CN201052416Y - 一种智能仿生机器鱼 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能仿生机器鱼，其特征在于它包括：一传感交互模块，其设置在仿生机器鱼的头部；一上升下潜模块，其设置在仿生机器鱼的上部；一仿生推进模块，其设置在仿生机器鱼的中后部，一动力电源模块，其设置在仿生机器鱼的下部；一控制通讯模块，其设置在上述四个模块的中间位置；一骨架，所述各模块分别连接在所述骨架上；一机器鱼外形，骨架通过仿生机器鱼外形上的固定点与其相固定。本实用新型的各模块都是独立防水的，故可在外壳的底部设置一开合拉链，不但更换电池和对故障部件进行更换或维修，而且可以灵活选择各种仿生机器鱼的外形加以套装。本实用新型结构简单，体积可大可小，可以方便地制作出各种用途的仿生机器鱼以及观赏玩具鱼。

Description

一种智能仿生机器鱼

技术领域

本实用新型涉及一种仿生机器鱼，特别是关于一种适用于科普产品及智能玩具等使用频度较高领域的新型智能仿生机器鱼。

背景技术

鱼类以其快速、高效和机动的游动方式获得了人类的赞叹，九十年代各国纷纷开始模仿鱼类推进机理制造新的水下航行器。目前研究机器鱼的机构很多，机器鱼的推进实现方法也很多，主要有舵机推进和气动推进两种。使用舵机作为动力驱动电机的机器鱼，由于舵机转动力矩小、易损坏、响应速度慢等缺点，不适合于长时间使用的场合。使用气泵推进的机器鱼机构复杂且由于水的变阻力而无法精确控制机器鱼尾部摆动幅度。大部分研究机构都将机器鱼分为刚性头部部分和柔性推进部分，两部分之间通过弹性的防水软质体连接。控制电路、电源等部件安装于刚性头部，采用充电电池作为动力提供元件。这种整体封装的结构在部分零件出现故障维修时或需更换电池时拆卸和更换比较困难。

因此需要研究设计一种易于拆装的、新型的、可长期稳定的模拟鱼类游动方式的仿生机器鱼，实现鱼类游动模式的仿生推进机构的目标。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够长时间稳定运行，而且能够方便的更换电池或故障维修的新型智能仿生机器鱼。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种智能仿生机器鱼，其特征在于它包括：一传感交互模块，其设置在仿生机器鱼的头部；一上升下潜模块，其设置在仿生机器鱼的上部；一仿生推进模块，其设置在仿生机器鱼的中后部；一动力电源模块，其设置在仿生机器鱼的下部；一控制通讯模块，其设置在上述四个模块的中间位置；一骨架，所述各模块分别连接在所述骨架上；一机器鱼外壳，其通过其上的固定点与所述骨架固定连接。

所述上升下潜模块包括一密封舱体，一直流电机通过一齿轮组带动两螺杆前后运动，所述两螺杆的前端的密封活塞分别滑动地设置在两气囊中，所述气囊的一端与所述固定，另一端与外界相连。

所述仿生推进模块包括一密闭的防水外壳，所述防水外壳内设置一底板，一通过固定座连接在所述底板上的直流电机，所述电机通过一对伞齿轮连接一偏心滑块，所述偏心滑块设置在一滑板的凹槽内，所述滑板的一端具有一直齿条；一连接直齿轮的输出轴与所述直齿条捏合，所述输出轴摆动地连接在所述底板与定位片之间，所述仿生推进模块装在一个防水外壳中，所述输出轴伸出防水外壳，通过一弹性的硅橡胶套连接一摆动连杆，所述摆动连杆的另一端与所述机器鱼尾部固定连接。

所述控制通讯模块包括采用ATmega128的微控制器模块，其连接有采用全双工RF无线传输的通讯模块、反馈位置信号的超声测距模块、显示当前所处状态的LED模块和直流电机控制芯片，所述控制芯片连接电机驱动模块，分别驱动所述上升下潜模块的直流电机和仿生推进模块的直流电机；所述采用ATmega128的微控制器模块还连接有用于遥控仿生机器鱼的键盘输入模块、LCD显示模块和全双工串口通讯模块，所述控制通讯模块密封在铝制外壳中，装入线路板后壳体用胶密封。

所述传感交互模块装有超声、红外传感器以感知前方障碍物的距离，并在所述仿生机器鱼的头部装有彩色可控的七彩LED灯。

所述仿生机器鱼外壳由弹性硅胶整体压模灌制而成，其底部有开口，开口装有易于开合的拉链。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型将仿生机器鱼的各部分分别设置成一个独立的密封模块，各部分之间通过防水导线连接，特别是整个机器鱼外壳由弹性硅胶整体压模灌制而成，因此装配非常灵活方便，便于制造和单独更换。2、本实用新型由于各模块都是独立防水的，因此可以在外壳的底部设置一开口，在开口上装有易于开合的拉链，不但可以方便的更换电池和对故障部件进行更换或维修，而且可以灵活选择各种仿生机器鱼的外形加以套装。3、本实用新型整个系统都采用直流电机作为推进系统，整个系统运动的稳定性好，并能够承受一定的载荷。4、本实用新型的上升下潜模块采用电机通过齿轮组带动活塞前后移动的方式，控制气囊与舱体相连部分的体积，进而简单方便地实现了上升和下潜。5、本实用新型的仿生推进模块通过电机带动偏心滑块的转动，实现了滑板的正弦往复运动，同时通过滑板的正弦往复运动转变为输出轴的正弦摆动，实现了仿生机器鱼尾部的摆动驱动。本实用新型结构简单，体积可大可小，可以特别方便地制作出各种用途的仿生机器鱼以及观赏玩具鱼。

附图说明

图1是本实用新型整体结构的侧视示意图

图2是本实用新型整体结构的正视示意图

图3是本实用新型上升下潜模块结构示意图

图4是本实用新型仿生推进模块立体示意图

图5是本实用新型仿生推进模块俯视示意图

图6是本实用新型仿生推进模块的凸轮与滑板示意图

图7是本实用新型仿生机器鱼控制电路示意图

图8是实用新型仿生机器鱼遥控器电路示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1、图2所示，本实用新型的整体结构由若干个模块组成，包括设置在仿生机器鱼头部的传感交互模块1，设置在仿生机器鱼上部的上升下潜模块2，设置在仿生机器鱼中后部的仿生推进模块3，设置在仿生机器鱼下部的动力电源模块4，设置在上述四个模块中间位置的控制通讯模块5和遥控部分。各个模块分别装在密封的盒子中，构成一个独立的密封模块。各独立密封模块通过防水导线相互进行电气连接，动力电源模块4通过易装卸的防水电源插座与骨架6相连接，骨架6通过仿生机器鱼外壳7上的固定点与外壳7连接。

本实用新型的传感交互模块1装有超声、红外传感器等，以感知前方的障碍物，可以在仿生机器鱼的头部装有彩色可控的七彩LED灯，通过灯光的变换显示仿生机器鱼当前所处的状态。

如图3所示，本实用新型的上升下潜模块2采用鱼漂的原理实现仿生机器鱼的上升下潜。上升下潜部分2包括：一直流电机201，其输出端的主动齿轮202带动两从动齿轮203转动，电机201和齿轮组202、203位置相对于舱体204固定，两从动齿轮203中心具有内螺纹，两从动齿轮203的转动可以带动两螺杆205前后运动。螺杆205的前端装有密封活塞206，活塞206在气囊207中滑动，气囊207的一端与舱体204粘接密封，另一端通过管路与外界环境相连，整个舱体204的各连接部位通过O型圈密封。通过减小气囊207与舱体204相连部分的体积，减小体积之后浮力减小，重力不变，使仿生机器鱼下潜，增大气囊207和舱体206相连部分的体积，可以使仿生机器鱼实现上升。

如图4、图5、图6所示，仿生推进模块3的结构包括：一直流电机301，其与一伞齿轮302相连，另一伞齿轮303与一偏心滑块304相连，伞齿轮302、303把直流电机301的水平转动转变为竖直转动输出，直流电机301由电机固定座305与底板306固定。滑块304为偏心轮结构，滑块304设置在一滑板307的凹槽中，滑块304的转动可以转变为滑板307的正弦往复运动，滑块304与伞齿轮303的中心固定在底板306与齿轮上定位片308之间，定位片308上设有一定位孔309。滑板307一端的直齿条310与输出轴311端部的连接的直齿轮312啮合，输出轴311安装在底板306与输出轴定位片313之间，输出轴定位片313上设有一定位孔314，输出轴311把滑板307的正弦往复运动转变为输出轴311的正弦摆动，实现了模拟鱼类正弦摆动的运动方式。仿生推进模块3为整个仿生机器鱼的核心部件，它装在一个密闭的防水外壳中，输出轴311伸出防水外壳。仿生推进模块3末端的输出轴311上连接一摆动连杆8(如图1、图2所示)，摆动连杆8的另一端与仿生机器鱼外壳7的尾部固定连接。仿生推进模块3的输出轴311与摆动连杆8之间设置有一弹性系数比较大的硅橡胶套9，其起防水作用。

动力电源模块4采用高聚合锂电池作为动力电池，电池装在密闭的电池盒中，电池盒采用O圈密封。

如图7所示，本实用新型的控制通讯模块5包括：采用ATmega128的微控制器502，全双工RF无线数传器件503、超声蔽障传感器504、由LED和压力传感器组成的交互器件501和直流电机驱动芯片505。电机驱动芯片505驱动仿生推进电机301和上升下潜电机205运动。电机301上装有位置传感器，已测量电机转动的位置信号。

如图8所示，本实用新型的遥控部分包括：ATmega128微控制器508，LCD显示屏507，键盘506，数传器件509。微控制器508与键盘506、LCD显示屏507和全双工串口通讯模块509相连。

本实用新型的控制通讯模块5通过串口与遥控器或上位机通讯，实现数据传输和程序的在线更新。同时控制芯片用控制直流电机301的转速来控制仿生机器鱼的游动速度，用控制输出轴310的摆动角度来控制仿生机器鱼的转弯方向。控制通讯模块5密封在铝制外壳中，装入线路板后壳体用胶密封，控制信号线通过防水接口引出壳体与电机301和传感交互模块1相连。

本实用新型的外壳7由弹性硅胶整体压模灌制而成，其底部有开口，开口装有易于开合的拉链。其它模块部分与骨架6固定后整体装入。外壳7可制作成金鱼、鲤鱼、鲨鱼等造型。

Claims (10)

1.一种智能仿生机器鱼，其特征在于它包括：

一传感交互模块，其设置在仿生机器鱼的头部；

一上升下潜模块，其设置在仿生机器鱼的上部；

一仿生推进模块，其设置在仿生机器鱼的中后部；

一动力电源模块，其设置在仿生机器鱼的下部；

一控制通讯模块，其设置在上述四个模块的中间位置；

一骨架，所述各模块分别连接在所述骨架上；

一机器鱼外壳，其通过其上的固定点与所述骨架固定连接。

2.如权利要求1所述的一种智能仿生机器鱼，其特征在于：所述上升下潜模块包括一密封舱体，一直流电机通过一齿轮组带动两螺杆前后运动，所述两螺杆的前端的密封活塞分别滑动地设置在两气囊中，所述气囊的一端与所述固定，另一端与外界相连。

3.如权利要求1所述的一种智能仿生机器鱼，其特征在于：所述仿生推进模块包括一密闭的防水外壳，所述防水外壳内设置一底板，一通过固定座连接在所述底板上的直流电机，所述电机通过一对伞齿轮连接一偏心滑块，所述偏心滑块设置在一滑板的凹槽内，所述滑板的一端具有一直齿条；一连接直齿轮的输出轴与所述直齿条捏合，所述输出轴摆动地连接在所述底板与定位片之间，所述仿生推进模块装在一个防水外壳中，所述输出轴伸出防水外壳，通过一弹性的硅橡胶套连接一摆动连杆，所述摆动连杆的另一端与所述机器鱼尾部固定连接。

4.如权利要求2所述的一种智能仿生机器鱼，其特征在于：所述仿生推进模块包括一密闭的防水外壳，所述防水外壳内设置一底板，一通过固定座连接在所述底板上的直流电机，所述电机通过一对伞齿轮连接一偏心滑块，所述偏心滑块设置在一滑板的凹槽内，所述滑板的一端具有一直齿条；一连接直齿轮的输出轴与所述直齿条捏合，所述输出轴摆动地连接在所述底板与定位片之间，所述仿生推进模块装在一个防水外壳中，所述输出轴伸出防水外壳，通过一弹性的硅橡胶套连接一摆动连杆，所述摆动连杆的另一端与所述机器鱼尾部固定连接。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种智能仿生机器鱼，其特征在于：所述控制通讯模块包括采用ATmega128的微控制器模块，其连接有采用全双工RF无线传输的通讯模块、反馈位置信号的超声测距模块、显示当前所处状态的LED模块和直流电机控制芯片，所述控制芯片连接电机驱动模块，分别驱动所述上升下潜模块的直流电机和仿生推进模块的直流电机；所述采用ATmega128的微控制器模块还连接有用于遥控仿生机器鱼的键盘输入模块、LCD显示模块和全双工串口通讯模块，所述控制通讯模块密封在铝制外壳中，装入线路板后壳体用胶密封。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种智能仿生机器鱼，其特征在于：所述传感交互模块装有超声、红外传感器以感知前方障碍物的距离，并在所述仿生机器鱼的头部装有彩色可控的七彩LED灯。

7.如权利要求5所述的一种智能仿生机器鱼，其特征在于：所述传感交互模块装有超声、红外传感器以感知前方障碍物的距离，并在所述仿生机器鱼的头部装有彩色可控的七彩LED灯。

8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种智能仿生机器鱼，其特征在于：所述仿生机器鱼外壳由弹性硅胶整体压模灌制而成，其底部有开口，开口装有易于开合的拉链。

9.如权利要求5所述的一种智能仿生机器鱼，其特征在于：所述仿生机器鱼外壳由弹性硅胶整体压模灌制而成，其底部有开口，开口装有易于开合的拉链。

10.如权利要求6所述的一种智能仿生机器鱼，其特征在于：所述仿生机器鱼外壳由弹性硅胶整体压模灌制而成，其底部有开口，开口装有易于开合的拉链。

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