CN209617431U - 一种仿生机器鱼 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种仿生机器鱼，包括鱼头机构、鱼身机构和鱼尾机构，所述鱼头机构的前侧设置有双目摄像头和第一主动声呐，所述鱼身机构的左右两侧各设置有一个第二主动声呐，所述第一主动声呐与两个所述第二主动声呐呈品字形排布；所述鱼身机构的下部设置有浮潜机构，所述第一主动声呐、所述第二主动声呐、所述双目摄像头各连接有子控制器，所述子控制器连接主控制器。采用三个品字形排布的主动声呐，覆盖面更大，并与双目摄像头相融合，有效减少测量死角，同时通过被动声呐监听水声来识别物体，从而可实现更有效的避障，浮潜机构占用空间小，滚珠丝杠不会与水直接接触，不易腐蚀，使用寿命长。

Description

一种仿生机器鱼

技术领域

本实用新型涉及机器鱼技术领域，具体来说，涉及一种仿生机器鱼。

背景技术

仿生机器鱼用于完成水下探测任务，仿生机器鱼通过浮潜机构实现上浮和下潜。

现有的仿生机器鱼的避障系统覆盖面较小，无法实现有效避障，并且功能单一，不具有双目识别功能。且现有的浮潜机构是通过滚珠丝杠转动来带动滚珠螺母直线移动，进而带动与滚珠螺母连接的活塞直线移动的，这种方式占用空间大，并且滚珠丝杠与水会直接接触，易腐蚀，传动精度会受到影响。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种仿生机器鱼，采用三个品字形排布的主动声呐，覆盖面更大，并与双目摄像头相融合，减少死角，可实现有效避障，并且其浮潜机构占用空间小，滚珠丝杠不会与水直接接触。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种仿生机器鱼，包括鱼头机构、鱼身机构和鱼尾机构，所述鱼头机构的前侧设置有双目摄像头和第一主动声呐，所述鱼身机构的左右两侧各设置有一个第二主动声呐，所述第一主动声呐与两个所述第二主动声呐呈品字形排布；所述鱼身机构的下部设置有浮潜机构，所述浮潜机构包括筒体，所述筒体内间隔设置有第一腔体以及第二腔体，所述第二腔体远离所述第一腔体的一端开设有吸排水口，所述第二腔体内密封滑动连接有活塞，所述第一腔体内设置有电机，所述电机通过传动机构连接有可绕自身轴线转动的滚珠螺母，所述滚珠螺母的轴线处贯穿设置有与其相配合的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠穿过所述第一腔体后与所述第二腔体内的活塞相连接，所述第一主动声呐、所述第二主动声呐、所述双目摄像头和所述电机各连接有子控制器，所述子控制器连接主控制器。

进一步地，所述双目摄像头设置在摄像头防水外壳内。

进一步地，所述摄像头防水外壳包括前壳体和后盖，所述前壳体与所述后盖的连接处设置有胶槽，所述胶槽内填充有密封胶。

进一步地，所述主控制器和所述子控制器均包括单片机或CPU。

进一步地，所述主控制器连接有无线图像传输模块和无线数据传输模块。

进一步地，所述鱼头机构的下部设置有被动声呐，所述被动声呐通过与其对应的子控制器连接所述主控制器。

进一步地，所述传动机构为齿轮传动机构，所述齿轮传动机构包括设置在所述电机输出轴上的第一齿轮以及与该第一齿轮啮合连接的第二齿轮，所述第二齿轮与所述滚珠螺母固定连接。

进一步地，所述第二齿轮的轴线处开设有与所述滚珠螺母相配合的孔洞，所述滚珠螺母伸入所述孔洞内并与所述孔洞固定连接。

进一步地，所述第一腔体内固定连接有管套，所述管套套设于所述第二齿轮的外部。

进一步地，所述管套靠近所述第二齿轮的一端固设有挡圈，所述第二齿轮与所述挡圈之间以及所述滚珠螺母与所述第一腔体之前均设置有推力轴承。

本实用新型的有益效果：采用三个品字形排布的主动声呐，覆盖面更大，并与双目摄像头相融合，有效减少测量死角，同时通过被动声呐监听水声来识别物体，从而可实现更有效的避障，浮潜机构占用空间小，滚珠丝杠不会与水直接接触，不易腐蚀，使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例所述的仿生机器鱼的示意图；

图2是根据本实用新型实施例所述的仿生机器鱼的分解图；

图3是根据本实用新型实施例所述的仿生机器鱼在避障时的示意图；

图4是根据本实用新型实施例所述的摄像头防水外壳的剖视图；

图5是根据本实用新型实施例所述的浮潜机构的剖视图。

图中：

1、鱼头机构；2、鱼身机构；3、鱼尾机构；11、筒体；12、活塞；13、电机；14、滚珠螺母；15、滚珠丝杠；16、第一齿轮；17、第二齿轮；18、管套；19、限位开关；51、第一主动声呐；52、第二主动声呐；53、被动声呐； 61、双目摄像头；62、前壳体；63、后盖；64、胶槽；65、支架；111、吸排水口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-5所示，根据本实用新型实施例所述的一种仿生机器鱼，包括鱼头机构1、鱼身机构2和鱼尾机构3，其特征在于，所述鱼头机构1的前侧设置有双目摄像头61和第一主动声呐51，所述鱼身机构2的左右两侧各设置有一个第二主动声呐52，所述第一主动声呐51与两个所述第二主动声呐52呈品字形排布；所述鱼身机构2的下部设置有浮潜机构，所述浮潜机构包括筒体11，所述筒体11内间隔设置有第一腔体以及第二腔体，所述第二腔体远离所述第一腔体的一端开设有吸排水口111，所述第二腔体内密封滑动连接有活塞12，所述第一腔体内设置有电机13，所述电机13通过传动机构连接有可绕自身轴线转动的滚珠螺母14，所述滚珠螺母14的轴线处贯穿设置有与其相配合的滚珠丝杠15，所述滚珠丝杠15穿过所述第一腔体后与所述第二腔体内的活塞12相连接，所述第一主动声呐51、所述第二主动声呐52、所述双目摄像头61和所述电机13各连接有子控制器，所述子控制器连接主控制器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述双目摄像头61设置在摄像头防水外壳内。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述摄像头防水外壳包括前壳体62和后盖63，所述前壳体62与所述后盖63的连接处设置有胶槽64，所述胶槽64内填充有密封胶。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述主控制器和所述子控制器均包括单片机或CPU。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述主控制器连接有无线图像传输模块和无线数据传输模块。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述鱼头机构1的下部设置有被动声呐53，所述被动声呐53通过与其对应的子控制器连接所述主控制器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述传动机构为齿轮传动机构，所述齿轮传动机构包括设置在所述电机13输出轴上的第一齿轮16以及与该第一齿轮16啮合连接的第二齿轮17，所述第二齿轮17与所述滚珠螺母14固定连接。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述第二齿轮17的轴线处开设有与所述滚珠螺母14相配合的孔洞，所述滚珠螺母14伸入所述孔洞内并与所述孔洞固定连接。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述第一腔体内固定连接有管套18，所述管套18套设于所述第二齿轮17的外部。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述管套18靠近所述第二齿轮17的一端固设有挡圈，所述第二齿轮17与所述挡圈之间以及所述滚珠螺母14与所述第一腔体之前均设置有推力轴承。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

本实用新型所述仿生机器鱼具有三个主动声呐和一个被动声呐53，三个主动声呐包括一个第一主动声呐51和两个第二主动声呐52，三个主动声呐用于测距。被动声呐53用于监听水声，其可通过监听水声来识别物体。三个主动声呐分时工作，时间间隔为200ms。

每个主动声呐配一个子控制器，被动声呐53配一个子控制器，双目摄像头61配一个子自控制器，电机13配一个子控制器，六个子控制器均连接主控制器。主控制器和子控制器均包括单片机或CPU。

仅设置三个主动声呐不可避免的会存在测量死角，为减少测量死角，本实用新型还设置了双目摄像头61来与三个主动声呐协同工作。

双目摄像头61通过与对应的子控制器相结合，可用于识别障碍物并依据双目视觉原理计算得到该障碍物与仿生机器鱼之间的距离。

前壳体62包括上半壳和下半壳，下半壳与上半壳可拆卸连接，下半壳上可拆卸地连接支架65，支架65用于固定双目摄像头61，支架65与上半壳可拆卸连接，并且其与上半壳的连接处设置有胶槽64，胶槽64内填充密封胶。

通过设置胶槽64和密封胶可有效提高连接处的防水效果。

双目摄像头将图像数据输出给对应的子控制器，该子控制器进行预处理将双目视差融合成深度距离值并将数据一起传送给主控制器，主动声呐和被动声呐53将测得的数据输出给对应的子控制器，该子控制器进行预处理后将数据传送给主控制器，主控制器通过无线图像传输模块和无线数据传输模块将数据传送给地面工作站，主控制器还通过无线通信模块连接地面工作站，地面工作站遥控浮潜机构动作。

仿生机器鱼采用三个单波束主动声呐和双目摄像头61来构成避障网络，根据量程不同，采用无迹kalman滤波算法对三个主动声呐和双目摄像头的数据进行融合，通过三个主动声呐和双目摄像头61获得的距离参数来进行实时观测，再反推出仿生机器鱼周围的障碍物大体轮廓，根据障碍物大体轮廓，进行转向和游速判断，从而实现避障。

浮潜机构包括筒体11，筒体11内间隔设置有第一腔体以及第二腔体，第二腔体远离第一腔体的一端开设有吸排水口111，第二腔体内密封滑动连接有活塞12，第一腔体内设置有电机13，电机13通过传动机构连接有可绕自身轴线转动的滚珠螺母14，滚珠螺母14的轴线处贯穿设置有与其相配合的滚珠丝杠15，滚珠丝杠15穿过第一腔体后与第二腔体内的活塞12相连接。活塞12与第二腔体内壁之间设置有密封圈。传动机构为齿轮传动机构。齿轮传动机构包括设置在电机13输出轴上的第一齿轮16以及与该第一齿轮16啮合连接的第二齿轮17，第二齿轮17与滚珠螺母14固定连接。第二齿轮17的轴线处开设有与滚珠螺母14相配合的孔洞，滚珠螺母14伸入孔洞内并与孔洞固定连接。第一腔体内固定连接有管套18，管套18套设于第二齿轮17的外部。管套18靠近第二齿轮17的一端固设有挡圈，第二齿轮17与挡圈之间以及滚珠螺母14与第一腔体之前均设置有推力轴承。筒体11内设置有与滚珠丝杠15相对应的限位开关19。滚珠丝杠15上设置有与管套18相配合的限位开关19。

电机13、限位开关19均连接对应的同一个子控制器，子控制器连接主控制器，第一腔体上设置有过线孔，第二腔体内密封滑动连接活塞12，保证了第一腔体的密封性，使水不会通过活塞12与第二腔体内壁之间的空隙进入第一腔体中。活塞12与第二腔体内壁之间设置有三道密封圈。

滚珠螺母14转动会带动滚珠丝杠15直线移动，滚珠丝杠15的直线位移量通过两个限位开关19来控制。

浮潜机构在具体使用时，电机13带动第一齿轮16转动，第一齿轮16通过第二齿轮17带动滚珠螺母14转动，滚珠螺母14带动滚珠丝杠15直线移动，滚珠丝杠15带动活塞12直线移动，活塞12直线移动时，水通过吸排水口111进入或排出第二腔体，进而使仿生机器鱼实现上浮和下潜。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，采用三个品字形排布的主动声呐，覆盖面更大，并与双目摄像头相融合，有效减少测量死角，同时通过被动声呐监听水声来识别物体，从而可实现更有效的避障，浮潜机构占用空间小，滚珠丝杠不会与水直接接触，不易腐蚀，使用寿命长。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿生机器鱼，包括鱼头机构（1）、鱼身机构（2）和鱼尾机构（3），其特征在于，所述鱼头机构（1）的前侧设置有双目摄像头（61）和第一主动声呐（51），所述鱼身机构（2）的左右两侧各设置有一个第二主动声呐（52），所述第一主动声呐（51）与两个所述第二主动声呐（52）呈品字形排布；所述鱼身机构（2）的下部设置有浮潜机构，所述浮潜机构包括筒体（11），所述筒体（11）内间隔设置有第一腔体以及第二腔体，所述第二腔体远离所述第一腔体的一端开设有吸排水口（111），所述第二腔体内密封滑动连接有活塞（12），所述第一腔体内设置有电机（13），所述电机（13）通过传动机构连接有可绕自身轴线转动的滚珠螺母（14），所述滚珠螺母（14）的轴线处贯穿设置有与其相配合的滚珠丝杠（15），所述滚珠丝杠（15）穿过所述第一腔体后与所述第二腔体内的活塞（12）相连接，所述第一主动声呐（51）、所述第二主动声呐（52）、所述双目摄像头（61）和所述电机（13）各连接有子控制器，所述子控制器连接主控制器。

2.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述双目摄像头（61）设置在摄像头防水外壳内。

3.根据权利要求2所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述摄像头防水外壳包括前壳体（62）和后盖（63），所述前壳体（62）与所述后盖（63）的连接处设置有胶槽（64），所述胶槽（64）内填充有密封胶。

4.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述主控制器和所述子控制器均包括单片机或CPU。

5.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述主控制器连接有无线图像传输模块和无线数据传输模块。

6.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述鱼头机构（1）的下部设置有被动声呐（53），所述被动声呐（53）通过与其对应的子控制器连接所述主控制器。

7.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述传动机构为齿轮传动机构，所述齿轮传动机构包括设置在所述电机（13）输出轴上的第一齿轮（16）以及与该第一齿轮（16）啮合连接的第二齿轮（17），所述第二齿轮（17）与所述滚珠螺母（14）固定连接。

8.根据权利要求7所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述第二齿轮（17）的轴线处开设有与所述滚珠螺母（14）相配合的孔洞，所述滚珠螺母（14）伸入所述孔洞内并与所述孔洞固定连接。

9.根据权利要求8所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述第一腔体内固定连接有管套（18），所述管套（18）套设于所述第二齿轮（17）的外部。

10.根据权利要求9所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述管套（18）靠近所述第二齿轮（17）的一端固设有挡圈，所述第二齿轮（17）与所述挡圈之间以及所述滚珠螺母（14）与所述第一腔体之前均设置有推力轴承。