CN115071935A - 一种基于物联网的仿生巡检装置及其巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的仿生巡检装置，其包括波动模块(1)和控制模块(2)，所述波动模块(1)能够根据所述控制模块(2)输出的指令形成存在时间周期差异的正弦摆动，使得所述波动模块(1)能够产生波动参数存在差异的波浪式推动力，从而模拟出胸鳍的波动频率和幅度，进而实现所述仿生巡检装置的变速位移，其中，所述控制模块(2)根据监测模块(3)采集的所述仿生巡检装置的实时状态信息和周边环境信息来生成关于至少一个调控单元的指令信息，从而所述波动模块(1)按照改变所述仿生巡检装置的运动状态的方式实现对所述仿生巡检装置的运动进行控制。本发明还涉及一种基于物联网的仿生巡检装置的巡检方法。

Description

一种基于物联网的仿生巡检装置及其巡检方法

技术领域

本发明涉及水下巡检装置技术领域，尤其涉及一种基于物联网的仿生巡检装置及其巡检方法。

背景技术

随着科技的快速发展，现代运载系统正朝着智能化、无人化等方面发展。近些年，国内外涌现出多种多样的无人系统，如在空中领域发展的无人机平台(Unmanned AerialVehicle，UAV)，在地面领域发展的无人地面平台(Unmanned Ground Vehicle，UGV)，在水下领域发展的无人水下航行器平台(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)，以及在水面领域发展的仿生巡检装置平台(Unmanned Surface Vehicle，USV)等。

传统的基于螺旋桨的水下推进器，在推进过程中会产生侧向涡流，增加了能量消耗，降低了推进效率，而且桨叶易被水草缠绕，对环境扰动较大。在长期的自然选择中，海洋生物进化出了优异的水下运动能力。由于仿生水下机器人的游动机动性、游动效率以及对环境扰动小等方面的优势，国内外研究人员根据鱼类的游动特性已经研究出了多种水下仿生机器人。

目前鱼类的运动推进模式主要分为两种：身体/尾鳍(Body and/or Caudal Fin，BCF)推进模式和中央鳍/对鳍(Median and/or Paired Fin，MPF)推进模式。BCF推进模式仿生机器鱼最早问世，MPF推进模式仿生机器鱼起步较晚，但是在低速游动下，MPF推进模式仿生机器鱼的推进效率、机动性以及稳定性比BCF推进模式仿生机器鱼更为出色，更加适应水下的搜救任务、环境监测、资源勘查和军事侦察等。其中鳐科(Rajiform)的胸鳍波动推进仿生机器鱼具有优异的游动性能，国内外科研人员已经对胸鳍波动推进机理进行了相关研究，并且研制出了各类仿生机器鱼。但是现有的以鳍波动方式游动推进的仿生机器鱼和推进机构都是通过复杂的控制系统分别控制多个直线排布的电机的运动来实现长鳍的摆动。当面对复杂的水下环境时，该控制系统无法快速地向多个电机下达运动参数存在差异的指令信息，使得多个电机无法准确地能够根据水下环境的变化带动长鳍进行运动状态发生改变的运动，从而导致仿生机器鱼无法及时地改变运动状态，因而该类仿生机器鱼无法满足在复杂水环境下进行巡检工作。

公开号为CN102514697A的专利文献公开了一种仿生机器魟鱼及其运动方式。它包括上壳体、下壳体、推进机构、沉浮控制机构、姿态调整机构和能源及控制系统。该发明的仿生机器魟鱼既能够通过模仿鱼类尾鳍摆动推进模式实现高游速游动运动，还能够通过模仿鱼类胸鳍波动运动和水母浮游运动实现高机动性的游动运动。该仿生机器魟鱼虽然在一定程度上提高了其游动运动的机动性能，但是其仍然采用多个电机作为仿生机器魟鱼运动的驱动单元，其在面对复杂的水下环境时，控制系统需要提前对每一个电机的运动参数进行计算和调整，其计算量较大、时间耗费较多，仍然无法满足在水下环境复杂的区域进行巡检的需求，尤其是在没有人为设定完整的巡检路线和巡检参数时，该仿生机器魟鱼无法自主应对复杂的水下环境，从而完成灵活的游动运动。

因此，针对现有技术的缺陷，需要一种能够对控制系统和驱动单元进行简化，尤其是能够提高仿生巡检装置在自主巡检过程中针对自身状态和环境信息的变化做出运动参数调整的仿生巡检装置。此外，本申请针对改进后的仿生巡检装置设计了独特的运动模式，使得仿生巡检装置能够根据需求进行少量运动参数的调整就能够使得仿生巡检装置的运动状态发生特定的改变，从而提高仿生巡检装置在游动时的灵活性，进而装置更适合在复杂的水下环境中进行自主巡检。

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基于物联网的仿生巡检装置，其包括波动模块和控制模块，所述波动模块能够根据所述控制模块输出的指令形成存在时间周期差异的正弦摆动，使得所述波动模块能够产生波动参数存在差异的波浪式推动力，从而模拟出胸鳍的波动频率和幅度，进而实现所述仿生巡检装置的变速位移，其中，所述控制模块根据监测模块采集的所述仿生巡检装置的实时状态信息和周边环境信息来生成关于至少一个调控单元的指令信息，从而所述波动模块按照改变所述仿生巡检装置的运动状态的方式实现对所述仿生巡检装置的运动进行控制。其优势在于，本申请按照改变驱动模块的旋转速率的方式使得波动模块形成的正弦摆动的波动频率、幅度和波长发生改变，从而波动模块能够产生大小和方向实时可调的推动力，进而仿生巡检装置以模拟魟鱼的胸鳍摆动的方式在复杂的水环境下进行灵活地游动，实现了仿生巡检装置的水下巡检。两个波动模块在控制模块的控制下就能够完整地模拟出魟鱼的胸鳍摆动，使得装置的驱动模块得到了有效地简化，并且魟鱼的两侧胸鳍的差异性摆动也是通过改变与波动模块相对应的驱动模块的旋转速率的方式来实现的，本申请在整体的传动结构和控制逻辑上进行了极大程度的简化，使得控制参数的变化更加单一且可控，控制模块仅需要调节两个驱动模块的输出量即可实现装置的运动状态的变化，相对于在现有技术中的胸鳍的摆动需要利用几十个驱动电机协同工作进行驱动的高成本和复杂的驱动结构，本申请简化了驱动模块，使得单侧胸鳍仅需要利用一个驱动模块即可实现正弦摆动。

根据一种优选的实施方式，所述调控单元至少包括能够控制所述波动模块产生正弦波动的驱动模块和控制所述仿生巡检装置在水环境中进行沉浮运动的沉浮模块，其中，所述驱动模块根据指令信息驱动设置在主机体两侧的所述波动模块产生波浪式推动力；所述沉浮模块也能够根据指令信息改变其腔室内的储水量，使得其产生可控的沉浮力。其优势在于，本申请通过减少驱动模块中驱动电机的数量，使得装置的控制系统更加简洁，控制指令的收发过程更加高效，使得装置能够适用于复杂的水环境，并且能够在复杂水环境中进行灵活游动。

根据一种优选的实施方式，所述驱动模块至少包括动力件、结构框架和传动齿，其中，所述结构框架按照限定两个所述动力件之间的相对位置的方式设置在所述主机体内，并且两个所述动力件以并行的方式安装至所述结构框架中，所述动力件的输出端通过所述传动齿与所述波动模块传动连接。其优势在于，通过设置两个并行的动力件，使得主机身两侧的波动模块能够根据需求产生同步或非同步的摆动，从而实现装置的定向运动和转向运动。

根据一种优选的实施方式，两个所述动力件分别可控地向不同的所述波动模块提供驱动力，并且两个所述动力件以差速旋转的方式使得两个所述波动模块能够产生存在相位差的正弦波动，从而实现所述仿生巡检装置的转向运动。

根据一种优选的实施方式，所述动力件还能够以同速旋转的方式带动所述波动模块产生波浪式推动力；所述动力件能够依据所述控制模块接收到的巡检指令或依据标定的目标点位置生成的巡检路径而实时调节其输出的动力参数，使得所述波动模块能够产生变化的波浪式推动力，从而改变所述仿生巡检装置的运动状态。

根据一种优选的实施方式，波动模块至少包括传动组件和仿生胸鳍，所述传动组件在所述动力件的驱动下能够带动所述仿生胸鳍模拟出正弦摆动，其中，所述传动组件的多段传动轴按照在相邻的所述传动轴之间安装偏心转轮的方式共轴连接，并且多个所述偏心转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转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；所述偏心转轮还转动连接有能够跟随其进行运动的摆动件，所述摆动件的杆体能够跟随所述偏心转轮的周转而发生往复摆动，从而多个所述摆动件的端部能够跟随间隔布设的多个所述偏心转轮的周转而勾勒出正弦摆动路径。

根据一种优选的实施方式，所述偏心转轮通过贯穿其短径焦点的中心轴与所述摆动件活动连接；在所述偏心转轮发生周转时，所述中心轴能够在所述摆动件的轴向上进行往复移动，从而利用所述偏心转轮的周转来驱动所述摆动件绕其自身的摆动原点进行摆动。

根据一种优选的实施方式，多个所述摆动件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动件在发生同步摆动时的摆动原点的位置，从而多个所述摆动件远离所述偏心转轮的端点的连线能够形成正弦摆动路径。

本发明的技术方案还提供了一种基于物联网的仿生巡检装置的巡检方法，其至少包括以下步骤：

标定仿生巡检装置进行巡检的起点和目标点；

控制模块依据操作人员标定的起点和目标点生成巡检路线；

所述仿生巡检装置在所述控制模块的控制下沿巡检路线完成自主巡航；

监测模块采集所述仿生巡检装置的实时状态信息和周边环境信息，并且所述控制模块依据所述监测模块采集的信息重新规划巡检路线；

所述控制模块按照控制驱动模块和沉浮模块的工作参数的方式使得所述仿生巡检装置的运动状态发生改变，从而所述仿生巡检装置能够沿重新规划的巡检路线进行自主巡航

根据一种优选的实施方式，所述驱动模块的工作参数是指动力件的旋转速率；所述沉浮模块的工作参数是指其腔室内的储水量。

附图说明

图1是本发明所提出的一种优选的基于物联网的仿生巡检装置的工作流程示意图；

图2是本发明所提出的一种优选的水下仿生巡检装置的三维模型示意图；

图3是本发明所提出的一种优选的水下仿生巡检装置的结构示意图；

图4是本发明所提出的一种优选的水下仿生巡检装置的传动组件的结构示意图；

图5是本发明所提出的一种优选的水下仿生巡检装置的驱动模块的结构示意图。

附图标记列表

1：波动模块；2：控制模块；3：监测模块；4：驱动模块；5：沉浮模块；6：主机身；11：传动组件；12：仿生胸鳍；111：传动轴；112：偏心转轮；113：摆动件；114：中心轴；115：光杆；1121：凸轮板体；1131：贯穿槽；41：动力件；42：结构框架；43：传动齿。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

本申请提供一种基于物联网的仿生巡检装置，其包括波动模块1、控制模块2、监测模块3、驱动模块4、沉浮模块5和主机身6。

根据图2一种具体的实施方式，设置在主机身6两侧的波动模块1能够在控制模块2的控制下产生同步的正弦摆动或存在时间周期差异的正弦摆动，即两个波动模块1产生的正弦摆动能够相互重叠或存在一定的波动周期差异，在两个波动模块1产生的波动的频率、幅度和波长相同时，波动模块1产生的推动力的大小和方向相同，从而驱动主机身6能够定向前行和后退。在两个波动模块1产生的波动的频率、幅度和波长相同时，由于设置在主机身6两侧的两个波动模块1产生的推动力的大小和方向不同，使得主机身6发生转向。控制模块2通过控制波动模块1的波动参数发生改变，从而模拟出胸鳍的波动频率和幅度，进而实现仿生巡检装置的变速位移。控制模块2根据监测模块3采集的仿生巡检装置的实时状态信息和周边环境信息来生成关于至少一个调控单元的指令信息，从而以改变仿生巡检装置的运动状态的方式实现仿生巡检装置的运动控制。

优选地，波动模块1的波动参数可以包括传动组件11带动仿生胸鳍12产生的波动的频率、幅度和波长，即波动模块1产生的推动力的大小和方向。优选地，正弦摆动所对应的正弦波动可以包括仿生胸鳍12形成的正弦波形态和余弦波形态。进一步优选地，正弦波与余弦波之间通过调整相位差的方式能够相互重叠在一起，因此均可归类为正弦摆动。优选地，正弦摆动的时间周期差异是指正弦波变为余弦波所需要耗费的时长，时间周期差异可以是0，此时，两个波动模块1产生的正弦摆动完全一致，从而带动主机身6前行或后退。当时间周期差异不为0时，两个波动模块1产生的正弦摆动无法重合，其产生的推动力的大小和方向已存在差异，使得主机身6在两者的合力作用下发生转向。

优选地，检测模块3可以包括GPS/北斗双模定位导航单元、姿态检测单元、声呐和毫米波雷达等。优选地，GPS/北斗双模定位导航单元和姿态检测单元主要用于监测仿生巡检装置的实时状态；声呐和毫米波雷达主要用于监测周边环境。优选地，GPS/北斗双模定位导航单元主要用于测量仿生巡检装置位置、航向、航速等信息；姿态检测单元主要用于测量仿生巡检装置姿态信息，包括方位角、滚动角、俯仰角等；毫米波雷达主要用于检测仿生巡检装置周围水面以上障碍物信息，包括障碍物所在方位和距离；声呐主要用于检测水面以下航行环境信息，其中包括水平声呐和垂直声呐两种，置于仿生巡检装置前端的称为水平声呐，用于探测仿生巡检装置前方障碍物；置于底部垂直向下的称为垂直声呐，用于测量水深。此外，仿生巡检装置上还配备有其他检测系统，用于对仿生巡检装置内部参数信息进行实时检测与监控，主要包括电池管理系统、温度检测系统、湿度检测系统、漏水报警系统等。

优选地，仿生巡检装置还包括与控制模块2和监测模块3信号连接的操控终端。操控终端用于接收监测模块3采集的仿生巡检装置自身状态信息数据和周边环境信息数据，并显示在控制界面上，实现操控人员对仿生巡检装置的状态的实时监控。在自主巡航模式下，操作人员利用操控终端进行目标点设定，操控终端根据目标点方位和接收到的仿生巡检装置当前运动状态信息，计算控制指令并发送给控制模块2，实现仿生巡检装置的自主巡航。

操控终端的核心是一台工控机，通过串口或网口与通讯设备相连，并通过编程实现对仿生巡检装置自身状态信息(位置、航速、航向、方位角、俯仰角、滚动角)、周边环境信息(障碍物方位、距离、水深)以及其他数据信息(电池电量信息、温度、湿度)的接收和显示，实现对仿生巡检装置的实时监测。此外，操控终端可以利用在控制界面上的控件或者利用手柄实现对仿生巡检装置的远程控制。

优选地，调控单元至少包括能够控制波动模块1产生正弦波动的驱动模块4和控制仿生巡检装置在水环境中进行沉浮运动的沉浮模块5。驱动模块4根据指令信息驱动分别设置在主机体6两侧的波动模块1产生波浪式推动力。沉浮模块5也能够根据指令信息改变其腔室内的储水量，使得其产生可控的沉浮力。如图5所示，驱动模块4至少包括动力件41、结构框架42和传动齿43。结构框架42按照限定两个动力件41之间的相对位置的方式设置在主机体6内，并且两个动力件41以并行的方式安装至结构框架42中，动力件41的输出端通过传动齿43与波动模块1传动连接。优选地，两个动力件41分别可控地向不同的波动模块1提供驱动力，并且两个动力件41以差速旋转的方式使得两个波动模块1能够产生存在相位差和时间周期差异的正弦波动，从而实现仿生巡检装置的转向运动。优选地，动力件41还能够以同速旋转的方式带动波动模块1产生波浪式推动力。动力件41能够依据控制模块2接收到的巡检指令或依据标定的目标点位置生成的巡检路径而实时调节其输出的动力参数，使得波动模块1能够产生变化的波浪式推动力，从而改变仿生巡检装置的运动状态。

实施例2

本申请还提供一种基于物联网的仿生巡检装置的巡检方法，如图1所示，其至少包括以下步骤：

标定仿生巡检装置进行巡检的起点和目标点；

控制模块2依据操作人员标定的起点和目标点生成巡检路线；

仿生巡检装置在控制模块2的控制下沿巡检路线完成自主巡航；

监测模块3采集仿生巡检装置的实时状态信息和周边环境信息，并且控制模块2依据监测模块3采集的信息重新规划巡检路线；

控制模块2按照控制驱动模块4和沉浮模块5的工作参数的方式使得仿生巡检装置的运动状态发生改变，从而仿生巡检装置能够沿重新规划的巡检路线进行自主巡航。

优选地，监测模块3还包括视觉单元，视觉单元用于捕获处于其视觉区域内的环境图像。优选地，驱动模块4的工作参数是指动力件41的旋转速率，驱动模块4所表示驱动电机能够通过在不同电压下进行不同转速的工作，从而改变波动模块1产生的推动力的大小和方向。驱动模块4能够为波动模块1提供驱动力，使得波动模块1以正弦摆动的方式产生波浪式的推动力。优选地，沉浮模块5的工作参数是指其腔室内的储水量。沉浮模块5根据控制模块2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。

实施例3

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。

如图3和4所示，波动模块1包括传动组件11和仿生胸鳍12。传动组件11通过部分镶嵌安装在主机身6的内部的方式进行设置，并且传动组件11位于主机身6外部的输出端与仿生胸鳍12传动连接，使得仿生胸鳍12产生的推动力能够带动主机身6进行移动。优选地，在主机身6内安装有两个分别向主机身6一侧的仿生胸鳍12传递动力的传动组件11，使得传动组件11能够带动仿生胸鳍12模拟出正弦摆动。两个传动组件11能够以发生同步运动或非同步运动的方式实现主机身6的定向游动或转向。相对于现有技术需要利用多个的驱动电机来形成正弦摆动，本发明通过对传动组件11的结构进行优化设置，使得一个动力源就能够驱动一个仿生胸鳍12进行完整的正弦摆动，大大减少了装置对驱动电机的需求，使得仿生胸鳍12的控制方式更加简单，进而波动模块1不需要过多的控制系统就能够有效地对仿生胸鳍12的运动进行控制，使得仿生胸鳍12在其板体的长度方向上的不同区段能够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，正弦摆动是指仿生胸鳍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，并且一个完整的仿生胸鳍12的某一时刻的板体边缘恰好形成一个正弦波曲线。

传动组件11由传动轴111、偏心转轮112、摆动件113、中心轴114以及光杆115组成。传动轴111和偏心转轮112交错排列，从而形成与仿生胸鳍2长度大致相同的传动结构，即，将相邻的两段传动轴111通过偏心转轮112连接在一起，传动轴111的两端均利用偏心转轮112与其他的传动轴111相连接。若干间隔布置的传动轴111的轴线相互重合，位于传动结构的轴向端部的传动轴111之一与驱动模块4的输出端相连。驱动模块4传递给传动轴111的动力可驱动属于同一传动结构的多段传动轴111与偏心转轮112同步旋转。优选地，多个偏心转轮112的长轴与传动轴111的轴线呈不同倾斜角度相交，使得相邻偏心转轮112在传动轴111的带动下按照存在相位差的方式进行周转。所述偏心转轮112的长轴与所述传动轴111的轴线相交，使得所述偏心转轮112能够跟随所述传动轴111进行旋转，并且将驱动力传递给邻近的所述传动轴111及邻近的所述偏心转轮111。

在两个偏心转轮112的长轴投影之间存在交点，该交点与传动轴111的轴线重合，并且两个长轴的投影限定了夹角的大小。两个相邻的偏心转轮112的长轴投影的夹角可以为90°，即，两个相邻的偏心转轮112之间的相位差为90°。相位差可以指同一平面上两个相邻偏心转轮112的投影之间的相对位置的偏差角，使得位于传动结构的下游的偏心转轮112的周转滞后于位于传动结构的上游的偏心转轮112的四分之一的转动周径，即，在传动结构的上游的偏心转轮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转轮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转轮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转轮112始终是在追踪位于传动结构的上游偏心转轮112的运动，从而多个依次连接的偏心转轮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，偏心转轮112的长轴是指偏心转轮12的两个焦点的连线。优选地，偏心转轮112远离传动轴111的一端还活动连接有能够跟随偏心转轮112进行运动的摆动件113。摆动件113的杆体能够跟随偏心转轮112的周转而进行往复摆动，使得摆动件113远离偏心转轮112的一端能够在偏心转轮112的周转平面内进行运动路径固定的上下往复摆动。由于多个偏心转轮112之间的运动存在相位差，使得在相邻的摆动件113之间也存在一个相位差，从而多个摆动件113的端部的位置连线恰好能够构成一个正弦摆动路径，使得与摆动件113连接的仿生胸鳍12能够在摆动件113的控制下产生存在相位差的正弦摆动。

优选地，偏心转轮112将其长径焦点定位在传动轴111的轴线上。偏心转轮112的长径焦点是指在偏心转轮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，在偏心转轮112的板体的外侧面上设置有能够与传动轴111相对接的卡槽。更进一步优选地，传动轴111使用横截面呈方形的轴杆。通过调整卡槽与传动轴111的轴杆的对接关系，从而改变相邻偏心转轮112之间的相位差。优选地，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，通过调整偏心转轮112与传动轴111之间的卡接关系，使得在相邻的两个偏心转轮112之间存在90°的相位差。优选地，当一个偏心转轮112与传动轴111进行卡接时，与该偏心转轮112相邻的另一个偏心转轮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转轮112之间形成90°的相位差。优选地，间隔设置的多个偏心转轮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转轮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，偏心转轮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转轮112的短径焦点。设置在偏心转轮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进行运动的摆动件113。在偏心转轮112发生周转时，贯穿其短径焦点的中心轴114能够在摆动件113的轴向上往复移动，从而利用偏心转轮112的周转来驱动摆动件113绕其自身的摆动原点进行摆动。优选地，在摆动件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，使得构成偏心转轮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，从而偏心转轮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推动摆动件113发生同步的摆动。优选地，当偏心转轮112发生周转时，其通过中心轴114推动摆动件113绕摆动原点进行摆动。优选地，摆动件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，与偏心转轮112配套设置的多个摆动件113的摆动原点是处于同一轴线上的，并且多个摆动件113还通过贯穿摆动原点的光杆115连接，使得光杆115能够限定多个摆动件113在发生同步摆动时的摆动原点的位置，从而多个摆动件113远离偏心转轮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动件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，多个摆动件113远离偏心转轮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6的内部，使得摆动件113的摆动是按照将主机身6作为参照物的方式进行的相对运动。

优选地，多个偏心转轮112能够在同一个驱动力的作用下带动多个摆动件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动件113之间存在相对夹角。摆动件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动件113相互平行，摆动件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动件113之间存在的相对偏移量是指相邻的摆动件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动件113的往复摆动在设定的阈值范围内循环变化。优选地，摆动件113是在一个角度阈值范围内进行往复摆动的，因此，相邻两个摆动件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动件113的摆动角度阈值的二分之一。例如，摆动件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，摆动件113远离偏心转轮112的部分杆体以能够带动仿生胸鳍12发生同步运动的方式夹持在仿生胸鳍12上，仿生胸鳍12被处于同一根光杆115上的多个摆动件113共同夹持，使得仿生胸鳍12按照其板体的不同区段分别跟随与该区段连接的摆动件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，驱动模块4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，从而带动多个偏心转轮112进行周转。优选地，每个偏心转轮112都会从不同的起始位置驱动摆动件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转轮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动件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动件113的局部震荡来实现悬停等功能。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地进行巡检，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。

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)

1.一种基于物联网的仿生巡检装置，其包括波动模块(1)和控制模块(2)，其特征在于，所述波动模块(1)能够根据所述控制模块(2)输出的指令形成存在时间周期差异的正弦摆动，使得所述波动模块(1)能够产生波动参数存在差异的波浪式推动力，从而模拟出胸鳍的波动频率和幅度，进而实现所述仿生巡检装置的变速位移，其中，

所述控制模块(2)根据监测模块(3)采集的所述仿生巡检装置的实时状态信息和周边环境信息来生成关于至少一个调控单元的指令信息，从而所述波动模块(1)按照改变所述仿生巡检装置的运动状态的方式实现对所述仿生巡检装置的运动进行控制。

2.如权利要求1所述的基于物联网的仿生巡检装置，其特征在于，所述调控单元至少包括能够控制所述波动模块(1)产生正弦波动的驱动模块(4)和控制所述仿生巡检装置在水环境中进行沉浮运动的沉浮模块(5)，其中，

所述驱动模块(4)根据指令信息驱动设置在主机体(6)两侧的所述波动模块(1)产生波浪式推动力；

所述沉浮模块(5)也能够根据指令信息改变其腔室内的储水量，使得其产生可控的沉浮力。

3.如权利要求2所述的基于物联网的仿生巡检装置，其特征在于，所述驱动模块(4)至少包括动力件(41)、结构框架(42)和传动齿(43)，其中，

所述结构框架(42)按照限定两个所述动力件(41)之间的相对位置的方式设置在所述主机体(6)内，并且两个所述动力件(41)以并行的方式安装至所述结构框架(42)中，所述动力件(41)的输出端通过所述传动齿(43)与所述波动模块(1)传动连接。

4.如权利要求3所述的基于物联网的仿生巡检装置，其特征在于，两个所述动力件(41)分别可控地向不同的所述波动模块(1)提供驱动力，并且两个所述动力件(41)以差速旋转的方式使得两个所述波动模块(1)能够产生存在相位差的正弦波动，从而实现所述仿生巡检装置的转向运动。

5.如权利要求4所述的基于物联网的仿生巡检装置，其特征在于，所述动力件(41)还能够以同速旋转的方式带动所述波动模块(1)产生波浪式推动力；

所述动力件(41)能够依据所述控制模块(2)接收到的巡检指令或依据标定的目标点位置生成的巡检路径而实时调节其输出的动力参数，使得所述波动模块(1)能够产生变化的波浪式推动力，从而改变所述仿生巡检装置的运动状态。

6.如权利要求5所述的基于物联网的仿生巡检装置，其特征在于，波动模块(1)至少包括传动组件(11)和仿生胸鳍(12)，所述传动组件(11)在所述动力件(41)的驱动下能够带动所述仿生胸鳍(12)模拟出正弦摆动，其中，

所述传动组件(11)的多段传动轴(111)按照在相邻的所述传动轴(111)之间安装偏心转轮(112)的方式共轴连接，并且多个所述偏心转轮(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转轮(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；

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

7.如权利要求6所述的基于物联网的仿生巡检装置，其特征在于，所述偏心转轮(112)通过贯穿其短径焦点的中心轴(114)与所述摆动件(113)活动连接；

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

8.如权利要求7所述的基于物联网的仿生巡检装置，其特征在于，多个所述摆动件(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动件(113)在发生同步摆动时的摆动原点的位置，从而多个所述摆动件(113)远离所述偏心转轮(112)的端点的连线能够形成正弦摆动路径。

9.一种基于物联网的仿生巡检装置的巡检方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

标定仿生巡检装置进行巡检的起点和目标点；

控制模块(2)依据操作人员标定的起点和目标点生成巡检路线；

所述仿生巡检装置在所述控制模块(2)的控制下沿巡检路线完成自主巡航；

监测模块(3)采集所述仿生巡检装置的实时状态信息和周边环境信息，并且所述控制模块(2)依据所述监测模块(3)采集的信息重新规划巡检路线；

所述控制模块(2)按照控制驱动模块(4)和沉浮模块(5)的工作参数的方式使得所述仿生巡检装置的运动状态发生改变，从而所述仿生巡检装置能够沿重新规划的巡检路线进行自主巡航。

10.如权利要求9所述的基于物联网的仿生巡检装置的巡检方法，其特征在于，所述驱动模块(4)的工作参数是指动力件(41)的旋转速率；

所述沉浮模块(5)的工作参数是指其腔室内的储水量。

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