为了使摄像装置3能拍摄到更大区域的水下影像，可以将摄像装置3位于凹透镜4的焦点上。其中，凹透镜4包括两个焦点，本申请摄像装置3位于凹透镜4靠近摄像装置3的焦点上。关于凹透镜4的成像原理请参考相关技术，此处不再详细描述。
在一些实施例中，凹透镜4可以是双凹透镜4也可以是平凹透镜4，本申请实施例对此不作限定。
其中，双凹透镜4指的是双面凹透镜4，其两侧均为球面，且中间薄于两边的。而平凹透镜4则一面是球面，一面为平面的，其中间也是薄于两边的。
在一些实施例中，凹透镜4可以是陶瓷透镜，该陶瓷透镜的折射率大于水的折射率。其中，水的折射率为1.33，因此，陶瓷透镜的折射率可以是1.7或2.0等，本申请实施例对此不作限定。
凹透镜4还可以是液体透镜。液体透镜指的是将液体作为透镜通过改变液体的曲率来改变焦距。液体透镜的折射率也可以大于水的折射率，即液体透镜的折射率可以大于1.33。例如，液体透镜的折射率可以是1.5。
在一些实施例中，如图2所示，该仿生鱼探测装置还可以包括闪光灯6。闪光灯6的数量可以是多个，且该多个闪光灯6平行设置在凹透镜4靠近摄像装置3的一侧，用于发射平行光。
该多个闪光灯6和摄像装置3可以位于同一参考平面上。该多个闪光灯6间隔分布在该参考平面上，这样，该多个闪光灯6可以在凹透镜4的一侧发射平行光，该平行光经过凹透镜4发散后可以对摄像装置3进行补光，从而可以提高摄像装置3的拍摄效果。
该多个闪光灯6还可以在摄像装置3的两侧均匀分布，这样，摄像装置3两侧的补光效果相同，提高了摄像装置3拍摄的影像的亮度均匀性，使得拍摄出的影像更加美观。
在一些实施例中，为了避免水中鱼类、砂石等运动的物体碰坏该仿生鱼探测装置中的凹透镜4、摄像装置3、闪光灯6等精密结构，如图2所示可以在空腔内设置套筒8和透明膜9。
套筒8可以是采用具有一定刚性的材料制成。套筒8的外壁可以紧贴空腔的内壁，凹透镜4的两端可以固定在套筒8的内壁上。当运动的物体撞击本体1侧壁时，套筒8可以起到一定的抗击作用，避免运动的物体撞击本体1内的结构。
透明膜9可以是采用具有一定抗拉强度的材料制成。透明膜9可以紧贴空腔靠近仿生鱼头部的内壁。透明膜9在不影响摄像装置3摄像的同时可以对外部的撞击起到缓冲的作用。
透明膜9还可以具有一定的密封效果，以避免本体1外的液体进入本体1内而损坏本体1内的摄像装置3、凹透镜4和闪光灯6等结构，从而可以对本体1内的结构起到保护作用。
为了进一步避免本体1内的摄像装置3、凹透镜4和闪光灯6等结构被水浸湿而不能正常工作，如图2所示，该仿生鱼探测装置还可以包括防水膜10。防水膜10设置在摄像头远离仿生鱼头部的一侧，防水膜10的两端固定在本体1内壁上，摄像装置3和闪光灯6均可以固定在防水膜10上。
基于上述实施例，透明膜9、套筒8和防水膜10之间形成了密闭防水空间1a，摄像装置3、凹透镜4和闪光灯6等结构位于该密封防水空间1a内，可以减少这些结构被浸湿的风险，从而提高了该仿生鱼探测装置的使用寿命。
在一些实施例中，当凹透镜4是液体透镜时，该仿生鱼探测装置还可以包括互相连通的液体存储腔和注液装置。液体存储腔用于存储液体，注液装置用于向液体存储腔注入液体。
液体存储腔位于本体1的空腔中靠近凹透镜4的位置，存储腔可以用来存储任意液体。注液装置可以是电机和水泵，也可以是电动挤压装置等，只要能将液体注入液体存储腔即可，本申请实施例对此不作限定。本申请可以通过注液装置控制向存储腔的注液量，从而通过改变液体的曲率来调整凹透镜4的焦距。
在一些实施例中，如图2所示，该仿生鱼探测装置还可以包括流速检测器7。该流速检测器7设置在本体1上，流速检测器7与控制器5连接。
流速检测器7可以是流速传感器，流速检测器7可以和控制器5进行通信。示例地，控制器5可以向流速检测器7发送速度检测指令，流速检测器7可以接收该速度检测指令并基于该速度检测指令对该仿生鱼探测装置的行进速度进行检测。之后，流速检测器7可以将检测到的行进速度发送给控制器5，控制器5在接收到流速检测器7发送的行进速度之后，可以将该行进速度与预设行进速度进行比较。当检测到的行进速度等于预设行进速度时，控制器5可以不发出任何指令，使该仿生鱼探测装置继续维持原行进速度前进。而当检测到的行进速度不等于预设行进速度时，控制器5可以向驱动组件2发送加速指令或减速指令，以调整该仿生鱼探测装置的行进速度至预设行进速度。至于发送加速指令还是减速指令可以根据流速检测器7检测的行进速度与预设行进速度的差值来决定。
示例地，当该仿生鱼探测装置开启定速巡航时，流速检测器7检测该仿生鱼探测装置当前的行进速度为a公里/小时，如果预设行进速度也是a公里/小时，则控制器5不对该仿生鱼探测装置的行进速度进行调整。但是如果预设行进速度大于a公里/小时，则控制器5可以向驱动组件2发送减速指令，如果预设行进速度小于a公里/小时，则控制器5可以向驱动组件2发送加速指令，以将该仿生鱼探测装置的行进速度调整值至与预设行进速度一致。
在一些实施例中，由于该仿生鱼探测装置所在液体的透明性不确定，而摄像装置3的探测距离一般较小。为了提高该仿生鱼探测装置的探测距离，本体1靠近所述仿生鱼头部的位置可以设置有声呐探测仪，该声呐探测仪的探测距离可以大于摄像装置3的探测距离，所述声呐探测仪用于检测所述本体1前方预定距离内是否有障碍物，所述声呐探测仪与所述控制器5连接。
声呐探测仪可以是声呐传感器，可以在水中测量目标物体之间的距离。声呐探测仪的数量可以是一个或多个，当声呐探测仪的数量是一个时，这一个声呐探测仪可以设置在仿生鱼的头部最前端的位置。当声呐探测仪的数量是多个时，该多个声呐探测仪可以安装在本体1靠近仿生鱼头部的两侧位置。由于声呐信号在水中传播不容易衰减，所以声呐信号的稳定性较好，可以提高探测数据的有效性和准确性。
当然，还可以通过设置超声波传感器或红外传感器来探测到该仿生鱼探测装置前方是否有障碍物，本申请实施例对此不作限定。
在一些实施例中，该仿生鱼探测装置还包括定位系统，定位系统与控制器5电连接，用于对该仿生鱼探测装置进行定位。定位系统可以获取该仿生鱼探测装置的位置信息，将获取的位置信息发送给控制器5，便于工作人员定位该仿生鱼探测装置。定位系统可以是GPS定位组件，具体可以是GPS传感器。
在一些实施例中，该仿生鱼探测装置还包括陀螺仪，陀螺仪固定在本体1内并与控制器5电连接，用于获取仿生鱼的姿态数据并发送给控制器5。控制器5根据接收的姿态数据可以向驱动组件2发送信号以调整该仿生鱼探测装置在水体内的姿态。
在一些实施例中，如图2所示，该仿生鱼探测装置还包括电池11，电池11位于本体1内，用于为该仿生鱼探测装置中的结构提供电源。
该电池11可以通过无线电能接收组件与外部无线充电组件相连并进行充电，本申请实施例对此不作限定。
在一些实施例中，如图2所示，该仿生鱼探测装置还可以包括无线通讯设备12，用于通过外部接收设备无线操控仿生鱼的活动及监控采集的数据。无线通信设备可以通过Wifi、蓝牙、Zigbee、无线射频、Lifi(可见光无线通信)、红外、超声波、太赫兹等方式中的至少一种方式进行水下无线通信，本申请实施例对此不作限定。
在一些实施例中，该仿生鱼探测装置还设置有避障系统，用于检测并避开水中障碍物。其中，避障系统可以包括避障传感器，避障传感器安装在仿生鱼的头部，防止仿生鱼游动时撞上水中生物或物体。
综上所示，本申请实施例中凹透镜4位于仿生鱼头部与摄像装置3之间，摄像装置3朝向仿生鱼头部，也就是说，在摄像装置3前方设置凹透镜4。如此，可以增大摄像装置3的拍摄范围，实现对该仿生鱼探测装置前方较大区域的探测。所以本申请不需要设置太多摄像装置3，且该摄像装置3可以是普通摄像装置3，节省了该仿生鱼探测装置的制造成本，从而节省了探测成本。
本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种仿生鱼探测装置，其特征在于，所述装置包括：本体(1)、驱动组件(2)、摄像装置(3)、凹透镜(4)和控制器(5)；
所述本体(1)具有空腔，所述摄像装置(3)、所述凹透镜(4)和所述控制器(5)均安装于所述空腔内靠近仿生鱼头部的位置；所述凹透镜(4)位于所述仿生鱼头部与所述摄像装置(3)之间，所述摄像装置(3)朝向所述仿生鱼头部，所述摄像装置(3)与所述控制器(5)电连接，用于获取所述本体(1)前方的图像并发送至所述控制器(5)；
所述驱动组件(2)安装在所述本体(1)上，所述驱动组件(2)与所述控制器(5)电连接，用于驱动所述仿生鱼探测装置运动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摄像装置(3)位于所述凹透镜(4)的焦点上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凹透镜(4)为陶瓷透镜或液体透镜。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，当所述凹透镜(4)为液体透镜时，所述装置还包括互相连通的液体存储腔和注液装置；
所述液体存储腔用于存储液体，所述注液装置用于向所述液体存储腔注入液体。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述液体透镜中所述液体的折射率大于1.33。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凹透镜(4)为双凹透镜(4)或平凹透镜(4)。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括多个闪光灯(6)；
所述多个闪光灯(6)平行设置在所述凹透镜(4)靠近所述摄像装置(3)的一侧，用于发射平行光。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：流速检测器(7)；
所述流速检测器(7)设置在所述本体(1)上，所述流速检测器(7)与所述控制器(5)连接。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述本体(1)靠近所述仿生鱼头部的位置设置有声呐探测仪，所述声呐探测仪用于检测所述本体(1)前方预定距离内是否有障碍物，所述声呐探测仪与所述控制器(5)连接。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述声呐探测仪的探测距离大于所述摄像装置(3)的探测距离。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114500818A (zh) * 2022-04-18 2022-05-13 视丰达科技（深圳）有限公司 一种沉底式智能可视化探鱼设备

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