CN115320811A - 一种基于机器仿生鱼的水样采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器仿生鱼的水样采集系统，包括底座(1)，所述的底座(1)内设有重心偏移机构(2)，所述的底座(1)上部一侧设有浮力控制机构(20)，所述的底座(1)的末端设有鱼尾摆动机构(60)，底座(1)侧部设有鱼鳍机构(40)；所述的底座(1)上且靠近浮力控制机构(20)一侧设有水样采集机构(50)，浮力控制机构(20)的接口端经软管与水样采集机构(50)的气流进口端相连接。本发明能够有效提升采样效率，并且一次性完成不同深度或者不同水域的多次采样。

Description

一种基于机器仿生鱼的水样采集系统

技术领域

本发明涉及领域，特别是一种基于机器仿生鱼的水样采集系统。

背景技术

为实现水生态环境保护的重要目标，需通过水质评估水体污染状况，而水样的采集则是数据获取最基础和不可或缺的环节。对此设计人员研发了水样采集装置，例如公告号CN215677680U的中国实用新型专利，公开了一种双密封电磁定深水样采集装置，包括顶部开口、底部放置有配重块的柱形倒锥形开口水样采集腔，水样采集腔顶部与支撑框架的底部固定，支撑框架顶部还有提引环，水样采集腔顶部有尖端向下的锥形压盖，锥形压盖与水样采集腔形成密闭空间，锥形压盖顶部固定有可伸缩部件，可伸缩部件另一端固定在电磁推拉器上，电磁推拉器固定在支撑框架上部。该类采样装置在采样时，需要通过手动形式进行人工采集，相比于自动化设备，效率较低；其次该采集装置中只有单个储水腔，在取完一次样本后，需要将原本的样本进行抽出，再进行第二次的采集，一次不能完成对不同区域的采样，采集效率大大降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于机器仿生鱼的水样采集系统。本发明能够有效提升采样效率，并且一次性完成不同深度或者不同水域的多次采样。

本发明的技术方案：一种基于机器仿生鱼的水样采集系统，包括底座，所述的底座内设有重心偏移机构，所述的底座上部一侧设有浮力控制机构，所述的底座的末端设有鱼尾摆动机构，底座侧部设有鱼鳍机构；所述的底座上且靠近浮力控制机构一侧设有水样采集机构，浮力控制机构的接口端经软管与水样采集机构的气流进口端相连接。

上述的基于机器仿生鱼的水样采集系统中，所述的浮力控制机构包括设置在底座前端的位移驱动机构，底座上设有中间挡板，中间挡板一侧设有活塞柱，位移驱动机构的活动端设有活塞杆件，活塞杆件设置在活塞柱内，活塞柱的底端设有气管接头，气管接头经软管与水样采集机构的气流进口端相连接。

前述的基于机器仿生鱼的水样采集系统中，所述的水样采集机构包括设置在底座上部的旋转舵机，所述的底座上设有支撑台，支撑台内穿设有桶架，旋转舵机的转动端经齿轮传动与桶架的中间柱底端相连接，桶架上均匀设有多个桶杆架，桶杆架上经卡扣连接有集水桶，且桶杆架的滑槽内经复位弹簧与集水桶相连接；所述的桶架上端凹槽内嵌设有通气组件，通气组件经气管与浮力控制机构的接口端相连接，集水桶的底部设有单向阀，底座上设有集水槽，所述的中间挡板的另一侧设有下压机构。

前述的基于机器仿生鱼的水样采集系统中，所述的通气组件包括设置在桶架上端凹槽内的六角连接头，六角连接头的进口端连接有转动接头，转动接头经气管与气管接头相连接，六角连接头的出口端设有第一弯管，所述集水桶的上端连接有第二弯管，集水桶的上端设有电磁阀，电磁阀的一端与第一弯管相连接，电磁阀的另一端与第二弯管相连接。

前述的基于机器仿生鱼的水样采集系统中，所述的位移驱动机构包括设置在底座上的舵机支架，舵机支架上设有丝杆电机，丝杠电机的转动端设有第一齿轮，舵机支架上端经轴承设有活塞位移丝杆，丝杆电机的一端设有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮相啮合，活塞位移丝杆的一端经轴承与活塞柱一端相连接，活塞位移丝杆上配合有移动件，所述的活塞杆件设置在移动件上。

前述的基于机器仿生鱼的水样采集系统中，所述的重心偏移机构包括设置在底座内的重心电机，重心电机的伸出端设有调节丝杆，底座的底板上设有滑轨，调节丝杆上配合有固定座，固定座一侧设有配重块，固定座底部设有滑块，滑块与滑轨相配合。

前述的基于机器仿生鱼的水样采集系统中，所述的底座的底板且靠近调节丝杆的末端设有感应开关。

前述的基于机器仿生鱼的水样采集系统中，所述的鱼尾摆动机构包括设置在底座末端的机架，机架上端设有鱼尾舵机，鱼尾舵机的伸出端设有用于设置收缩线的拉线盘，机架一端依次铰接有多个鱼尾板，末端的鱼尾板一侧铰接尾鳍件，鱼尾板的上下端设有弹簧片，拉线盘上的收缩线引出穿过鱼尾板与尾鳍件的孔洞相连接。

前述的基于机器仿生鱼的水样采集系统中，所述的下压机构包括设置在中间挡板侧面的移动滑台，移动滑台的丝杆上设有压板。

前述的基于机器仿生鱼的水样采集系统中，所述的鱼鳍机构包括设置在底座上的鱼鳍舵机，鱼鳍舵机的活动端设有转动杆，底座的侧部设有鱼鳍件，鱼鳍件的转轴与转动杆之间连接有导向件。

与现有技术相比，本发明具有以下的优点：

1、本发明的移动通过鱼尾摆动机构和鱼鳍机构来实现，浮力控制机构启动，通过改变排水体积实现发明装置的上浮和下沉，并且浮力控制机构将水样采集机构中的桶内空气抽出，通过内外的压差使得水进入至桶内，这大大提升了水质样本采取的效率；当需要到不同地方水域时，鱼尾摆动机构实现转向，当需要到不同深度的水域时，重心偏移机构启动，本发明的头部下压，鱼鳍机构转动，水样采集机构转换空的采集桶，，同理进行抽取水质样本，这使得一次性能够取得多个水质样本，在实验分析时能够提升数据的准确性。

2、由于集水桶设置在底座的一侧，在收集取样时，整个装置可能会出现重心的偏移，重心电机转动，使得调节丝杆转动，带动固定座移动，配重块也随之在滑轨上移动，从而稳定重心，放置侧翻。

3、在鱼鳍机构中，通过鱼鳍舵机带动转动杆转动，再经过导向件使得鱼鳍件产生摆动，模拟鱼鳍，实现装置的移动。

4、浮力控制机构通过活塞在活塞柱内的移动，活塞杆件在活塞柱内移动，改变活塞柱内的空间大小，如同鱼的鱼鳔，改变了装置的排水体积，实现装置的上行和下沉。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为浮力控制机构的示意图；

图3为桶架的示意图；

图4为单向阀的示意图；

图5为重心偏移机构的示意图；

图6为下压机构的示意图。

图7为鱼尾摆动机构的示意图；

图8为鱼鳍机构的示意图。

附图中的标记说明：1-底座，2-重心偏移机构，3-位移驱动机构，4-中间挡板，5-活塞柱，6-活塞杆件，7-气管接头，8-旋转舵机，9-支撑台，10-桶架，11-桶杆架，12-集水桶，13-通气组件，14-单向阀，15-集水槽，16-下压机构，161-移动滑台，162-压板，131-六角连接头，132-转动接头，133-第一弯管，134-第二弯管，135-电磁阀，301-舵机支架，302-丝杆电机，303-第一齿轮，304-活塞位移丝杆，305-第二齿轮，306-移动件，201-重心电机，202-调节丝杆，203-滑轨，204-固定座，205-配重块，206-滑块，207-感应开关，601-十字加强筋，20-浮力控制机构，60-鱼尾摆动机构，40-鱼鳍机构，50-水样采集机构，601-机架，602-鱼尾舵机，603-拉线盘，604-鱼尾板，605-尾鳍件，606-弹簧，401-鱼鳍舵机，402-转动杆，403-鱼鳍件，404-导向件，80-壳体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明限制的依据。

实施例：一种基于机器仿生鱼的水样采集系统，如附图1所示，包括底座1，底座上连接有壳体80，所述的底座1内设有重心偏移机构2，浮力控制机构20，所述的底座1的末端设有鱼尾摆动机构60，底座1侧部设有鱼鳍机构40；所述的底座1上且靠近浮力控制机构20一侧设有水样采集机构50，浮力控制机构20的接口端经软管与水样采集机构50的气流进口端相连接。所述的浮力控制机构20包括设置在底座1前端的位移驱动机构3，如图2所示，底座1上设有中间挡板4，中间挡板4一侧设有活塞柱5，位移驱动机构3的活动端设有活塞杆件6，所述的活塞杆件6上设有十字加强筋601，加强活塞杆件的强度和刚度，提升杆件移动的稳定性；活塞杆件6设置在活塞柱5内，活塞柱5的底端设有气管接头7；水样采集机构包括设置在底座1上部另一侧设有旋转舵机8，所述的底座1上设有支撑台9，如附图3所示，支撑台9内穿设有桶架10，旋转舵机8的转动端经齿轮传动与桶架10的中间柱底端相连接，桶架10上均匀设有多个桶杆架11，桶杆架11上经卡扣连接有集水桶12，且桶杆架11的滑槽内经复位弹簧与集水桶12相连接，复位弹簧一端与滑槽内壁相连接，另一端与集水桶相连接；所述的桶架10上端凹槽内嵌设有通气组件13，通气组件13经气管与气管接头7相连接，集水桶12的底部设有单向阀14，如附图4所示，底座1上设有集水槽15，所述的中间挡板4的另一侧设有下压机构16。所述的下压机构16包括设置在中间挡板4侧面的移动滑台161，如附图6所示，移动滑台161的丝杆上设有压板162，移动滑台能够带动压板上下移动，压板能够将集水桶下压，使得集水桶底部能吸取水质样本。活塞杆件在活塞柱内移动，改变活塞柱内的空间大小，如同鱼的鱼鳔，改变了装置的排水体积，实现装置的上行和下沉，取样时，气流通道被打开，活塞在向外移动时，会将集水桶内的空气抽出，实现桶内和桶外的压力差，从而实现吸水。为了在扩打使用范围，在底座的两侧设有水质浊度传感器、PH值传感器，能够对水质起到监测作用。

所述的通气组件13包括设置在桶架10上端凹槽内的六角连接头131，六角连接头131的进口端连接有转动接头132，由于桶架会进行转动，转动接头通过气管与转动接头相连接，因此需要转动接头与六角连接头为活动连接，防止气管的缠绕，转动接头132经气管与气管接头7相连接，六角连接头131的出口端设有第一弯管133，所述集水桶12的上端连接有第二弯管134，集水桶12的上端设有电磁阀135，电磁阀135的一端与第一弯管133相连接，电磁阀135的另一端与第二弯管134相连接，当需要相应的集水桶进行集水时，相应的电磁阀会打开。

所述的位移驱动机构3包括设置在底座1上的舵机支架301，舵机支架301上设有丝杆电机302，丝杠电机302的转动端设有第一齿轮303，舵机支架301上端经轴承设有活塞位移丝杆304，丝杆电机302的一端设有第二齿轮305，第一齿轮303和第二齿轮305相啮合，活塞位移丝杆304的一端经轴承与活塞柱5一端相连接，活塞位移丝杆304上配合有移动件306，所述的活塞杆件6设置在移动件306上，丝杆电机启动，通过齿轮传动带动活塞位移丝杆的转动，使得移动件在活塞位移丝杆上移动，实现活塞杆件的来回移动。

所述的重心偏移机构2包括设置在底座1内的重心电机201，如附图5所示，重心电机201的伸出端设有调节丝杆202，底座1的底板上设有滑轨203，调节丝杆202上配合有固定座204，固定座204一侧设有配重块205，固定座204底部设有滑块206，滑块206与滑轨203相配合。在收集取样时，整个装置可能会出现重心的偏移，重心电机转动，使得调节丝杆转动，带动固定座移动，配重块也随之在滑轨上移动，从而稳定重心，放置侧翻。所述的底座1内设有感应开关207，防止配重块超过行程。集水桶共有六个，在多次取样时，如果依次按照顺序使用，集水桶的重量会偏向一侧，导致重心失衡，因此在选择集水桶时，会选择相对位置的两个集水桶，同时通过改变配重块的位置还可以使鱼身呈现上仰或是下俯的姿态，从而对机械的上浮与下沉起辅助作用。

所述的鱼尾摆动机构60包括设置在底座1末端的机架601，如附图7所示，机架601上端设有鱼尾舵机602，鱼尾舵机602的伸出端设有用于设置收缩线的拉线盘603，机架601一端依次铰接有多个鱼尾板604，末端的鱼尾板604一侧铰接尾鳍件605，鱼尾板604的上下端设有弹簧片606，拉线盘603上的收缩线引出穿过鱼尾板604与尾鳍件605的孔洞相连接；在前进时，鱼尾舵机左右转动，带动拉线盘上两端的收缩线移动，收缩线拉动尾鳍件来回的扯动，使得鱼尾板的摆动以及尾鳍件的摆动，从而模拟鱼尾的摆动，向左(右)转弯时，鱼尾舵机偏向左端(右端)不断转动，带动与之固定的旋转盘向左端(右端)转动，通过旋转盘牵引收缩线，牵动六个鱼尾板以及硅胶尾鳍摆动，仿生鱼尾向左端(右端)摆动，形成涡流实现机械的转向功能。

所述的鱼鳍机构40包括设置在底座1上的鱼鳍舵机401，如附图8所示，鱼鳍舵机401的活动端设有转动杆402，底座1的侧部设有鱼鳍件403，鱼鳍件403的转轴与转动杆402之间连接有导向件404，通过鱼鳍舵机带动转动杆转动，再经过导向件使得鱼鳍件产生摆动，模拟鱼鳍，实现装置的移动，同时也会辅助鱼尾的转向。

本发明的工作原理：鱼尾摆动机构和鱼鳍机构实现整个发明装置的位置移动，到达指定位置后，位移驱动机构启动，带动活塞杆件向活塞柱内移动，活塞柱内的空间被压缩，改变排水面积，整体逐渐下沉，水流入集水槽中，通气组件打开，活塞柱内与集水桶内的通道相联通，紧接着位移驱动机构反向转动，活塞杆件向外移动，集水桶内的空气被抽入至活塞柱内，此时集水桶内部压力变小，桶外的压力大于内部压力，单向阀打开，下压机构启动，将集水桶下压至集水槽处，实现取样，通过内外的压差使得水进入至桶内，这大大提升了水质样本采取的效率；当需要采集不同深度或者不同水域的水质样本时，下压机构复位，集水桶在弹簧弹力作用下复位，旋转舵机启动，带动桶架转动，将空的集水桶转动至集水槽的上方，同理进行抽取水质样本，这使得一次性能够取得多个水质样本，在实验分析时能够提升数据的准确性。

Claims (10)

1.一种基于机器仿生鱼的水样采集系统，包括底座(1)，底座上连接有壳体(80)，其特征在于：所述的底座(1)内设有重心偏移机构(2)，所述的底座(1)上部一侧设有浮力控制机构(20)，所述的底座(1)的末端设有鱼尾摆动机构(60)，底座(1)侧部设有鱼鳍机构(40)；所述的底座(1)上且靠近浮力控制机构(20)一侧设有水样采集机构(50)，浮力控制机构(20)的接口端经软管与水样采集机构(50)的气流进口端相连接。

2.根据权利要求1所述的基于机器仿生鱼的水样采集系统，其特征在于：所述的浮力控制机构(20)包括设置在底座(1)前端的位移驱动机构(3)，底座(1)上设有中间挡板(4)，中间挡板(4)一侧设有活塞柱(5)，位移驱动机构(3)的活动端设有活塞杆件(6)，活塞杆件(6)设置在活塞柱(5)内，活塞柱(5)的底端设有气管接头(7)，气管接头(7)经软管与水样采集机构(50)的气流进口端相连接。

3.根据权利要求1所述的基于机器仿生鱼的水样采集系统，其特征在于：所述的水样采集机构(50)包括设置在底座(1)上部的旋转舵机(8)，所述的底座(1)上设有支撑台(9)，支撑台(9)内穿设有桶架(10)，旋转舵机(8)的转动端经齿轮传动与桶架(10)的中间柱底端相连接，桶架(10)上均匀设有多个桶杆架(11)，桶杆架(11)上经卡扣连接有集水桶(12)，且桶杆架(11)的滑槽内经复位弹簧与集水桶(12)相连接；所述的桶架(10)上端凹槽内嵌设有通气组件(13)，通气组件(13)经气管与浮力控制机构(20)的接口端相连接，集水桶(12)的底部设有单向阀(14)，底座(1)上设有集水槽(15)，所述的中间挡板(4)的另一侧设有下压机构(16)。

4.根据权利要求3所述的基于机器仿生鱼的水样采集系统，其特征在于：所述的通气组件(13)包括设置在桶架(10)上端凹槽内的六角连接头(131)，六角连接头(131)的进口端连接有转动接头(132)，转动接头(132)经气管与气管接头(7)相连接，六角连接头(131)的出口端设有第一弯管(133)，所述集水桶(12)的上端连接有第二弯管(134)，集水桶(12)的上端设有电磁阀(135)，电磁阀(135)的一端与第一弯管(133)相连接，电磁阀(135)的另一端与第二弯管(134)相连接。

5.根据权利要求2所述的基于机器仿生鱼的水样采集系统，其特征在于：所述的位移驱动机构(3)包括设置在底座(1)上的舵机支架(301)，舵机支架(301)上设有丝杆电机(302)，丝杠电机(302)的转动端设有第一齿轮(303)，舵机支架(301)上端经轴承设有活塞位移丝杆(304)，丝杆电机(302)的一端设有第二齿轮(305)，第一齿轮(303)和第二齿轮(305)相啮合，活塞位移丝杆(304)的一端经轴承与活塞柱(5)一端相连接，活塞位移丝杆(304)上配合有移动件(306)，所述的活塞杆件(6)设置在移动件(306)上。

6.根据权利要求1所述的基于机器仿生鱼的水样采集系统，其特征在于：所述的重心偏移机构(2)包括设置在底座(1)内的重心电机(201)，重心电机(201)的伸出端设有调节丝杆(202)，底座(1)的底板上设有滑轨(203)，调节丝杆(202)上配合有固定座(204)，固定座(204)一侧设有配重块(205)，固定座(204)底部设有滑块(206)，滑块(206)与滑轨(203)相配合。

7.根据权利要求6所述的基于机器仿生鱼的水样采集系统，其特征在于：所述的底座(1)的底板且靠近调节丝杆(202)的末端设有感应开关(207)。

8.根据权利要求1所述的基于机器仿生鱼的水样采集系统，其特征在于：所述的鱼尾摆动机构(60)包括设置在底座(1)末端的机架(601)，机架(601)上端设有鱼尾舵机(602)，鱼尾舵机(602)的伸出端设有用于设置收缩线的拉线盘(603)，机架(601)一端依次铰接有多个鱼尾板(604)，末端的鱼尾板(604)一侧铰接尾鳍件(605)，鱼尾板(604)的上下端设有弹簧片(606)，拉线盘(603)上的收缩线引出穿过鱼尾板(604)与尾鳍件(605)的孔洞相连接。

9.根据权利要求3所述的基于机器仿生鱼的水样采集系统，其特征在于：所述的下压机构(16)包括设置在中间挡板(4)侧面的移动滑台(161)，移动滑台(161)的丝杆上设有压板(162)。

10.根据权利要求1所述的基于机器仿生鱼的水样采集系统，其特征在于：所述的鱼鳍机构(40)包括设置在底座(1)上的鱼鳍舵机(401)，鱼鳍舵机(401)的活动端设有转动杆(402)，底座(1)的侧部设有鱼鳍件(403)，鱼鳍件(403)的转轴与转动杆(402)之间连接有导向件(404)。

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