CN113928517A - 一种水下巡逻机器鱼 - Google Patents

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王经运
王蒙甜
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刘国林
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Abstract

本发明涉及水文勘探技术领域，公开了一种水下巡逻机器鱼，包括机器鱼身，所述机器鱼身的后端嵌入安装有动力尾鳍组件，所述机器鱼身的下端靠近超声波探测器的后侧安装有浮潜器，所述机器鱼身的两端的后侧均安装有推进器。本发明通过推进器和动力尾鳍组件均可以控制机器鱼在水中的速度，使得机器鱼具有较快的游动速度，同时动力尾鳍组件可以调节机器鱼的平衡，通过调节推进器与机器鱼身的角度，可以实现机器鱼的转向或掉头，使其具有灵活的机动性，通过调节可调节桨叶中叶片的角度，使得叶片的角度与当前的水流的方向、水流速度以及机器鱼本身的速度向适应，可以使得机器鱼具有最佳运动状态，具有较强的实用性。

Description

一种水下巡逻机器鱼
技术领域
本发明涉及水文勘探技术领域，具体是一种水下巡逻机器鱼。
背景技术
随着社会的高度发展，越来越多的设施和设备在水下运行，随着时间的推移，需要对这些设备进行检查、维护，例如，水罐、下水道检查，远洋油管、跨江跨河管道检查，船底、码头、大坝、水下钻井平台等检修，而通过人工下潜到水下检查，不仅工作量大，而且危险系数高，劳动效率低，且在检查时很难做到面面俱到，这就需要使用到水下巡逻机器鱼。
中国专利公开了辅助仿生机器鱼(授权公告号CN110065607B)，该专利技术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，但是其不能灵活地调节游动速度、掉头或转向，从而不能实现不同的水下环境，且不能很好地以不同的人角度上浮和下潜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下巡逻机器鱼，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水下巡逻机器鱼，包括机器鱼身，所述机器鱼身的上端的前侧安装有探照灯，且机器鱼身的下端的前侧安装有超声波探测器，所述机器鱼身的前端安装有摄像头，且机器鱼身的后端嵌入安装有动力尾鳍组件，所述机器鱼身的上端靠近探照灯的后侧固定连接有背鳍，且机器鱼身的下端靠近超声波探测器的后侧安装有浮潜器，所述机器鱼身的两端的后侧均安装有推进器；
所述推进器包括保护外壳，所述保护外壳的前端通过螺纹固定连接有前壳盖，且保护外壳的后端通过螺纹固定连接有后壳盖，所述保护外壳的外侧的后端转动连接有支撑杆，且保护外壳的外侧的前端转动连接有电动杆，所述保护外壳的内部安装有螺旋桨组件，所述支撑杆和电动杆的一端均与机器鱼身的内部转动连接。
作为本发明进一步的方案：所述螺旋桨组件包括主电机罩，所述主电机罩的内部从后向前依次安装有主蓄电池、主编码器和主电机，所述主电机的输出端固定连接有联轴器，所述联轴器的前端固定连接有桨叶调节电机组件，所述桨叶调节电机组件的前端安装有桨毂，所述桨毂的外侧均匀嵌入设置有三个可调节桨叶，所述主电机罩的后端通过螺栓与后壳盖固定连接。
作为本发明再进一步的方案：所述桨叶调节电机组件包括电池后壳以及位于电池后壳前侧的电机前壳，所述电池后壳与电机前壳通过法兰盘固定连接，且电池后壳与电机前壳的内部从后向前依次安装有蓄电池、调节电机编码器和桨叶调节电机，所述电池后壳的后端固定连接有实心桨轴，所述电机前壳的前端固定连接有连通的空心桨轴，所述桨叶调节电机的输出端固定连接有主动轴，所述主动轴的前端固定连接有主动锥齿轮，且主动轴的外侧套接有第一轴承。
作为本发明再进一步的方案：所述实心桨轴的后端通过联轴器与主电机罩内部的主电机的输出端固定连接，所述空心桨轴的前端与桨毂固定连接，所述主动锥齿轮位于桨毂的内部，所述第一轴承固定在空心桨轴的内部，所述主动轴依次贯穿空心桨轴和桨毂的内部。
作为本发明再进一步的方案：所述可调节桨叶包括叶片，所述叶片的一端固定连接有转盘，所述转盘的一端固定连接有从动轴，所述从动轴的一端固定连接有从动锥齿轮，且从动轴的外侧套接有第二轴承，所述第二轴承固定在桨毂的内部，所述从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合连接，所述转盘嵌入在桨毂的外侧。
作为本发明再进一步的方案：所述浮潜器包括重力筒，所述重力筒的外侧的上端固定连接有一组吊架，且重力筒的内部的中间位置固定连接有封闭的分隔板，所述重力筒通过分隔板分割成两个独立的腔室，每个所述腔室的内壁的下端均安装有压力传感器，且其中一个腔室的内部安装有蓄排水机构，所述吊架的上端通过螺钉固定在机器鱼身的下端。
作为本发明再进一步的方案：所述蓄排水机构包括潜水泵，所述潜水泵的输入端固定连接有内管，且潜水泵的输出端固定连接有弯连管，所述弯连管的内侧安装有第一电磁阀，且弯连管的一端通过四通接头连接有两个蓄水支管和一个外管，所述蓄水支管的内侧安装有蓄水电磁阀，所述内管的一端通过三通接头连接有两个排水软管，所述排水软管的内侧安装有排水电磁阀，且排水软管的一端固定连接有空心球。
作为本发明再进一步的方案：两个所述空心球分别位于重力筒的两个腔室内，两个所述蓄水支管的出口端也分别位于重力筒的两个腔室内，所述外管的一端贯穿重力筒的外侧壁。
作为本发明再进一步的方案：所述动力尾鳍组件包括尾鳍，所述尾鳍的前端的上侧固定连接有上固定耳，且尾鳍的前端的下侧固定连接有下固定耳，所述上固定耳的内侧的上端转动连接有上转轴，所述下固定耳的内侧的下端转动连接有下转轴，所述下转轴的外侧的下端转动连接有连接杆，所述连接杆的内侧的一端转动连接有弯连杆，所述弯连杆的上端固定连接有尾鳍动力电机，所述尾鳍动力电机和上转轴均固定安装在机器鱼身的内部的后端。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过推进器和动力尾鳍组件均可以控制机器鱼在水中的速度，使得机器鱼具有较快的游动速度，同时动力尾鳍组件可以调节机器鱼的平衡，通过调节推进器与机器鱼身的角度，可以实现机器鱼的转向或掉头，使其具有灵活的机动性，通过调节可调节桨叶中叶片的角度，使得叶片的角度与当前的水流的方向、水流速度以及机器鱼本身的速度向适应，可以使得机器鱼具有最佳运动状态，从而可以适应不同的水下环境，通过浮潜器可以控制机器鱼的上浮和下潜，通过控制重力筒中两个腔室的水量，可以使得机器鱼以抬头或低头的状态进行上浮或下潜，具有较强的实用性。
附图说明
图1为一种水下巡逻机器鱼的结构示意图；
图2为一种水下巡逻机器鱼中推进器的结构示意图；
图3为一种水下巡逻机器鱼中推进器的分解结构示意图；
图4为一种水下巡逻机器鱼中螺旋桨组件的结构示意图；
图5为一种水下巡逻机器鱼中桨叶调节电机组件的分解结构示意图；
图6为一种水下巡逻机器鱼中可调节桨叶的分解结构示意图；
图7为一种水下巡逻机器鱼中浮潜器的结构示意图；
图8为一种水下巡逻机器鱼中浮潜器的局部剖面示意图；
图9为一种水下巡逻机器鱼中蓄排水机构的结构示意图；
图10为一种水下巡逻机器鱼中动力尾鳍组件的局部结构示意图。
图中：1、机器鱼身；2、推进器；21、保护外壳；22、后壳盖；23、支撑杆；24、电动杆；25、前壳盖；26、螺旋桨组件；261、主电机罩；262、联轴器；263、桨叶调节电机组件；2631、电池后壳；2632、实心桨轴；2633、蓄电池；2634、桨叶调节电机；2635、第一轴承；2636、主动轴；2637、主动锥齿轮；2638、空心桨轴；2639、电机前壳；2630、调节电机编码器；264、可调节桨叶；2641、叶片；2642、转盘；2643、第二轴承；2644、从动轴；2645、从动锥齿轮；265、桨毂；3、动力尾鳍组件；31、尾鳍；32、下固定耳；33、连接杆；34、弯连杆；35、尾鳍动力电机；36、下转轴；37、上固定耳；38、上转轴；4、背鳍；5、探照灯；6、摄像头；7、超声波探测器；8、浮潜器；81、重力筒；82、吊架；83、蓄排水机构；831、潜水泵；832、排水软管；833、第一电磁阀；834、外管；835、蓄水电磁阀；836、蓄水支管；837、弯连管；838、排水电磁阀；839、空心球；830、内管；84、压力传感器；85、分隔板。
具体实施方式
请参阅图1～10，本发明实施例中，一种水下巡逻机器鱼，包括机器鱼身1，机器鱼身1的上端的前侧安装有探照灯5，且机器鱼身1的下端的前侧安装有超声波探测器7，机器鱼身1的前端安装有摄像头6，且机器鱼身1的后端嵌入安装有动力尾鳍组件3，机器鱼身1的上端靠近探照灯5的后侧固定连接有背鳍4，且机器鱼身1的下端靠近超声波探测器7的后侧安装有浮潜器8，机器鱼身1的两端的后侧均安装有推进器2；
推进器2包括保护外壳21，保护外壳21的前端通过螺纹固定连接有前壳盖25，且保护外壳21的后端通过螺纹固定连接有后壳盖22，保护外壳21的外侧的后端转动连接有支撑杆23，且保护外壳21的外侧的前端转动连接有电动杆24，保护外壳21的内部安装有螺旋桨组件26，支撑杆23和电动杆24的一端均与机器鱼身1的内部转动连接。
在图4中：螺旋桨组件26包括主电机罩261，主电机罩261的内部从后向前依次安装有主蓄电池、主编码器和主电机，主电机的输出端固定连接有联轴器262，联轴器262的前端固定连接有桨叶调节电机组件263，桨叶调节电机组件263的前端安装有桨毂265，桨毂265的外侧均匀嵌入设置有三个可调节桨叶264，主电机罩261的后端通过螺栓与后壳盖22固定连接。
在图5中：桨叶调节电机组件263包括电池后壳2631以及位于电池后壳2631前侧的电机前壳2639，电池后壳2631与电机前壳2639通过法兰盘固定连接，且电池后壳2631与电机前壳2639的内部从后向前依次安装有蓄电池2633、调节电机编码器2630和桨叶调节电机2634，电池后壳2631的后端固定连接有实心桨轴2632，电机前壳2639的前端固定连接有连通的空心桨轴2638，桨叶调节电机2634的输出端固定连接有主动轴2636，主动轴2636的前端固定连接有主动锥齿轮2637，且主动轴2636的外侧套接有第一轴承2635。
在图4和图5中：实心桨轴2632的后端通过联轴器262与主电机罩261内部的主电机的输出端固定连接，空心桨轴2638的前端与桨毂265固定连接，主动锥齿轮2637位于桨毂265的内部，第一轴承2635固定在空心桨轴2638的内部，主动轴2636依次贯穿空心桨轴2638和桨毂265的内部。
在图4和图6中：可调节桨叶264包括叶片2641，叶片2641的一端固定连接有转盘2642，转盘2642的一端固定连接有从动轴2644，从动轴2644的一端固定连接有从动锥齿轮2645，且从动轴2644的外侧套接有第二轴承2643，第二轴承2643固定在桨毂265的内部，从动锥齿轮2645与主动锥齿轮2637啮合连接，转盘2642嵌入在桨毂265的外侧。
在图7和图8中：浮潜器8包括重力筒81，重力筒81的外侧的上端固定连接有一组吊架82，且重力筒81的内部的中间位置固定连接有封闭的分隔板85，重力筒81通过分隔板85分割成两个独立的腔室，每个腔室的内壁的下端均安装有压力传感器84，且其中一个腔室的内部安装有蓄排水机构83，吊架82的上端通过螺钉固定在机器鱼身1的下端。
在图9中：蓄排水机构83包括潜水泵831，潜水泵831的输入端固定连接有内管830，且潜水泵831的输出端固定连接有弯连管837，弯连管837的内侧安装有第一电磁阀833，且弯连管837的一端通过四通接头连接有两个蓄水支管836和一个外管834，蓄水支管836的内侧安装有蓄水电磁阀835，内管830的一端通过三通接头连接有两个排水软管832，排水软管832的内侧安装有排水电磁阀838，且排水软管832的一端固定连接有空心球839。
在图8和图9中：两个空心球839分别位于重力筒81的两个腔室内，两个蓄水支管836的出口端也分别位于重力筒81的两个腔室内，通过两个空心球839可以分别从两个腔室内抽水，从而可以使得两个腔室内的水量不同，实现机器鱼抬头或低头，外管834的一端贯穿重力筒81的外侧壁，通过外管834可以把外部的水放入到重力筒81内，也可以把重力筒81内的水排出。
在图1和图10中：动力尾鳍组件3包括尾鳍31，尾鳍31的前端的上侧固定连接有上固定耳37，且尾鳍31的前端的下侧固定连接有下固定耳32，上固定耳37的内侧的上端转动连接有上转轴38，下固定耳32的内侧的下端转动连接有下转轴36，下转轴36的外侧的下端转动连接有连接杆33，连接杆33的内侧的一端转动连接有弯连杆34，弯连杆34的上端固定连接有尾鳍动力电机35，尾鳍动力电机35和上转轴38均固定安装在机器鱼身1的内部的后端。
本发明的工作原理：通过探照灯5发出光线，可以为摄像头6进行补光，使得摄像头6拍摄的画面更加清晰，通过超声波探测器7发出超声波，可以对水下障碍物的距离以及水流的方向和速度进行探测，当需要利用机器鱼进行水下游动时，开启主电机罩261的内部的主电机，主电机通过联轴器262带动桨叶调节电机组件263、桨毂265和可调节桨叶264一起转动，通过可调节桨叶264进行排水，实现机器鱼的前进，同时，开启尾鳍动力电机35，通过尾鳍动力电机35带动弯连杆34转动，由于上转轴38固定安装在机器鱼身1的内部的后端，且上转轴38与上固定耳37转动连接，从而使得弯连杆34转动的同时带动连接杆33摆动，连接杆33带动尾鳍31左右摆动，通过尾鳍31的左右摆动再次推动机器鱼的前进，同时使得机器鱼保持平衡，通过主电机罩261内部的主编码器测量主电机的转速，从而计算桨毂265和可调节桨叶264的转速，通过超声波探测器7对水下的水流方向和速度进行测量，计算出水流方向和速度；接着，根据实际需求，开启桨叶调节电机2634，桨叶调节电机2634带动主动轴2636和主动锥齿轮2637一起转动，主动锥齿轮2637与从动锥齿轮2645啮合传动，从而带动从动锥齿轮2645转动，从动锥齿轮2645通过从动轴2644带动转盘2642和叶片2641一起转动，同时通过调节电机编码器2630测量桨叶调节电机2634的转动，进而计算出叶片2641旋转的角度，使得叶片2641的角度与当前的水流的方向、水流速度以及机器鱼本身的速度向适应，使其具有最佳运动状态；当需要调节机器鱼的运动方向时，通过电动杆24的伸长和缩短，带动保护外壳21沿着支撑杆23转动，从而调节机器鱼身1与推进器2的角度，从而实现机器鱼的转向或掉头；当需要下潜机器鱼时，关闭第一电磁阀833，打开两个蓄水电磁阀835，由于压差的作用，外部的水通过依次经过外管834和蓄水支管836后，流入到重力筒81内部两个腔室内，重力筒81内部灌入水后，再带动机器鱼身1下沉，通过压力传感器可以检测重力筒81内部的灌水量，从而实现机器鱼的下潜，当需要使得机器鱼上浮时，打开第一电磁阀833和排水电磁阀838，关闭两个蓄水电磁阀835，再开启潜水泵831，重力筒81内部两个腔室内的水依次通过空心球839、排水软管832、潜水泵831、弯连管837和外管834后，再排到外部，从而实现机器鱼的上浮，当需要使得机器鱼抬头或低头上浮时，先关闭其中一个排水电磁阀838，然后再开启潜水泵831，潜水泵831从重力筒81内部的一个腔室内向外抽水，而另一个腔室内的水保持不变，当从前面一个腔室内向外抽水时，机器鱼抬头上浮，当从后面一个腔室内向外抽水时，机器鱼低头上浮，同理，当需要使得机器鱼抬头或低头下潜时，关闭其中一个蓄水电磁阀835，向其中一个腔室内注水，而另一个腔室内不注水即可。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水下巡逻机器鱼，包括机器鱼身(1)，所述机器鱼身(1)的上端的前侧安装有探照灯(5)，且机器鱼身(1)的下端的前侧安装有超声波探测器(7)，其特征在于，所述机器鱼身(1)的前端安装有摄像头(6)，且机器鱼身(1)的后端嵌入安装有动力尾鳍组件(3)，所述机器鱼身(1)的上端靠近探照灯(5)的后侧固定连接有背鳍(4)，且机器鱼身(1)的下端靠近超声波探测器(7)的后侧安装有浮潜器(8)，所述机器鱼身(1)的两端的后侧均安装有推进器(2)；
所述推进器(2)包括保护外壳(21)，所述保护外壳(21)的前端通过螺纹固定连接有前壳盖(25)，且保护外壳(21)的后端通过螺纹固定连接有后壳盖(22)，所述保护外壳(21)的外侧的后端转动连接有支撑杆(23)，且保护外壳(21)的外侧的前端转动连接有电动杆(24)，所述保护外壳(21)的内部安装有螺旋桨组件(26)，所述支撑杆(23)和电动杆(24)的一端均与机器鱼身(1)的内部转动连接。
2.根据权利要求1所述的一种水下巡逻机器鱼，其特征在于，所述螺旋桨组件(26)包括主电机罩(261)，所述主电机罩(261)的内部从后向前依次安装有主蓄电池、主编码器和主电机，所述主电机的输出端固定连接有联轴器(262)，所述联轴器(262)的前端固定连接有桨叶调节电机组件(263)，所述桨叶调节电机组件(263)的前端安装有桨毂(265)，所述桨毂(265)的外侧均匀嵌入设置有三个可调节桨叶(264)，所述主电机罩(261)的后端通过螺栓与后壳盖(22)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种水下巡逻机器鱼，其特征在于，所述桨叶调节电机组件(263)包括电池后壳(2631)以及位于电池后壳(2631)前侧的电机前壳(2639)，所述电池后壳(2631)与电机前壳(2639)通过法兰盘固定连接，且电池后壳(2631)与电机前壳(2639)的内部从后向前依次安装有蓄电池(2633)、调节电机编码器(2630)和桨叶调节电机(2634)，所述电池后壳(2631)的后端固定连接有实心桨轴(2632)，所述电机前壳(2639)的前端固定连接有连通的空心桨轴(2638)，所述桨叶调节电机(2634)的输出端固定连接有主动轴(2636)，所述主动轴(2636)的前端固定连接有主动锥齿轮(2637)，且主动轴(2636)的外侧套接有第一轴承(2635)。
4.根据权利要求3所述的一种水下巡逻机器鱼，其特征在于，所述实心桨轴(2632)的后端通过联轴器(262)与主电机罩(261)内部的主电机的输出端固定连接，所述空心桨轴(2638)的前端与桨毂(265)固定连接，所述主动锥齿轮(2637)位于桨毂(265)的内部，所述第一轴承(2635)固定在空心桨轴(2638)的内部，所述主动轴(2636)依次贯穿空心桨轴(2638)和桨毂(265)的内部。
5.根据权利要求2所述的一种水下巡逻机器鱼，其特征在于，所述可调节桨叶(264)包括叶片(2641)，所述叶片(2641)的一端固定连接有转盘(2642)，所述转盘(2642)的一端固定连接有从动轴(2644)，所述从动轴(2644)的一端固定连接有从动锥齿轮(2645)，且从动轴(2644)的外侧套接有第二轴承(2643)，所述第二轴承(2643)固定在桨毂(265)的内部，所述从动锥齿轮(2645)与主动锥齿轮(2637)啮合连接，所述转盘(2642)嵌入在桨毂(265)的外侧。
6.根据权利要求1所述的一种水下巡逻机器鱼，其特征在于，所述浮潜器(8)包括重力筒(81)，所述重力筒(81)的外侧的上端固定连接有一组吊架(82)，且重力筒(81)的内部的中间位置固定连接有封闭的分隔板(85)，所述重力筒(81)通过分隔板(85)分割成两个独立的腔室，每个所述腔室的内壁的下端均安装有压力传感器(84)，且其中一个腔室的内部安装有蓄排水机构(83)，所述吊架(82)的上端通过螺钉固定在机器鱼身(1)的下端。
7.根据权利要求6所述的一种水下巡逻机器鱼，其特征在于，所述蓄排水机构(83)包括潜水泵(831)，所述潜水泵(831)的输入端固定连接有内管(830)，且潜水泵(831)的输出端固定连接有弯连管(837)，所述弯连管(837)的内侧安装有第一电磁阀(833)，且弯连管(837)的一端通过四通接头连接有两个蓄水支管(836)和一个外管(834)，所述蓄水支管(836)的内侧安装有蓄水电磁阀(835)，所述内管(830)的一端通过三通接头连接有两个排水软管(832)，所述排水软管(832)的内侧安装有排水电磁阀(838)，且排水软管(832)的一端固定连接有空心球(839)。
8.根据权利要求7所述的一种水下巡逻机器鱼，其特征在于，两个所述空心球(839)分别位于重力筒(81)的两个腔室内，两个所述蓄水支管(836)的出口端也分别位于重力筒(81)的两个腔室内，所述外管(834)的一端贯穿重力筒(81)的外侧壁。
9.根据权利要求1所述的一种水下巡逻机器鱼，其特征在于，所述动力尾鳍组件(3)包括尾鳍(31)，所述尾鳍(31)的前端的上侧固定连接有上固定耳(37)，且尾鳍(31)的前端的下侧固定连接有下固定耳(32)，所述上固定耳(37)的内侧的上端转动连接有上转轴(38)，所述下固定耳(32)的内侧的下端转动连接有下转轴(36)，所述下转轴(36)的外侧的下端转动连接有连接杆(33)，所述连接杆(33)的内侧的一端转动连接有弯连杆(34)，所述弯连杆(34)的上端固定连接有尾鳍动力电机(35)，所述尾鳍动力电机(35)和上转轴(38)均固定安装在机器鱼身(1)的内部的后端。
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