CN201380955Y - 一种仿生电鳐水底探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种仿生电鳐水底探测器，包括全自由度尾鳍、无线摄像仪、中央处理单元、与该尾鳍电连接的尾鳍驱动伺服器，尾鳍驱动伺服器另一端连接到载物平台，该载物平台上覆盖有鳍面，在该载物平台的前端设有机械臂，在该载物平台上、鳍面下设置有驱动所述机械臂的第一伺服器，在载物平台的中部设有前端与第一伺服器连接的电机座组，无线摄像仪设置于该电机座组上，在载物平台的旁侧还设有与所述中央处理单元电连接的接收器、电子调速器、第二伺服器，在所述载物平台上靠近尾鳍的位置处设置有第三伺服器及液体样本采集装置；中央处理处理单元还分别与所述尾鳍驱动伺服器、第一伺服器电连接。其结构简单，使机体灵活性、适应性得到强化。

Description

一种仿生电鳐水底探测器

技术领域

本实用新型涉及到水底探测器技术领域，尤其是一种仿生电鳐水底探测器。

背景技术

水底探测器是一种用来帮助人们在水下采集水文信息的具有一定智能程度的机器人。早在上世纪五十年代人们便将水底探测器应用于水下探矿、地质研究等领域，但时至今日，通过不断发展和完善的水底探测器仍存在以下几个缺陷：

1.结构复杂。普通的探测器在结构上可分为三部分：沉浮系统、动力系统、功能系统。沉浮系统是整个探测器中最为复杂的部分，其原理是通过控制水舱内气体和水的体积比进而改变机体密度，实现上浮或下沉，因此，探测器不仅要配一个较大的水舱和一配套的控压系统，而且还要不时地往液压气瓶里补气。复杂的结构使得探测器的制造成本居高不下，用起来也多有不便。

2.运动呆滞。普通的探测器大都以螺旋桨、方向舵作实现运动的所有器件，灵活度低，不方便同时操作，机械的外形和螺旋桨在高速旋转时产生的刺耳难听的噪音使得探测器的隐秘大大降低，不适用于军事侦查。

3.功能单一。探测器都只附带一种或两种功能装备。比如：要将探测器用于收集水下图象信息，则只在探测器上装配摄像仪；应用于水底取样，则只配备一个简单的兜取槽，而没有将多种功能有机地结合到同一个探测器上。

4.智能程度低。多数探测器属于第一代机器人的范畴，只能按照编好的程序，由内部的计算机安排它的动作。对外界没有感知，有的甚至只能由人通过遥控装备进行控制。

以上的缺点使水底探测器的应用范围受到了一定的局限，也给研究人员在进行水文勘测时带来不便。

经历过数万年进化、优胜劣汰后的海洋生物在游动及姿态控制方面的能力是目前所有基于传统水下推进与操控系统的水下机器人所无法比拟的，仿生机器人已成为水下机器人领域研究的重要内容。

电鳐是种无脊椎鱼类，能放出强电流用于防御敌害，以及捕食；外形呈平扁的流线型，背鳍，臀鳍有所退化，胸鳍宽大；摆动时带动体侧的肉质膜柔和扇动，是主要的运动器官。电鳐的鱼鳔体积与其个体体积的比值明显小于其他鱼类的该项比值，这说明电鳐还存在着其它控制沉浮的方式。

经过观察，电鳐实现沉浮运动主要靠胸鳍和尾鳍的协调作用，胸鳍摆动使体朝指定方向运动，而尾鳍自由度很高，可以在母线夹角约为94°的锥形空间内朝任意方向摆动，从而控制机体朝各个方向运动(包括下沉，上浮...)。

现有的潜水器大多装备一套复杂的压舱系统，通过控制潜水器的密度达到上升下沉的目的。该系统结构复杂，制造和使用的成本相对较高。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术潜水器结构复杂，制造和使用的成本相对较高的技术问题，提供一种将电鳐独特的鳍面协调的运动方式仿生代替，低成本、低噪音、高灵活度、多功能的新型潜水器。

为实现以上目的，本实用新型采取了以下的技术方案：一种仿生电鳐水底探测器，包括全自由度尾鳍、无线摄像仪、中央处理单元、与该尾鳍电连接的尾鳍驱动伺服器，尾鳍驱动伺服器另一端连接到载物平台，该载物平台上覆盖有鳍面，在该载物平台的前端设有机械臂，在该载物平台上、所述鳍面下设置有驱动所述机械臂的第一伺服器，在所述载物平台的中部设有前端与所述第一伺服器连接的电机座组，所述无线摄像仪设置于该电机座组上，在载物平台的旁侧还设有与所述中央处理单元电连接的接收器、电子调速器、第二伺服器，在所述载物平台上靠近尾鳍的位置处设置有第三伺服器及液体样本采集装置；所述中央处理处理单元还分别与所述尾鳍驱动伺服器、第一伺服器电连接。

上述第一伺服器用于控制机械臂的张合；第二伺服器用于控制摄像仪的旋角和液体样本采集装置；第三伺服器用于控制仿生电鳐水底探测器整个机体的上升和下沉；尾鳍驱动伺服器用于控制尾鳍的摆动从而控制仿生电鳐水底探测器整个机体的左右运动；电机座组用于为机体实现运动提供动力；电子调速器用于调节电机转速；接收器用于接受来自发射机的信号；中央处理单元用于实现无人驾驶；尾鳍用于改变机体运动方向及推进做用；机械臂用于夹取水底的固体样本，其原理为第一伺服器带动单个动臂摆动，再由该动臂通过齿轮组带动另一动臂实现合拢——张开的动作；液体样本采集装置用于收集液体样本，不同水域的水体性质有所差异，同一水域不同深度的水体也有所不同，尤其是低层水体，液体样本采集装置，此装置可以收集不同水域不同层次的水样；无线摄像仪用于收集图象信息。

在所述载物平台的底侧面上设有天线。通过无线天线的作用，使得该种仿生电鳐水底探测器接受信号更便捷。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：本实用新型结构简单，易于控制，能最大程度的模仿电鳐的运动姿态，而且能运用柔性变形的力学原理，更好的利用尾部的涡流，提高推进效率，适应不同的水体环境，使机体灵活性、适应性得到强化。

附图说明

图1为本实用新型系统框图；

图2为本实用新型结构俯视图；

图3为本实用新型结构侧视图；

附图标记说明：1、全自由度尾鳍，2、尾鳍驱动伺服器，3、载物平台，4、鳍面，5、机械臂，6、第一伺服器，7、电机座组，8、接收器，9、电子调速器，10、第二伺服器，11、中央处理单元，12、无线摄像仪，13、第三伺服器，14、液体样本采集装置，15、天线，16、锂电池。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参阅图1到图3所示，一种仿生电鳐水底探测器，包括全自由度尾鳍1、无线摄像仪12、中央处理单元11、与该尾鳍1电连接的尾鳍驱动伺服器2，尾鳍驱动伺服器2另一端连接到载物平台3，该载物平台3上覆盖有鳍面4，在该载物平台3的前端设有机械臂5，在该载物平台3上、鳍面4下设置有驱动机械臂5的第一伺服器6，在载物平台3的中部设有前端与第一伺服器6连接的电机座组7，无线摄像仪12设置于该电机座组7上，在载物平台3的旁侧还设有与中央处理单元11电连接的接收器8、电子调速器9、第二伺服器10，在载物平台3上靠近尾鳍1的位置处设置有第三伺服器13及液体样本采集装置14；中央处理处理单元11还分别与尾鳍驱动伺服器2、第一伺服器6电连接。

在载物平台3的底侧面上设有天线15和锂电池16。

运动模式可以分为两种：第一种模式模仿电鳐的运动方式，通过控制胸鳍的摆动频率和尾鳍的摆向、摆幅的协调关系，以达到速度和方向的目的。此模式灵活度相对较高，多在机体快速巡游时所用。

另一种模式则只靠尾鳍实现，通过尾鳍的高自由度摆动，获得推力和方向变换，此模式运行时噪音很低，机体相当平稳，但速度较慢，因此在狭窄水道中或采取样本时作用。

机体以鳍面摆动代替了普通潜水器高速旋转的螺旋桨，达到了很好的静音效果。两种运动模式可以切换使用，当遇到紧急情况时，一种运动装置出现故障时，可启用另一种运动模式，这样就可以避免机体因故障而滞留在水底的危险。同时，两种模式各适应不同的水体环境，使机体灵活性、适应性得到强化

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1、一种仿生电鳐水底探测器，其特征在于：包括全自由度尾鳍(1)、无线摄像仪(12)、中央处理单元(11)、与该尾鳍(1)电连接的尾鳍驱动伺服器(2)，尾鳍驱动伺服器(2)另一端连接到载物平台(3)，该载物平台(3)上覆盖有鳍面(4)，在该载物平台(3)的前端设有机械臂(5)，在该载物平台(3)上、所述鳍面(4)下设置有驱动所述机械臂(5)的第一伺服器(6)，在所述载物平台(3)的中部设有前端与所述第一伺服器(6)连接的电机座组(7)，所述无线摄像仪(12)设置于该电机座组(7)上，在载物平台(3)的旁侧还设有与所述中央处理单元(11)电连接的接收器(8)、电子调速器(9)、第二伺服器(10)，在所述载物平台(3)上靠近尾鳍(1)的位置处设置有第三伺服器(13)及液体样本采集装置(14)；所述中央处理处理单元(11)还分别与所述尾鳍驱动伺服器(2)、第一伺服器(6)电连接。

2、如权利要求1所述的仿生电鳐水底探测器，其特征在于：在所述载物平台(3)的底侧面上设有天线(15)。

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