CN117048812A - 一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于仿生水下机器人技术领域，提供了一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，包括载体，所述载体的底部安装有捕捞机构，还包括：波动机构，所述波动机构包括第一驱动轴和第二驱动轴，且所述第一驱动轴和第二驱动轴的端部均连接有驱动电机，所述第一驱动轴和第二驱动轴上均等距安装有若干偏心轮，两个转轴之间相邻的两个偏心轮为一个偏心轮组，各偏心轮组分别安装于一个摆动块上，所述摆动块上安装有摆动杆，同一组所述波动机构中的摆动杆通过一个柔性鳍相互连接；以及潜浮机构。该装置创新性的采用双偏心轮结构，其调节过程响应快，具备更灵活的运动性能，能够有效的代替人工作业，不仅工作效率高，还具有较好的安全性和经济适用性。
Description
技术领域
本发明属于仿生水下机器人技术领域，尤其涉及一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼。
背景技术
海洋拥有丰富的资源，探索它们可以获得宝贵的知识和经验，对人类的发展具有重大的意义。随着机械领域的不断进步，以及各个学科的交叉融合，水下机器人的研究飞速开展。在水下机器人领域中，捕捞机器人的研究相对薄弱，然而我国有很大的海产品需求市场，并且海鲜价格昂贵，设计能够捕捞海产品的机器人具备可行性并且有良好的应用前景。
水下机器人是一种小型的水下航行装置，小型水下机器人适用于浅水区域或水下空间狭窄复杂多变的水域的工作，受水流和浪涌干扰影响较大。小型水下机器人在该环境下的水动力特性、智能控制、精确定位和路径规划是当前研究的难点。高精度的水下定点定位是执行各种任务的基础，而高精度的定位需要在强扰动下实现多自由度的准确运动控制，实现小型水下机器人的高精度运动控制就也是亟待解决的关键问题。在水下机器人结构构造方面，研发出一款价格低廉且好用的水下捕捞机器人代替人工作业不仅能提高效率，还有较好的安全性和经济适用性。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，旨在解决上述背景技术中提出的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，包括载体，所述载体包括上壳和下壳，所述载体的底部安装有用于进行捕捞的捕捞机构，还包括：
波动机构，所述载体中对称安装有两组波动机构，所述波动机构包括第一驱动轴和第二驱动轴，所述第一驱动轴和第二驱动轴并排设置，所述第一驱动轴靠近载体的外侧，所述第二驱动轴靠近载体的内侧，且所述第一驱动轴和第二驱动轴的端部均连接有驱动电机，所述第一驱动轴和第二驱动轴上均等距安装有若干偏心轮，同一个转轴上的相邻的两个偏心轮之间存在角度差，两个转轴之间相邻的两个偏心轮之间也存在角度差，两个转轴之间相邻的两个偏心轮为一个偏心轮组，同一个偏心轮组中的两个偏心轮均安装于同一个摆动块上，且所述第一驱动轴上的偏心轮与摆动块固定装配，保证稳定性，所述第二驱动轴上的偏心轮与摆动块采用活口连接，所述摆动块靠近载体外侧的一端安装有摆动杆，同一组所述波动机构中的摆动杆通过一个柔性鳍相互连接；以及
潜浮机构，所述波动机构的两端均设置有一组潜浮机构，且所述潜浮机构同时与两组波动机构连接，所述潜浮机构包括两个水平导向块，分别用于匹配一组波动机构，所述第一驱动轴滑动安装于水平导向块上开设的水平导向槽中，所述水平导向块靠近第二驱动轴的一侧连接有弧形导向块，且所述第二驱动轴滑动安装于弧形导向块中开设的弧形导向槽内，所述第二驱动轴和第一驱动轴之间还连接有连接杆，所述潜浮机构还包括安装于载体中的调节电机，所述调节电机的输出端连接有调节杆，且所述调节杆远离调节电机的一端与第二驱动轴转动连接，用于带动第二驱动轴沿着弧形导向槽进行滑动。
进一步的技术方案，同一个驱动轴上的相邻的两个偏心轮之间的角度差为60°，两个驱动轴之间相邻的两个偏心轮之间的角度差也为60°。
进一步的技术方案，所述柔性鳍的材料为硅胶。
进一步的技术方案，所述捕捞机构包括安装于下壳底部的捕捞机械手和摆动电机，所述摆动电机设置于捕捞机械手的一侧，所述摆动电机的输出端连接有传动杆，所述传动杆远离摆动电机的一端连接有收集框。
进一步的技术方案，所述捕捞机械手包括两个驱动手，每个所述驱动手均包括应变层和限制层，均选用硅胶材料，应变层为多空囊结构并与限制层利用硅胶黏合剂粘合，从而形成一个空腔结构。
进一步的技术方案，所述载体中还安装有密封舱，所述密封舱用于安装并保护电子设备。
进一步的技术方案，所述载体的前后端均安装有图像采集装置，保证装置能够进行水下图像采集。
本发明实施例提供的一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，该装置创新性的采用双偏心轮(偏心轮组)结构。该装置的调节过程响应快，其结构紧凑，行程准确，能够使装置具备更灵活的运动性能，能够有效的代替人工作业，不仅工作效率高，还具有较好的安全性和经济适用性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼的侧视图；
图3为本发明实施例提供的一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼中的载体的内部结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼中的波动机构3的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼中的A区域的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼中的摆动块的结构示意图。
附图中：载体1；上壳11；下壳12；潜浮机构2；水平导向块21；水平导向槽22；弧形导向块23；弧形导向槽24；调节电机25；调节杆26；连接杆27；波动机构3；第一驱动轴31；第二驱动轴32；摆动块33；摆动杆34；柔性鳍35；偏心轮36；驱动电机37；密封舱4；捕捞机构5；捕捞机械手51；摆动电机52；收集框53；传动杆54。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1-6所示，为本发明一个实施例提供的一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，包括载体1，所述载体1包括上壳11和下壳12，所述载体1的底部安装有用于进行捕捞的捕捞机构5，还包括：
波动机构3，所述载体1中对称安装有两组波动机构3，所述波动机构3包括第一驱动轴31和第二驱动轴32，所述第一驱动轴31和第二驱动轴32并排设置，所述第一驱动轴31靠近载体1的外侧，所述第二驱动轴32靠近载体1的内侧，且所述第一驱动轴31和第二驱动轴32的端部均连接有驱动电机37，所述第一驱动轴31和第二驱动轴32上均等距安装有若干偏心轮36，同一个转轴上的相邻的两个偏心轮36之间存在角度差，两个转轴之间相邻的两个偏心轮36之间也存在角度差，两个转轴之间相邻的两个偏心轮36为一个偏心轮组，同一个偏心轮组中的两个偏心轮36均安装于同一个摆动块33上，且所述第一驱动轴31上的偏心轮36与摆动块33固定装配，保证稳定性，所述第二驱动轴32上的偏心轮36与摆动块33采用活口连接，所述摆动块33靠近载体1外侧的一端安装有摆动杆34，同一组所述波动机构3中的摆动杆34通过一个柔性鳍35相互连接；以及
潜浮机构2，所述波动机构3的两端均设置有一组潜浮机构2，且所述潜浮机构2同时与两组波动机构3连接，所述潜浮机构2包括两个水平导向块21，分别用于匹配一组波动机构3，所述第一驱动轴31滑动安装于水平导向块21上开设的水平导向槽22中，所述水平导向块21靠近第二驱动轴32的一侧连接有弧形导向块23，且所述第二驱动轴32滑动安装于弧形导向块23中开设的弧形导向槽24内，所述第二驱动轴32和第一驱动轴31之间还连接有连接杆27，所述潜浮机构2还包括安装于载体1中的调节电机25，所述调节电机25的输出端连接有调节杆26，且所述调节杆26远离调节电机25的一端与第二驱动轴32转动连接，用于带动第二驱动轴32沿着弧形导向槽24进行滑动。
在本发明实施例中，使用时，驱动电机37分别带动相应的第一驱动轴31和第二驱动轴32旋转，第一驱动轴31和第二驱动轴32可带动相应的偏心轮36旋转，在同一组偏心轮组的作用下，摆动块33可带动摆动杆34进行往复摆动，在同一组中的多个摆动杆34的作用下，柔性鳍35可整体波动，产生推进力。每个所述第一驱动轴31和第二驱动轴32上均设置有七个偏心轮36。潜浮机构2的设计以鳐科(胸鳍)为参考对象，将鱼类身体推进方式所产生的波形和运动周期都近似为正弦函数，由此将鱼类运动过程拟合简化为正弦函数图像，即可求解出的振幅、频率和波形，控制相关影响参数可以调节水下机器人的运动，同时依靠机器人不同参数可以改变运动状态和具体波形。设计中通过柔性鳍35的柔性运动，能够有效消除或者减弱水下机器人游动中产生的失衡，提高推进以及机动性能。由于本设计通过七对偏心轮组带动七个摆动杆34产生不同高度位移，摆动杆34带动柔性鳍35的不同位置进行上下摆动，每个摆动杆34的运动都可以近似成一个正弦函数，而七个摆动杆34的运动将产生一个整体的波动函数，也可以近似为正弦波动。
同时，当要实现装置整体的上浮、下潜和水平运动的切换时。只需控制调节电机25进行正反转切换。调节电机25可带动调节杆26进行摆动，调节杆26可分别带动一个第二驱动轴32沿着弧形导向槽24进行圆弧运动，在连接杆27的作用下，第二驱动轴32可带动第一驱动轴31沿着水平导向槽22进行直线移动，使得同一组中的第一驱动轴31与第二驱动轴32产生高度差，从而实现上浮、下潜以及水平三种形态的切换，具体的，当第二驱动轴32位于弧形导向槽24的中间位置时，波动机构3处于水平状态；当第二驱动轴32位于弧形导向槽24的底部时，波动机构3处于下潜状态；当第二驱动轴32位于弧形导向槽24的顶部时，波动机构3处于上浮状态。
同时，再配合捕捞机构5便可进行捕捞操作。
作为本发明的一种优选实施例，所述柔性鳍35的材料为硅胶。
作为本发明的一种优选实施例，同一个驱动轴上的相邻的两个偏心轮之间的角度差，以及两个驱动轴之间相邻的两个偏心轮之间的角度差都是可以调整的，两个驱动轴之间相邻的两个偏心轮之间的角度差主要影响柔性鳍波动的幅值，两个驱动轴的转速差主要影响柔性鳍波动的频率；同一个驱动轴上的相邻的两个偏心轮之间的角度差对波形影响不大。具体地，同一个驱动轴上的相邻的两个偏心轮36之间的角度差为60°，两个驱动轴之间相邻的两个偏心轮36之间的角度差也为60°。
如图1和2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述捕捞机构5包括安装于下壳12底部的捕捞机械手51和摆动电机52，所述摆动电机52设置于捕捞机械手51的一侧，所述摆动电机52的输出端连接有传动杆54，所述传动杆54远离摆动电机52的一端连接有收集框53。
在本发明实施例中，使用时，利用捕捞机械手51进行抓取工作，同时摆动电机52可通过传动杆54带动收集框53进行摆动，摆动到捕捞机械手51的正下方；然控制捕捞机械手51松开夹持，即可将抓取的渔获投放到收集框53中，随后收集框53再次进行摆动，摆动到捕捞机械手51的一侧，完成一次捕捞行为。
如图1和2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述捕捞机械手51包括两个驱动手，每个所述驱动手均包括应变层和限制层，均选用硅胶材料，应变层为多空囊结构并与限制层利用硅胶黏合剂粘合，从而形成一个空腔结构。
在本发明实施例中，利用驱动手的空腔结构。充水时，限制层约束应变层的结构应变，从而驱动机械手指向内弯曲，实现对诸如海参等软体海产品的抓取工作。此外，抽水时，限制层的收缩率小于应变层的收缩率，驱动软体手指向外伸展，实现海参的投放工作。
如图3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述载体1中还安装有密封舱4，所述密封舱4用于安装并保护电子设备，起到绝对的防水密封作用，保证机器人电子元件运转正常。
作为本发明的一种优选实施例，所述载体1的前后端均安装有图像采集装置，保证装置能够进行水下图像采集。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，包括载体，所述载体包括上壳和下壳，所述载体的底部安装有用于进行捕捞的捕捞机构，其特征在于，还包括：
波动机构，所述载体中对称安装有两组波动机构，所述波动机构包括第一驱动轴和第二驱动轴，所述第一驱动轴和第二驱动轴并排设置，所述第一驱动轴靠近载体的外侧，所述第二驱动轴靠近载体的内侧，且所述第一驱动轴和第二驱动轴的端部均连接有驱动电机，所述第一驱动轴和第二驱动轴上均等距安装有若干偏心轮，同一个转轴上的相邻的两个偏心轮之间存在角度差，两个转轴之间相邻的两个偏心轮之间也存在角度差，两个转轴之间相邻的两个偏心轮为一个偏心轮组，同一个偏心轮组中的两个偏心轮均安装于同一个摆动块上，且所述第一驱动轴上的偏心轮与摆动块固定装配，所述第二驱动轴上的偏心轮与摆动块采用活口连接，所述摆动块靠近载体外侧的一端安装有摆动杆，同一组所述波动机构中的摆动杆通过一个柔性鳍相互连接；以及
潜浮机构，所述波动机构的两端均设置有一组潜浮机构，且所述潜浮机构同时与两组波动机构连接，所述潜浮机构包括两个水平导向块，分别用于匹配一组波动机构，所述第一驱动轴滑动安装于水平导向块上开设的水平导向槽中，所述水平导向块靠近第二驱动轴的一侧连接有弧形导向块，且所述第二驱动轴滑动安装于弧形导向块中开设的弧形导向槽内，所述第二驱动轴和第一驱动轴之间还连接有连接杆，所述潜浮机构还包括安装于载体中的调节电机，所述调节电机的输出端连接有调节杆，且所述调节杆远离调节电机的一端与第二驱动轴转动连接，用于带动第二驱动轴沿着弧形导向槽进行滑动。
2.根据权利要求1所述的波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，其特征在于，同一个驱动轴上的相邻的两个偏心轮之间的角度差为60°，两个驱动轴之间相邻的两个偏心轮之间的角度差也为60°。
3.根据权利要求2所述的波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，其特征在于，所述柔性鳍的材料为硅胶。
4.根据权利要求1所述的波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，其特征在于，所述捕捞机构包括安装于下壳底部的捕捞机械手和摆动电机，所述摆动电机设置于捕捞机械手的一侧，所述摆动电机的输出端连接有传动杆，所述传动杆远离摆动电机的一端连接有收集框。
5.根据权利要求4所述的波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，其特征在于，所述捕捞机械手包括两个驱动手，每个所述驱动手均包括应变层和限制层，应变层为多空囊结构并与限制层利用硅胶黏合剂粘合，从而形成一个空腔结构。
6.根据权利要求5所述的波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，其特征在于，所述应变层和限制层均选用硅胶材料制成。
7.根据权利要求1所述的波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，其特征在于，所述载体中还安装有密封舱，所述密封舱用于安装并保护电子设备。
8.根据权利要求1所述的波动鳍参数可调的捕捞机器鱼，其特征在于，所述载体的前后端均安装有图像采集装置，保证装置能够进行水下图像采集。
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Cited By (1)
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