CN115056952A - 一种水下仿生巡检装置及其巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下仿生巡检装置，其包括能够以正弦摆动的方式产生波浪式的推动力的鱼鳍组件，所述鱼鳍组件包括能够带动鱼鳍板模拟出正弦摆动的传动模块，所述传动模块的多段传动轴按照在相邻的所述传动轴之间安装偏心轮的方式进行共轴连接，多个所述偏心轮的长轴是以不同倾斜角度与所述传动轴的轴线相交的，使得相邻的所述偏心轮能够在所述传动轴的驱动下能够以存在相位差的方式进行周转；所述偏心轮还转动连接有能够跟随其进行运动的摆杆，所述摆杆的杆体能够跟随所述偏心轮的周转而发生往复摆动，从而多个所述摆杆的端部能够跟随间隔布设的多个所述偏心轮的周转而勾勒出正弦摆动路径。此外，本发明还涉及一种水下仿生巡检装置的巡检方法。

Description

一种水下仿生巡检装置及其巡检方法

技术领域

本发明涉及水下仿生巡检装置技术领域，尤其涉及一种水下仿生巡检装置及其巡检方法。

背景技术

长期的仿生学研究结果显示：采用身体/尾鳍摆动方式的仿生水下推进器在运动过程中会产生剧烈晃动，限制了其在实际工程领域的应用。相对而言，利用两侧胸鳍的波动进行游动的生物，由于其身体在游动过程中几乎保持不动，因而具有非常高的游动稳定性。

在鱼长鳍波动推进机理和水动力学研究的基础上，很多研究人员开始设计制造利用波动鳍作为推进方式的水下航行器，通过实验来验证波动推进机理以及研究具有新型推进系统的水下航行器的控制方法。据现有文献记载，最早进行仿鱼长鳍波动推进水下航行器实验的是英国赫瑞瓦特大学的Sfakiotakis等人，他们于2001年设计了一种长鳍驱动装置，其中包含8个并行排列的鳍条，鳍条通过柔性薄膜连接形成一条长鳍，并且通过气动装置驱动鳍条实现长鳍的波动，此外，该装置通过改变行波方向来改变推力方向。水动力学实验数据表明：在一定的推进参数范围内，实验装置能够产生与频率、波动幅度近似线性关系的推力，但是由于气动驱动器的体积和惯性较大，产生的侧向力高达推力的数十倍，该实验装置难以应用于实际工程中。

经过十多年的努力，国内外研究人员逐渐研制出了多种仿鱼长鳍波动推进水下航行器系统。例如，2002年起，日本大阪大学开始研制一种鱿鱼机器人“squidrobot”，它的两侧拥有一对波动鳍，每侧长鳍通过17个伺服舵机进行驱动，并且拥有两条尾鳍，可在水中实现转向、俯仰、盘旋、上浮和下潜等运动。

公开号为CN106043643A的专利文献公开了一种波动推进仿生机器魟鱼及其工作方法。它包括上壳体、下壳体、环形长鳍推进机构、姿态控制机构、电池和控制系统电路板。该发明的仿生机器魟鱼能够模仿鱼类的胸鳍波动推进方式，实现仿生机器魟鱼的直线游动、机动转弯及上浮与下潜运动。该发明的仿生机器魟鱼既可以用于研究鱼类的波动推进机理，也可以用于进行水下作业。但是，该发明与其他的现有技术一样，在仿生机器魟鱼的内部设置有多个驱动电机来模仿鱼鳍的摆动，虽然这种方式能够模拟出较为真实的鱼鳍摆动，但是其内部的驱动电机的控制系统复杂，并且无法高效地模拟出鱼鳍的波动状态，尤其是多个驱动电机的设置方式在增大了制造成本的同时还增大控制系统的控制难度。

因此，针对现有仿生机器魟鱼需要多个驱动电机协同工作才能模拟鱼鳍的摆动的缺陷，本申请提供一种能够在单一动力模块的驱动下就能够控制仿生鱼鳍完成等幅的正弦摆动动作的水下仿生巡检装置。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明的技术方案提供一种水下仿生巡检装置及其巡检方法，其至少包括能够以正弦摆动的方式产生波浪式的推动力的鱼鳍组件，所述鱼鳍组件包括能够带动鱼鳍板模拟出正弦摆动的传动模块，其中，所述传动模块的多段传动轴按照在相邻的所述传动轴之间安装偏心轮的方式共轴连接，并且多个所述偏心轮的长轴是以不同倾斜角度与所述传动轴的轴线相交的，使得相邻的所述偏心轮能够在所述传动轴的驱动下能够以存在相位差的方式进行周转；所述偏心轮还转动连接有能够跟随其进行运动的摆杆，所述摆杆的杆体能够跟随所述偏心轮的周转而发生往复摆动，从而多个所述摆杆的端部能够跟随间隔布设的多个所述偏心轮的周转而勾勒出正弦摆动路径。其优势在于，通过设置传动模块而使得连接同一个鱼鳍板的多个摆杆能够在同一个传动结构的驱动下进行存在相位差的正弦摆动，相对于现有技术的多个驱动电机分别控制一个摆杆的运动结构，本发明的多段式传动轴和间隔设置的偏心轮能够在同一个驱动力的作用下带动多个摆杆进行互不重叠的往复摆动。尤其是相邻的多个偏心轮会从不同的起始位置开始驱动摆杆进行摆动，使得摆杆的运动能够有效地模拟出类似于鱼鳍运动的正弦摆动。

根据一种优选的实施方式，多段所述传动轴与多个所述偏心轮是以交替设置的方式构成一个能够进行同步运动的传动结构，其中，所述偏心轮的长径焦点处于所述传动轴的轴线上，相邻的所述偏心轮是按照限定其长轴在所述传动轴的轴线方向上的投影的夹角的方式交错设置在同一段所述传动轴的两端。其优势在于，通过特定的曲柄滑块机构节省了驱动电机等单独的控制元件，并且传动结构的整体配合性能更好，可以实现鱼鳍组件的模块化，具有更高效的整体操作性能。

根据一种优选的实施方式，所述偏心轮通过贯穿其短径焦点的中心轴与所述摆杆活动连接；在所述偏心轮发生周转时，所述中心轴能够在所述摆杆的轴向上进行往复移动，从而利用所述偏心轮的周转来驱动所述摆杆绕其自身的摆动原点进行摆动。其优势在于，通过偏心轮与摆杆之间的活动连接结构的设置，使得偏心轮的周转能够有效地转化为摆杆的往复摆动。

根据一种优选的实施方式，在所述摆杆的杆体上沿其轴向开设有容纳所述中心轴的部分轴杆的贯穿槽，使得所述偏心轮能够与穿过所述贯穿槽的所述中心轴的两端连接，从而所述偏心轮带动所述中心轴在所述贯穿槽中进行往复移动，从而推动所述摆杆发生摆动。

根据一种优选的实施方式，与所述偏心轮配套设置的多个所述摆杆的摆动原点是处于同一轴线上的，并且多个所述摆杆还通过贯穿摆动原点的光杆相互连接，使得所述光杆能够限定多个所述摆杆在发生同步摆动时的摆动原点的位置，从而多个所述摆杆远离所述偏心轮的端点的连线能够形成正弦摆动路径。

根据一种优选的实施方式，共轴线的多段所述传动轴能够在动力模块提供的驱动力的作用下带动多个所述偏心轮进行同步运动，并且所述传动轴通过定位相邻的所述偏心轮之间的相位差来使得多个所述偏心轮能够在同一个驱动力的作用下带动多个所述摆杆发生存在相对偏移量的往复摆动。

根据一种优选的实施方式，在多个间隔设置的所述摆杆之间存在的相对偏移量是指相邻所述摆杆沿所述传动轴的轴线方向进行投影而形成的偏移夹角，并且，所述偏移夹角的大小跟随所述摆杆的往复摆动在设定的阈值范围内循环变化。

根据一种优选的实施方式，所述摆杆远离所述偏心轮的部分杆体以能够带动所述鱼鳍板发生同步运动的方式夹持在所述鱼鳍板上，所述鱼鳍板被处于同一根所述光杆上的多个所述摆杆共同夹持，使得所述鱼鳍板按照其板体的不同区段分别跟随与该区段连接的所述摆杆进行同步运动的方式模拟出正弦摆动，从而产生波浪式的推动力。

本发明的技术方案还提供了一种水下仿生巡检装置的巡检方法，其包括：

主机身用于搭载视觉模块、沉浮模块、控制模块和动力模块，并且所述主机身还能够限定鱼鳍组件的位置；

所述视觉模块用于捕获处于其视觉区域内的环境图像；

所述沉浮模块根据所述控制模块的指令而进行吸水或排水操作，从而实现所述水下仿生巡检装置在水中的沉浮动作；

所述控制模块能够根据操控指令控制所述视觉模块、沉浮模块和动力模块进行工作；

所述动力模块能够为所述鱼鳍组件提供驱动力，使得所述鱼鳍组件以正弦摆动的方式产生波浪式的推动力。

根据一种优选的实施方式，所述鱼鳍组件包括能够带动鱼鳍板模拟出正弦摆动的传动模块，其中，所述传动模块的多段传动轴按照在相邻的所述传动轴之间安装偏心轮的方式进行共轴连接，所述传动轴通过定位相邻的所述偏心轮之间的相位差来使得多个所述偏心轮能够在同一个驱动力的作用下带动多个所述摆杆发生存在相对偏移量的往复摆动。

附图说明

图1是本发明所提出的一种优选的水下仿生巡检装置的三维模型示意图；

图2是本发明所提出的一种优选的水下仿生巡检装置的结构示意图；

图3是本发明所提出的一种优选的水下仿生巡检装置的传动模块的结构示意图。

附图标记列表

1：鱼鳍组件；2：主机身；3：视觉模块；4：沉浮模块；5：控制模块；6：动力模块；11：传动模块；12：鱼鳍板；111：传动轴；112：偏心轮；113：摆杆；114：中心轴；115：光杆；1131：贯穿槽；1121：凸轮板体。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

与传统的水下螺旋桨推进器相比，仿生机器魟鱼能够更高效率、更高机动性、更高稳定性的行进，并且其对环境的扰动小。魟鱼是鳐目魟科魟属的软骨鱼，身体扁平，略呈圆形或菱形，软骨无鳞，胸鳍发达。魟鱼的环形胸鳍沿身体中线对称分布，魟鱼游动过程中其单侧胸鳍呈现1.2-1.5个波数，属于典型的胸鳍波动推进模式。魟鱼的行进运动主要依靠由结缔组织连接软骨鳍条构成的环形胸鳍通过产生的相位差振动来形成向后传播的正弦波。当需要实现转弯运动时，使左右鳍条振幅不相等，便可产生偏转力矩完成转弯动作。相关的实验数据证明，通过这种波状摆动推进的前进方式，魟鱼的行进效率可达86％，此外，将这种推进方式与柔性流线型身体相结合还能够更好地吸收涡流的能量。因此，本申请借鉴魟鱼的推进机制开发了一种水下仿生巡检装置。

魟鱼在运动时其单侧胸鳍呈现的波数大于1，即为波动模式，不同于其余鱼类在巡游时波数小于0.5的摆动模式。魟鱼的游动分为稳定游动和激动游动，稳定游动即为胸鳍周期波动运动，激动游动包括快速启停、转弯、悬停，上述游动均可通过胸鳍形成不同的波形来实现。因此，本发明提供的水下仿生巡检装置的前游、后游和机动转向均可分别依靠波形的同向向后传播、向前传播以及左右逆向来实现。

实施例1

本申请提供一种水下仿生巡检装置，其至少包括鱼鳍组件1、主机身2、视觉模块3、沉浮模块4、控制模块5和动力模块6。

根据图1和2示出的一种具体的实施方式，主机身2的两侧均设置有能够模拟出正弦摆动的鱼鳍组件1，使得主机身2在两个相对设置的鱼鳍组件1产生的正弦波动的驱动下向前游动、向后游动或转向。主机身2的内部还搭载有视觉模块3、沉浮模块4、控制模块5和动力模块6。视觉模块3可以设置在主机身2的轴向前端，从而其能够在水下仿生巡检装置游动时采集水下仿生巡检装置前方的环境图像，从而方便操作人员根据水下仿生巡检装置所处的水环境的变化来调节水下仿生巡检装置在水环境中的位置和运动状态。沉浮模块4能够根据操作人员利用控制模块5输出的指令而进行吸水或排水操作，使得水下仿生巡检装置能够可调节地潜入水下或漂浮在水面上。控制模块5能够根据操作人员的操控指令改变设置在主机身2内的视觉模块3、沉浮模块4和动力模块6的工作状态。动力模块6能够分别向两个鱼鳍组件1提供驱动力，使得两个鱼鳍组件1能够产生同步的正弦摆动或存在相位差的正弦摆动。

如图3所示，鱼鳍组件1包括传动模块11和鱼鳍板12。传动模块11可拆卸地安装在主机身2中，并且传动模块11的输出端与设置主机身2的两侧的鱼鳍板12相连接。鱼鳍板12通过传动模块11与主机身2连接，使得鱼鳍板12发生的正弦摆动能够带动主机身2进行移动。优选地，在主机身2内安装有两个传动模块11。一个传动模块11仅能够向主机身2一侧的鱼鳍板12传递动力，使得传动模块11能够带动鱼鳍板12模拟出正弦摆动。两个传动模块11能够以发生同步运动或非同步运动的方式实现主机身2的定向游动或转向。与现有技术需要利用众多的驱动电机来实现鱼鳍板12的正弦摆动相比较，本发明通过对传动模块11的结构进行优化设置，使得一个动力源就能够驱动一个鱼鳍板12进行完整的正弦摆动，从而大大减少了对驱动电机的需求，使得鱼鳍板12的控制方式更加简单，进而鱼鳍组件1不需要过多的控制系统就能够有效地对鱼鳍板12的运动进行控制，使得鱼鳍板2的板体的不同区段在单一的驱动力的作用下就能够产生存在相位差的正弦摆动。优选地，正弦摆动是指鱼鳍板12的板体边缘的运动路径能够形成随时间发生周期性变化的波浪式摆动，并且一个完整的鱼鳍板2的某一时刻的板体边缘恰好形成一个正弦波曲线。

优选地，传动模块11包括传动轴111、偏心轮112、摆杆113、中心轴114和光杆115。多段传动轴111与多个偏心轮112交替设置构成一个与鱼鳍板2的长度大致相等的传动结构，即，相邻两个传动轴111之间通过偏心轮112进行连接，并且同一段传动轴111的两端分别连接有一个偏心轮112。多个间隔设置的传动轴111的轴线相互重合，并且处于传动结构的轴向端部的一个传动轴111与动力模块6的输出端连接。动力模块6向传动轴111传递的动力能够带动属于同一个传动结构的多段传动轴111和偏心轮112进行同步转动。优选地，多个偏心轮112的长轴是以不同倾斜角度与传动轴111的轴线相交的，使得相邻的偏心轮112能够在传动轴111的驱动下以存在相位差的方式进行周转。偏心轮112按照其长轴和传动轴111的轴线相交的方式与传动轴111连接，使得偏心轮112能够跟随传动轴111进行转动，并且向相邻的传动轴111和相邻的偏心轮112传递驱动力。

优选地，在相邻的两个偏心轮112的长轴沿传动轴111的轴向进行投影时，两个偏心轮112的长轴投影存在一个相交点，该相交点与传动轴111的轴心重合，并且两个长轴投影还限定出了一个夹角。优选地，相邻的两个偏心轮112的长轴投影的夹角可以为90°，即，相邻两个偏心轮112之间的相位差为90°。优选地，相位差可以指相邻两个偏心轮112在同一平面上的投影之间存在的相对位置偏差角。使得位于传动结构的下游的偏心轮112的周转滞后于位于传动结构的上游的偏心轮112的四分之一的转动周径，即，在传动结构的上游的偏心轮112的第一时刻的周转位置对应于在传动结构的下游的偏心轮112的第二时刻的周转位置，第一时刻与第二时刻之间的时间差为偏心轮112完成一个完整周转的时间周期的四分之一。位于传动结构的下游偏心轮112始终是在追踪位于传动结构的上游偏心轮112的运动，从而多个依次连接的偏心轮112能够在同一个驱动力的作用下产生具有相位差的周转。优选地，偏心轮112的长轴是指偏心轮12的两个焦点的连线。优选地，偏心轮112远离传动轴111的一端还活动连接有能够跟随偏心轮112进行运动的摆杆113。摆杆113的杆体能够跟随偏心轮112的周转而进行往复摆动，使得摆杆113远离偏心轮112的一端能够在偏心轮112的周转平面内进行运动路径固定的上下往复摆动。由于多个偏心轮112之间的运动存在相位差，使得在相邻的摆杆113之间也存在一个相位差，从而多个摆杆113的端部的位置连线恰好能够构成一个正弦摆动路径，使得与摆杆113连接的鱼鳍板12能够在摆杆113的控制下产生存在相位差的正弦摆动。

优选地，偏心轮112的长径焦点处于传动轴111的轴线上。偏心轮112的长径焦点是指在偏心轮112的横向截面上存在两个弧形轮廓，其中，直径较大的弧形轮廓的圆心即为长径焦点，直径较小的弧形轮廓的圆心即为短径焦点。优选地，偏心轮112的板体的外侧设置有能够与传动轴111连接的卡槽。进一步优选地，传动轴111采用横截面为正方形的轴杆，卡槽也选用能够与横截面为正方形的轴杆相卡接的正方体槽。优选地，通过调整偏心轮112与传动轴111之间的卡接关系，使得在相邻的两个偏心轮112之间存在90°的相位差。优选地，当一个偏心轮112与传动轴111进行卡接时，与该偏心轮112相邻的另一个偏心轮112需要绕自身的长径焦点顺时针或逆时针转动90°后再与传动轴111进行卡接，从而在两个相邻的偏心轮112之间形成90°的相位差。优选地，间隔设置的多个偏心轮112以交错的方式沿顺时针或逆时针转动90°，使得连续的四个偏心轮112的长径焦点指向短径焦点的方向互不相同，并且四个长轴在同一平面上的投影线恰好对应于十字相交轴的四条轴线。

优选地，偏心轮112包括两个相互平行的凸轮板体1121。两个相互平行的凸轮板体1121通过贯穿其短径焦点的中心轴114进行连接。优选地，凸轮板体1121的短径焦点即为偏心轮112的短径焦点。设置在偏心轮112两侧的两个传动轴111是分别与两个凸轮板体1121的外侧板面进行连接的。优选地，在中心轴114上还活动连接有能够跟随中心轴114进行运动的摆杆113。在偏心轮112发生周转时，贯穿其短径焦点的中心轴114能够在摆杆113的轴向上往复移动，从而利用偏心轮112的周转来驱动摆杆113绕其自身的摆动原点进行摆动。优选地，在摆杆113的杆体上沿其轴向开设有容纳中心轴114的部分轴杆的贯穿槽1131，使得构成偏心轮112的两个凸轮板体1121分别与穿过贯穿槽1131的中心轴114的两端连接，从而偏心轮112带动中心轴114在贯穿槽1131中进行往复移动，从而中心轴114推动摆杆113发生同步的摆动。优选地，当偏心轮112发生周转时，其通过中心轴114推动摆杆113绕摆动原点进行摆动。优选地，摆杆113的实时摆动角是在预先设定的最大摆动角和最小摆动角之间往复变动的。优选地，与偏心轮112配套设置的多个摆杆113的摆动原点是处于同一轴线上的，并且多个摆杆113还通过贯穿摆动原点的光杆115连接，使得光杆115能够限定多个摆杆113在发生同步摆动时的摆动原点的位置，从而多个摆杆113远离偏心轮112的端点的连线能够形成正弦摆动路径。优选地，正弦摆动路径是指多个摆杆113在任意一个时间点上的运动轨迹连线恰好能够形成的一个正弦波曲线。优选地，多个摆杆113远离偏心轮112的端点的连线恰好勾勒出一个正弦波曲线。优选地，光杆115可拆卸地设置在主机身2的内部，使得摆杆113的摆动是按照将主机身2作为参照物的方式进行的相对运动。

优选地，多个偏心轮112能够在同一个驱动力的作用下带动多个摆杆113发生存在相对偏移量的往复摆动。优选地，相对偏移量是指在相邻摆杆113之间存在相对夹角。摆杆113按照绕其摆动原点转动一定的角度的方式使得其与相邻的另一个摆杆113相互平行，摆杆113转动的角度即为相对偏移量。优选地，在多个间隔设置的摆杆113之间存在的相对偏移量是指相邻的摆杆113沿传动轴111的轴线方向进行的投影所形成的偏移夹角。偏移夹角的大小跟随摆杆113的往复摆动在设定的阈值范围内循环变化。优选地，摆杆113是在一个角度阈值范围内进行往复摆动的，因此，相邻两个摆杆113之间的偏移夹角也是处于一个阈值范围内的。优选地，偏移夹角的阈值是摆杆113的摆动角度阈值的二分之一。例如，摆杆113的摆动角度阈值为60°(-30°～30°)，则偏移夹角的阈值为30°。优选地，摆杆113远离偏心轮112的部分杆体以能够带动鱼鳍板12发生同步运动的方式夹持在鱼鳍板12上，鱼鳍板12被处于同一根光杆115上的多个摆杆113共同夹持，使得鱼鳍板12按照其板体的不同区段分别跟随与该区段连接的摆杆113进行同步运动的方式模拟出正弦摆动，从而产生波浪式的推动力。

优选地，动力模块6通过一对锥齿轮进行传动，使得方形的传动轴111能够进行匀速周转，从而带动多个偏心轮112进行周转。优选地，每个偏心轮112都会从不同的起始位置驱动摆杆113进行摆动。本发明的传动轴111可以有效地定位出相邻的两个偏心轮112之间的90°的相位差，同时通过特定的曲柄滑块机构节省了对驱动电机(舵机)等单独的控制元件的需求，并且传动结构的整体配合性能更好，从而可以实现水下仿生巡检装置的仿生鱼鳍的模块化，并且可以实现多个摆杆113的同步启动和同步刹停，同时水下仿生巡检装置也可以通过摆杆113的局部震荡来实现悬停等功能。本发明通过参考魟鱼的游动方式并分析其身体波动和鱼鳍推动的动力学，相较于传统的水下螺旋桨推进器，本发明提供的水下仿生巡检装置能够高效率、高机动性以及高稳定性的行进，并且水下仿生巡检装置在行进过程中对环境的扰动小。本发明可适应浅水区域的复杂地形环境，由于无螺旋桨结构，水下仿生巡检装置不易被水草等水下生物缠绕，灵活性高，越障能力好。

相对于常见水下探测器常常只能在近水面进行探测的缺陷，水下仿生巡检装置利用自身独特的外形优势，可以进行靠近礁石的探测工作。这一特性使得水下仿生巡检装置能够很好地运用到诸如海参一类需要利用礁石的近海水产养殖和水下管道巡检等领域。本发明结合人工智能和物联网技术可以使得水下仿生巡检装置脱离人为监测，实施自主巡检，提高监测效率，解放劳动力。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

优选地，水下仿生巡检装置的移动方式为“鱼鳍”波浪式推动。“鱼鳍”是指鱼鳍板12。鱼鳍板12为长条形的橡胶，其分布主机身2的两侧，每一侧的鱼鳍板12都均匀分布8根摆杆13用于控制鱼鳍板12进行波浪式推动。该机械具有视觉、沉浮、控制、鱼鳍、动力五大模块，分为主机身、胸鳍两个部分，以机械连接的方式组装在一起。中间的主机身搭载视觉、沉浮、控制、动力模块，同时可以根据需求通过拆卸更换实现其他功能。两侧“鱼鳍”与主机身连接，连接媒介是左右两侧各8根杆，分别通过两台无刷减速电机分别控制。单片机控制电机操纵斜齿轮带动曲柄连杆机构使“鱼鳍”进行波浪式运动。

为了实现防水要求，水下仿生巡检装置的防水结构采用新型螺纹结构，整体采用模块化设计，将整体机体分为四小块，不同的小块可直接利用两头螺纹拧上，其视觉模块3、沉浮模块4、控制模块5和动力模块6等为四个独立密封的整体，拼装式的结构设置可以省去防水环等老旧防水措施。各个模块的密封机构均采用PLA材料并且利用FDM技术进行3D打印，并且在拼装完成后在密封机构的外围涂上环氧胶来填补Z缝。

目前，主流的水下机器人使用的沉浮系统主要是空气压缩式沉浮系统和螺旋桨式沉浮系统，由于本发明不使用螺旋桨，因此基本确定沉浮模块4为空气压缩式沉浮系统，这也是一般潜艇的沉浮方式。优选地，沉浮模块4位于主机身2的前端，沉浮模块4排水或吸水过程还可以使得机器人在pitch轴转动，从而实现主机身2抬头或低头，进而利用主机身2的浮力来完成水下仿生巡检装置在水中的沉浮动作。沉浮模块4是由电机驱动丝杠转动，带动活塞前后运动，从而将环境中的水吸入水箱，进而改变沉浮模块4的整体密度。此外，为了保证水下仿生巡检装置的内部气压平衡，沉浮模块4还需要增加排气单元。具体地，沉浮模块4可以利用弹性较低的气球收集从水箱中排出的气体，避免水下仿生巡检装置的防水舱的气压升高。

优选地，动力模块6通过丝锥固定的大扭矩电机输出扭矩，通过钢轴传到斜齿轮实现动力传输。优选地，由于水下仿生巡检装置到的传动轴111要求绝对防水，因此在进行传动轴111的加工时，代加工基材选择制造机械结构的专用碳素钢，并且要求其表面硬度≥30HRC，使用无进给精磨，表面粗糙度在0.63-0.2μmRa之间，尺寸公差h9，同时传动轴111的末端使用橡胶密封环防水，满足装置在进行动力传动时的防水需求。针对水下仿生巡检装置需要在水下进行作业的需求，动力模块6(无刷减速电机)在为装置运动提供足够的动力的同时应尽量减轻自重，并且应该优先考虑防水问题。经过综合考虑和计算，选择霍尔编码器作为动力来源。

实施例3

本申请还提供一种水下仿生巡检装置的巡检方法，其包括：

主机身2用于搭载视觉模块3、沉浮模块4、控制模块5和动力模块6，并且主机身2还能够限定鱼鳍组件1的位置；

视觉模块3用于捕获处于其视觉区域内的环境图像；

沉浮模块4根据控制模块5的指令而进行吸水或排水操作，从而实现水下仿生巡检装置在水中的沉浮动作；

控制模块5能够根据操控指令控制视觉模块3、沉浮模块4和动力模块6进行工作；

动力模块6能够为鱼鳍组件1提供驱动力，使得鱼鳍组件1以正弦摆动的方式产生波浪式的推动力。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (10)

1.一种水下仿生巡检装置，其至少包括能够以正弦摆动的方式产生波浪式的推动力的鱼鳍组件(1)，其特征在于，所述鱼鳍组件(1)包括能够带动鱼鳍板(12)模拟出正弦摆动的传动模块(11)，其中，

所述传动模块(11)的多段传动轴(111)按照在相邻的所述传动轴(111)之间安装偏心轮(112)的方式共轴连接，并且多个所述偏心轮(112)的长轴是以不同倾斜角度与所述传动轴(111)的轴线相交的，使得相邻的所述偏心轮(112)能够在所述传动轴(111)的驱动下能够以存在相位差的方式进行周转；

所述偏心轮(112)还转动连接有能够跟随其进行运动的摆杆(113)，所述摆杆(113)的杆体能够跟随所述偏心轮(112)的周转而发生往复摆动，从而多个所述摆杆(113)的端部能够跟随间隔布设的多个所述偏心轮(112)的周转而勾勒出正弦摆动路径。

2.如权利要求1所述的水下仿生巡检装置，其特征在于，多段所述传动轴(111)与多个所述偏心轮(112)是以交替设置的方式构成一个能够进行同步运动的传动结构，其中，所述偏心轮(112)的长径焦点处于所述传动轴(111)的轴线上，相邻的所述偏心轮(112)是按照限定其长轴在所述传动轴(111)的轴线方向上的投影的夹角的方式交错设置在同一段所述传动轴(111)的两端。

3.如权利要求2所述的水下仿生巡检装置，其特征在于，所述偏心轮(112)通过贯穿其短径焦点的中心轴(114)与所述摆杆(113)活动连接；

在所述偏心轮(112)发生周转时，所述中心轴(114)能够在所述摆杆(113)的轴向上进行往复移动，从而利用所述偏心轮(112)的周转来驱动所述摆杆(113)绕其自身的摆动原点进行摆动。

4.如权利要求3所述的水下仿生巡检装置，其特征在于，在所述摆杆(113)的杆体上沿其轴向开设有容纳所述中心轴(114)的部分轴杆的贯穿槽(1131)，使得所述偏心轮(112)能够与穿过所述贯穿槽(1131)的所述中心轴(114)的两端连接，从而所述偏心轮(112)带动所述中心轴(114)在所述贯穿槽(1131)中进行往复移动，从而推动所述摆杆(113)发生摆动。

5.如权利要求4所述的水下仿生巡检装置，其特征在于，与所述偏心轮(112)配套设置的多个所述摆杆(113)的摆动原点是处于同一轴线上的，并且多个所述摆杆(113)还通过贯穿摆动原点的光杆(115)相互连接，使得所述光杆(115)能够限定多个所述摆杆(113)在发生同步摆动时的摆动原点的位置，从而多个所述摆杆(113)远离所述偏心轮(112)的端点的连线能够形成正弦摆动路径。

6.如权利要求5所述的水下仿生巡检装置，其特征在于，共轴线的多段所述传动轴(111)能够在动力模块(6)提供的驱动力的作用下带动多个所述偏心轮(112)进行同步运动，并且所述传动轴(111)通过定位相邻的所述偏心轮(112)之间的相位差来使得多个所述偏心轮(112)能够在同一个驱动力的作用下带动多个所述摆杆(113)发生存在相对偏移量的往复摆动。

7.如权利要求6所述的水下仿生巡检装置，其特征在于，在多个间隔设置的所述摆杆(113)之间存在的相对偏移量是指相邻所述摆杆(113)沿所述传动轴(111)的轴线方向进行投影而形成的偏移夹角，并且，所述偏移夹角的大小跟随所述摆杆(113)的往复摆动在设定的阈值范围内循环变化。

8.如权利要求7所述的水下仿生巡检装置，其特征在于，所述摆杆(113)远离所述偏心轮(112)的部分杆体以能够带动所述鱼鳍板(12)发生同步运动的方式夹持在所述鱼鳍板(12)上，所述鱼鳍板(12)被处于同一根所述光杆(115)上的多个所述摆杆(113)共同夹持，使得所述鱼鳍板(12)按照其板体的不同区段分别跟随与该区段连接的所述摆杆(113)进行同步运动的方式模拟出正弦摆动，从而产生波浪式的推动力。

9.一种水下仿生巡检装置的巡检方法，其特征在于，包括：

主机身(2)用于搭载视觉模块(3)、沉浮模块(4)、控制模块(5)和动力模块(6)，并且所述主机身(2)还能够限定鱼鳍组件(1)的位置；

所述视觉模块(3)用于捕获处于其视觉区域内的环境图像；

所述沉浮模块(4)根据所述控制模块(5)的指令而进行吸水或排水操作，从而实现所述水下仿生巡检装置在水中的沉浮动作；

所述控制模块(5)能够根据操控指令控制所述视觉模块(3)、沉浮模块(4)和动力模块(6)进行工作；

所述动力模块(6)能够为所述鱼鳍组件(1)提供驱动力，使得所述鱼鳍组件(1)以正弦摆动的方式产生波浪式的推动力。

10.如权利要求9所述的水下仿生巡检装置的巡检方法，其特征在于，所述鱼鳍组件(1)包括能够带动鱼鳍板(12)模拟出正弦摆动的传动模块(11)，其中，所述传动模块(11)的多段传动轴(111)按照在相邻的所述传动轴(111)之间安装偏心轮(112)的方式进行共轴连接，所述传动轴(111)通过定位相邻的所述偏心轮(112)之间的相位差来使得多个所述偏心轮(112)能够在同一个驱动力的作用下带动多个所述摆杆(113)发生存在相对偏移量的往复摆动。

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