CN211223812U - 一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼，所述仿生机器鱼包括硬质头部外壳、硬质鱼体外壳、硬质背鳍外壳、尾部连接件、鱼尾组件、水下升降装置、水下监测模块、电池、主控电路板、数据采集模块、4G无线通信模块、4G天线、GPS天线，GPS定位接收器模块、稳压模块、无线电接收模块、水质pH值检测传感器和水质浑浊度值检测传感器。本实用新型含近程和远程两种控制方法，可用范围广、携带方便、操作简单、显示直观，不仅可以实现对不同水域的不同水质参数和水下环境影像的实时采集，还可以通过4G通信实现远程操作，有效节省成本；在水下资源勘探、水文监测等方面应用广泛，为未来水质监测机器鱼发展提供技术储备。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术应用领域，具体涉及一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼。
背景技术
全球海洋面积约占地球表面积71%，是一个资源丰富尚且远未得到开发的宝库，也是军事领域兵戎相见的战场。人类未来面临人口膨胀和生存空间、陆地资源枯竭和社会生产增长、生态环境恶化和人类发展三大矛盾挑战，要维持自身的生存、繁衍和发展，就必须充分利用海洋资源。对于人均资源匮乏的我国来说，海洋资源开发则更具有特殊意义，在新时代下已指出要建设海洋强国。因此，研究水下机器人将在海洋环境监测、海洋资源勘察、海洋科学研究中发挥重要作用。
仿生机器鱼作为水下机器人的一个重要分支，我国最早由中科院自动化所开始仿生机器鱼运动研究。国内许多科研机构和企业都已经开展了相关仿生鱼研制，最早投入到市面上的应该是中科步思德（洛阳）智控科技公司推出的一款科教娱乐型仿生机器鱼，主要通过关节来控制鱼的游动和转向（http://zkboost.cn.made-in-china.com/），这款鱼的头部和身体采用硬质外壳，不能改变体积，目前只能在水面上游动；德国Festo公司研制的Airacuda仿生机器鱼，也可以模仿鱼类的上浮下潜，在其头部有一空腔，该腔体可以填充空气或者液体。通过压力传感器反馈的信号来控制气阀的开闭，以控制空腔内是液体或气体，此种方式则需要自带气源的压力泵，通过压力泵贮备、释放气体和控制浮力，增加了一定的复杂度，同时头部则必须为硬质空腔体外壳（http://www.72byte.com/product/airacuda）；申请号为CN201710573740.8的中国专利公开了一种通过互联网进行水质监测及分析的仿生鱼装置，针对水质监测应用方面，采用压水舱实现鱼体沉浮，虽然具备全球卫星定位装置、360度全景摄像装置，但是由于受到水下无线电通信影响，在水下监测时无法实时上传视频信号到客户端；申请号为CN201820207880.3的中国专利公开了一种用于环境监测的仿生鱼结构，采用螺旋桨推进方式，在实际应用中可能与水草缠绕，影响应用效果；申请号为CN201610718523.9的中国专利公开了一种探测河水成分的仿生鱼，采用齿轮齿条方式驱动，相对使用效率较低，且尾鳍只具有单自由度摆动。
目前为止，大多数用于水质监测的仿生机器鱼，离实际应用还有一定差距，特别是水下视频的实时通信、尾鳍的运动自由度较少，以及采用传统螺旋桨推进方式，而针对多自由度的仿生机器鱼，可实现水面的自由游动，还可以通过水下升降装置，实时探测水下视频等信息，通过GPRS通信实时回传客户端，将在水质实时无人移动监测方面具有广泛应用，目前该种面向水质实时监测的多自由度仿生机器鱼及其运动方法还未见报道。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术中的不足，提供一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼，
包括硬质头部外壳、硬质鱼体外壳、硬质背鳍外壳、尾部连接件、鱼尾组件、水下升降装置、水下监测模块、电池、主控电路板、数据采集模块、4G无线通信模块、4G天线、GPS天线，GPS定位接收器模块、稳压模块以及无线电接收模块；
所述硬质鱼体外壳通过其前端的凸起与硬质头部外壳后端的凹槽固定连接，所述尾部连接件通过其前端的凹槽与硬质鱼体外壳后端的凸起固定连接，所述硬质背鳍外壳粘贴固定于硬质鱼体外壳正上方，所述鱼尾组件与尾部连接件的端面固定连接；
所述水下升降装置设于硬质头部外壳内部，包括导线、配重块、水下舵机A、舵机舵盘连接件和横板，所述的配重块固定设于硬质头部外壳下端中间位置，配重块的上方设有横板，所述横板两侧与硬质头部外壳的内部固定连接，所述横板上固定连接有水下舵机A，所述水下舵机A的旋转输出轴端与舵机舵盘连接件的中心固联，所述导线的一端与舵机舵盘连接件的环凹槽连接，另一端穿过硬质头部外壳的侧壁与水下监测模块连接；所述水下监测模块设于硬质头部外壳的下方，包括水下监测模块外壳、LED灯和摄像头，所述摄像头置于水下监测模块外壳内部左侧，所述LED灯置于水下监测模块外壳内部右侧；所述水下监测模块外壳的顶部固定连接所述导线，所述水下舵机A运行时，通过导线带动水下监测模块在竖直方向移动，用于采集水下环境影像信息；
所述硬质鱼体外壳内部设有电池、主控电路板、数据采集模块、4G无线通信模块、GPS定位接收器模块、稳压模块和无线电接收模块；其中，所述电池的电源端分别与稳压模块、鱼尾组件以及水下舵机A电性连接，稳压模块的输出端分别与主控电路板、数据采集模块、4G无线通信模块、GPS定位接收器模块、无线电接收模块以及摄像头的输入端信号连接；所述主控电路板分别与数据采集模块、4G无线通信模块、GPS定位接收器模块、无线电接收模块、LED灯、鱼尾组件以及水下舵机A信号连接；所述数据采集模块与摄像头信号连接；
所述硬质背鳍外壳上固定设有4G天线和GPS天线，所述4G天线固定于硬质背鳍外壳内部左侧，所述GPS天线固定于硬质背鳍外壳内部右侧，所述的4G天线与4G无线通信模块信号连接，所述的GPS天线与GPS定位接收器模块信号连接。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的电池固定置于硬质鱼体外壳的下端右侧，主控电路板固定置于电池上侧中间位置，数据采集模块位于电池前端并固定置于硬质鱼体外壳下侧，4G无线通信模块固定置于硬质鱼体外壳的上端左侧，GPS定位接收器模块固定置于硬质鱼体外壳的上端中间位置，稳压模块固定于主控电路板后端靠上右侧处，无线电接收模块固定于稳压模块前端靠上左侧处；其中，所述主控电路板的A6引脚接LED灯的正极，LED灯的负极接地；所述主控电路板的串口1的TXD端分别与鱼尾组件和水下舵机A连接，所述主控电路板的串口2与无线电接收模块连接，主控电路板的串口3与4G无线通信模块连接，主控电路板的串口6与GPS定位接收器模块连接；所述主控电路板的SPI引脚通过SPI总线与数据采集模块连接。
上述的鱼尾组件包括第一水下舵机B、第一U型固定件，第二水下舵机B、第二U型固定件、第三水下舵机B、第三U型固定件、鱼尾连接件以及鱼尾；所述的第一U型固定件通过螺栓与尾部连接件固定连接，所述第一水下舵机B的旋转输出端通过螺栓与第一U型固定件的后端中心固定，所述的第二U型固定件通过螺栓与第一水下舵机B的后端固定连接，所述第二水下舵机B(8)的旋转输出端通过螺栓与二U型固定件的后端中心固定，所述第三U型固定件通过螺栓与第二水下舵机B的后端固定连接，所述第三水下舵机B的旋转输出端通过螺栓与第三U型固定件的后端固定连接，所述第三水下舵机B的后端通过螺栓与鱼尾连接件连接，所述鱼尾连接件通过螺栓与鱼尾固联。
上述的水下舵机A、第一水下舵机B、第二水下舵机B和第三水下舵机B之间为串联连接；其中，所述水下舵机A的负极接地，水下舵机A的正极串联至第三水下舵机B，第三水下舵机B的正负极串联至第二水下舵机B，第二水下舵机B的正负极串联至第一水下舵机B，所述第一水下舵机B的正负极与电池的电源端连接，第一水下舵机B的信号输入端与主控电路板的串口1端的TXD端连接。
上述还包括有水质pH值检测传感器和水质浑浊度值检测传感器；所述水质pH值检测传感器和水质浑浊度值检测传感器沿硬质鱼体外壳的底部向左右斜下方对称设置，水质pH值检测传感器和水质浑浊度值检测传感器的一端位于硬质鱼体外壳内部，另一端位于硬质鱼体外壳外部，所述数据采集模块固定于水质pH值检测传感器和水质浑浊度值检测传感器之间；其中，所述水质pH值检测传感器的输出端与主控电路板的串口4连接，所述水质浑浊度值检测传感器的输出端与主控电路板的串口5连接，水质pH值检测传感器和水质浑浊度值检测传感器的输入端与稳压模块的输出端信号连接。
上述的硬质鱼体外壳上设有用于安装水质pH值检测传感器和水质浑浊度值检测传感器的预留孔。
上述的电池采用电压为12V的电池为水下升降装置和鱼尾组件供电，所述的稳压模块将所述电池电压从12V降低至5V后为主控电路板、数据采集模块、4G无线通信模块、GPS定位接收器模块、无线电接收模块、水质pH值检测传感器和水质浑浊度值检测传感器供电。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、本发明是一种面向水质实时移动监测多自由度仿生机器鱼，在操纵手柄可视可操作范围内，可通过操控手柄来控制多自由度仿生机器鱼；当操作人员距监测位置更远不可见时，可通过4G实时传送控制指令来控制多自由度仿生机器鱼。
2、本发明通过仿生机器鱼作为载体，利用多种检测传感器实现对整个水域不同水质参数的检测，并通过4G通信实时将不同水质参数回传数据终端，可以实时检测采样点的水质，简化了采样与检测流程，采样与检测速度快，采样数据更加稳定，从而使监测结果准确度高。
2、本发明通过水下升降装置及摄像头，可以实时探测水下环境影像信息，并通过4G通信实时回传数据终端。
3、本发明中的GPS定位器模块，不仅可以实时定位多自由度仿生机器鱼的准确位置，便于得到污染区域的确切位置；还可以在数据终端选取目标点并发出控制指令，使多自由度仿生机器鱼直接到达指定地点作业，相比于传统的纯靠操作者遥控而言，准确度更高。
4、本发明的结构简单、运动原理清晰、运动实现方便，满足多自由度仿生机器鱼在水面的自由游动。
5、本发明是一种面向水质实时移动监测多自由度仿生机器鱼，可用范围广、携带方便、操作简单、显示直观，不仅可以实现对不同水域的不同水质参数和水下环境影像的实时采集，还可以通过4G通信实现远程操作，有效节省成本；在水下资源勘探、水文监测等方面应用广泛，为未来水质监测机器鱼发展提供技术储备。
附图说明
图1是本发明所述的面向水质实时移动监测多自由度仿生机器鱼的立体图。
图2是本发明所述的面向水质实时移动监测多自由度仿生机器鱼的主视图。
图3是本发明所述的面向水质实时移动监测多自由度仿生机器鱼的左视图。
图4是本发明所述的面向水质实时移动监测多自由度仿生机器鱼的俯视图。
图5是本发明所述的面向水质实时移动监测多自由度仿生机器鱼的爆炸图。
图6是本发明所述的面向水质实时移动监测多自由度仿生机器鱼的模块连接示意图。
图7是本发明所述的面向水质实时移动监测多自由度仿生机器鱼的应用方法示意图。
图中序号，1、硬质头部外壳；2、硬质鱼体外壳；3、硬质背鳍外壳；4、鱼尾连接件；5、第一U型固定件；6、第一水下舵机B；7、第二U型固定件；8、第二水下舵机B；9、第三U型固定件；10、第三水下舵机B；11、鱼尾连接件；12、鱼尾；13、水质pH值检测传感器；14、水质浑浊度值检测传感器；15、导线；16、水下监测模块外壳；17、摄像头；18、LED灯；19、配重块；20、水下舵机A；21、舵机舵盘连接件；22、电池；23、主控电路板；24、数据采集模块；25、4G天线；26、4G无线通信模块；27、GPS天线；28、GPS定位接收器模块；29、稳压模块；30、无线电接收模块；31、预留孔；32、横板。
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。
参见图1-6，一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼，包括硬质头部外壳1、硬质鱼体外壳2、硬质背鳍外壳3、尾部连接件4、鱼尾组件、水下升降装置、水下监测模块、电池22、主控电路板23、数据采集模块14、4G无线通信模块26、4G天线25、GPS天线27，GPS定位接收器模块28、稳压模块29以及无线电接收模块30；所述硬质鱼体外壳2通过其前端的凸起与硬质头部外壳1后端的凹槽固定连接，所述尾部连接件4通过其前端的凹槽与硬质鱼体外壳2后端的凸起固定连接，所述硬质背鳍外壳3粘贴固定于硬质鱼体外壳2正上方，所述鱼尾组件与尾部连接件4的端面固定连接；所述水下升降装置设于硬质头部外壳1内部，包括导线15、配重块19、水下舵机A20、舵机舵盘连接件21和横板32，所述的配重块19固定设于硬质头部外壳1下端中间位置，目的是修正仿生机器鱼的重心和浮力，配重块19的上方设有横板32，所述横板32两侧与硬质头部外壳1的内部固定连接，所述横板上固定连接有水下舵机A20，优选地，水下舵机A20通过其下端的四个盲孔与横板32上的四个通孔的螺栓连接实现固定；所述水下舵机A20的旋转输出轴端与舵机舵盘连接件21的中心固联，所述导线15的一端与舵机舵盘连接件21的环凹槽连接，另一端穿过硬质头部外壳1的侧壁与水下监测模块连接；所述水下监测模块设于硬质头部外壳1的下方，包括水下监测模块外壳16、LED灯18和摄像头17，所述摄像头17置于水下监测模块外壳16内部左侧，所述LED灯18置于水下监测模块外壳17内部右侧；所述水下监测模块外壳16的顶部固定连接所述导线15，所述水下舵机A20正反转时，通过导线15带动水下监测模块在竖直方向移动，此时摄像头17实现升降运动，用于采集水下环境影像信息；所述硬质鱼体外壳2内部设有电池22、主控电路板23、数据采集模块24、4G无线通信模块26、GPS定位接收器模块28、稳压模块29和无线电接收模块30；其中，所述电池22的电源端分别与稳压模块29、鱼尾组件以及水下舵机A20电性连接，稳压模块29的输出端分别与主控电路板23、数据采集模块24、4G无线通信模块26、GPS定位接收器模块28、无线电接收模块30以及摄像头17的输入端信号连接；所述主控电路板23分别与数据采集模块24、4G无线通信模块26、GPS定位接收器模块28、无线电接收模块30、LED灯18、鱼尾组件以及水下舵机A20信号连接；所述数据采集模块24与摄像头17信号连接；所述硬质背鳍外壳3上固定设有4G天线25和GPS天线27，所述4G天线25固定于硬质背鳍外壳3内部左侧，所述GPS天线27固定于硬质背鳍外壳3内部右侧，所述的4G天线25与4G无线通信模块26信号连接，所述的GPS天线27与GPS定位接收器模块28信号连接。
本发明采用的第一水下舵机B6、第二水下舵机B8、第三水下舵机B10、水质pH值检测传感器13、水质浑浊度值检测传感器14、摄像头17、水舵机A20、主控电路板23、数据采集模块24、4G无线通信模块26、GPS定位接收器模块28、稳压模块29以及无线电接收模块30等部件均未通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理均可通过技术手册得知或常规试验方法获知，其中，第一水下舵机B6、第二水下舵机B8、第三水下舵机B10以及水舵机A20采用DS2320型号，水质pH值检测传感器13采用Remond公司的RMD-HA型号传感器，水质浑浊度值检测传感器14采用Remond公司的RMD-R801型号传感器，主控电路板23采用Intel公司的Intel Edison计算模块，数据采集模块24采用Risym AD7606型号，4G无线通信模块26采用WH-G405tf型号，GPS定位接收器模块28采用野火ATGM332D型号，稳压模块29采用韩姆WRB2405S-3W型号，无线电接收模块30采用泽耀AS62-T20型号。
结合图1和图6，本实施例中，所述电池22固定置于硬质鱼体外壳2的下端右侧，主控电路板23固定置于电池22上侧中间位置，数据采集模块24位于电池前端并固定置于硬质鱼体外壳2下侧，4G无线通信模块26固定置于硬质鱼体外壳2的上端左侧，GPS定位接收器模块28固定置于硬质鱼体外壳2的上端中间位置，稳压模块29固定于主控电路板后端靠上右侧处，无线电接收模块30固定于稳压模块前端靠上左侧处；优选地，本实施例的主控电路板23选用Intel公司的Intel Edison计算模块，所述主控电路板23的A6引脚接LED灯18的正极，LED灯18的负极接地；所述主控电路板23的串口1的TXD端分别与鱼尾组件和水下舵机A20连接，所述主控电路板23的串口2与无线电接收模块30连接，主控电路板23的串口3与4G无线通信模块26连接，主控电路板23的串口6与GPS定位接收器模块28连接；所述主控电路板23的SPI引脚通过SPI总线与数据采集模块24连接。优选地，所述电池22采用电压为12V的电池为水下升降装置和鱼尾组件供电，所述的稳压模块29将所述电池22电压从12V降低至5V后给主控电路板23、数据采集模块24、4G无线通信模块26、GPS定位接收器模块28、无线电接收模块30、水质pH值检测传感器13和水质浑浊度值检测传感器14供电；所述LED灯18采用主控电路板23间接供电，主控电路板23的引脚A6接LED灯18的正极，LED灯18负极直接接地。
参见图1和图5，所述鱼尾组件包括第一水下舵机B6、第一U型固定件5，第二水下舵机B8、第二U型固定件7、第三水下舵机B10、第三U型固定件9、鱼尾连接件11以及鱼尾12；其中，第一水下舵机B6、第二水下舵机B8和第三水下舵机B10为多自由度仿生机器鱼运动和推进装置；所述的第一U型固定件5通过螺栓与尾部连接件4固定连接，所述第一水下舵机B6的旋转输出端通过螺栓与第一U型固定件5的后端中心固定，所述的第二U型固定件7 通过螺栓与第一水下舵机B6的后端固定连接，所述第二水下舵机B8的旋转输出端通过螺栓与二U型固定件7的后端中心固定，所述第三U型固定件9通过螺栓与第二水下舵机B8的后端固定连接，所述第三水下舵机B10的旋转输出端通过螺栓与第三U型固定件9的后端固定连接，所述第三水下舵机B10的后端通过螺栓与鱼尾连接件11连接，所述鱼尾连接件11通过螺栓与鱼尾12固联；当然，鱼尾组件中舵机和固定件的个数可以在本实施例的基础上可以按照实际需要进行增加或减少，实际运作过程中，舵机的转动的可以控制鱼尾的左右摆动，当鱼尾的左右摆动幅度一致时，可以实现仿生机器鱼向前的运动，当鱼尾在舵机的控制下向左或右的方向摆动时，可以实现仿生机器鱼前行过程中的转向。
参见图6，所述的水下舵机A20、第一水下舵机B6、第二水下舵机B8和第三水下舵机B10之间为串联连接；由于所述的水下舵机A20、第一水下舵机B6、第二水下舵机B8和第三水下舵机B10均含有三根导线，分别为正极、负极和信号线，因此所述水下舵机A20的负极接地，水下舵机A20的正极串联至第三水下舵机B10，第三水下舵机B10的正负极串联至第二水下舵机B8，第二水下舵机B8的正负极串联至第一水下舵机B6，所述第一水下舵机B6的正负极与电池22的电源端连接，第一水下舵机B6的信号输入端与主控电路板23的串口1端的TXD端连接。
参见图1，本实施例中，所述的还包括有水质pH值检测传感器13和水质浑浊度值检测传感器14，分别用于水质pH值以及水质浑浊度值的监测；所述水质pH值检测传感器13和水质浑浊度值检测传感器14沿硬质鱼体外壳2的底部向左右斜下方对称设置，所述的硬质鱼体外壳2上设有用于安装水质pH值检测传感器13和水质浑浊度值检测传感器14的预留孔31；水质pH值检测传感器13和水质浑浊度值检测传感器14的一端位于硬质鱼体外壳2内部，另一端位于硬质鱼体外壳2外部，所述数据采集模块24固定于水质pH值检测传感器13和水质浑浊度值检测传感器14之间；其中，所述水质pH值检测传感器13的输出端与主控电路板23的串口4连接，所述水质浑浊度值检测传感器14的输出端与主控电路板23的串口5连接，水质pH值检测传感器13和水质浑浊度值检测传感器14的输入端与稳压模块29的输出端信号连接。
本发明所述的面向水质实时移动监测包括对于水质的移动监测以及水下环境的视频监测，水质pH值检测传感器13、水质浑浊度值检测传感器14将在水中获得的水质数据分别通过串口4和串口5发送至主控电路板23上，同时，摄像头17拍摄的视频数据经数据采集模块24，通过SPI总线发送至主控电路板23上，控电路板23再将接收来的视频数据通过串口3发送至4G无线通信模块26，4G无线通信模块26将视频数据发至互联网，远程数据终端通过互联网接收视频数据。
本发明的具体使用过程：
结合图6和图7，对于面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼有两种控制方法，一是当操作人员距离监测位置距离较近，在手柄可视可操作范围内，可通过操控手柄来控制多自由度仿生机器鱼；二是当操作人员距监测位置更远不可见时，可通过4G实时传送控制指令以达到控制多自由度仿生机器鱼的目的。
当近程控制时，即在操纵手柄可视可操作范围内，鱼体内部安装的无线电接收模块30接收到来自控制手柄发来的数据，再将接收到的数据经串口2发至主控电路板23上，主控电路板23再将遥控手柄发送的命令值经串口1发至各个舵机上从而达到控制多自由度仿生机器鱼的目的。
当远程控制时，即操作人员与多自由度仿生机器鱼距离较远，超出操纵手柄可视可操作范围，可通过鱼体内部安装的GPS定位接收器模块28，接收、跟踪、变换和测量GPS信号，GPS定位接收器模块28接收卫星发来的GPS信号，将信号数据通过串口6发送至主控电路板23上，得到多自由度仿生机器鱼的位置，从而实现实时定位多自由度仿生机器鱼的准确位置。数据终端也可通过基站访问互联网，将控制命令远程发送至4G无线通信模块26，4G无线通信模块26再将远程的控制命令经串口3发送至主控电路板23，主控电路板23再将收到的命令值经串口1发至各个舵机上，从而控制多自由度仿生机器鱼，达到实时控制的目的。同时，主控电路板23整合来自水质PH值检测传感器13、水质浑浊度值检测传感器14、GPS定位接收器模块28的采集数据，将整合后的数据通过4G无线通信模块26发送至远程数据终端。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼，其特征在于：
包括硬质头部外壳(1)、硬质鱼体外壳(2)、硬质背鳍外壳(3)、尾部连接件(4)、鱼尾组件、水下升降装置、水下监测模块、电池(22)、主控电路板(23)、数据采集模块(24)、4G无线通信模块(26)、4G天线(25)、GPS天线(27)，GPS定位接收器模块(28)、稳压模块(29)以及无线电接收模块(30)；
所述硬质鱼体外壳(2)通过其前端的凸起与硬质头部外壳(1)后端的凹槽固定连接，所述尾部连接件(4)通过其前端的凹槽与硬质鱼体外壳(2)后端的凸起固定连接，所述硬质背鳍外壳(3)粘贴固定于硬质鱼体外壳(2)正上方，所述鱼尾组件与尾部连接件(4)的端面固定连接；
所述水下升降装置设于硬质头部外壳(1)内部，包括导线(15)、配重块(19)、水下舵机A(20)、舵机舵盘连接件(21)和横板(32)，所述的配重块(19)固定设于硬质头部外壳(1)下端中间位置，配重块(19)的上方设有横板(32)，所述横板(32)两侧与硬质头部外壳(1)的内部固定连接，所述横板()上固定连接有水下舵机A(20)，所述水下舵机A(20)的旋转输出轴端与舵机舵盘连接件(21)的中心固联，所述导线(15)的一端与舵机舵盘连接件(21)的环凹槽连接，另一端穿过硬质头部外壳(1)的侧壁与水下监测模块连接；所述水下监测模块设于硬质头部外壳(1)的下方，包括水下监测模块外壳(16)、LED灯(18)和摄像头(17)，所述摄像头(17)置于水下监测模块外壳(16)内部左侧，所述LED灯(18)置于水下监测模块外壳(16)内部右侧；所述水下监测模块外壳(16)的顶部固定连接所述导线(15)，所述水下舵机A(20)运行时，通过导线(15)带动水下监测模块在竖直方向移动，用于采集水下环境影像信息；
所述硬质鱼体外壳(2)内部设有电池(22)、主控电路板(23)、数据采集模块(24)、4G无线通信模块(26)、GPS定位接收器模块(28)、稳压模块(29)和无线电接收模块(30)；其中，所述电池(22)的电源端分别与稳压模块(29)、鱼尾组件以及水下舵机A(20)电性连接，稳压模块(29)的输出端分别与主控电路板(23)、数据采集模块(24)、4G无线通信模块(26)、GPS定位接收器模块(28)、无线电接收模块(30)以及摄像头(17)的输入端信号连接；所述主控电路板(23)分别与数据采集模块(24)、4G无线通信模块(26)、GPS定位接收器模块(28)、无线电接收模块(30)、LED灯(18)、鱼尾组件以及水下舵机A(20)信号连接；所述数据采集模块(24)与摄像头(17)信号连接；
所述硬质背鳍外壳(3)上固定设有4G天线(25)和GPS天线(27)，所述4G天线(25)固定于硬质背鳍外壳(3)内部左侧，所述GPS天线(27)固定于硬质背鳍外壳(3)内部右侧，所述的4G天线(25)与4G无线通信模块(26)信号连接，所述的GPS天线(27)与GPS定位接收器模块(28)信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼，其特征在于：所述电池(22)固定置于硬质鱼体外壳(2)的下端右侧，主控电路板(23)固定置于电池(22)上侧中间位置，数据采集模块(24)位于电池前端并固定置于硬质鱼体外壳(2)下侧，4G无线通信模块(26)固定置于硬质鱼体外壳(2)的上端左侧，GPS定位接收器模块(28)固定置于硬质鱼体外壳(2)的上端中间位置，稳压模块(29)固定于主控电路板后端靠上右侧处，无线电接收模块(30)固定于稳压模块前端靠上左侧处；其中，所述主控电路板(23)的A6引脚接LED灯(18)的正极，LED灯(18)的负极接地；所述主控电路板(23)的串口1的TXD端分别与鱼尾组件和水下舵机A(20)连接，所述主控电路板(23)的串口2与无线电接收模块(30)连接，主控电路板(23)的串口3与4G无线通信模块(26)连接，主控电路板(23)的串口6与GPS定位接收器模块(28)连接；所述主控电路板(23)的SPI引脚通过SPI总线与数据采集模块(24)连接。
3.根据权利要求2所述的一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼，其特征在于：所述鱼尾组件包括第一水下舵机B(6)、第一U型固定件(5)，第二水下舵机B(8)、第二U型固定件(7)、第三水下舵机B(10)、第三U型固定件(9)、鱼尾连接件(11)以及鱼尾(12)；所述的第一U型固定件(5)通过螺栓与尾部连接件(4)固定连接，所述第一水下舵机B(6)的旋转输出端通过螺栓与第一U型固定件(5)的后端中心固定，所述的第二U型固定件(7) 通过螺栓与第一水下舵机B(6)的后端固定连接，所述第二水下舵机B(8)的旋转输出端通过螺栓与二U型固定件(7)的后端中心固定，所述第三U型固定件(9)通过螺栓与第二水下舵机B(8)的后端固定连接，所述第三水下舵机B(10)的旋转输出端通过螺栓与第三U型固定件(9)的后端固定连接，所述第三水下舵机B(10)的后端通过螺栓与鱼尾连接件(11)连接，所述鱼尾连接件(11)通过螺栓与鱼尾(12)固联。
4.根据权利要求3所述的一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼，其特征在于：所述的水下舵机A(20)、第一水下舵机B(6)、第二水下舵机B(8)和第三水下舵机B(10)之间为串联连接；其中，所述水下舵机A(20)的负极接地，水下舵机A(20)的正极串联至第三水下舵机B(10)，第三水下舵机B(10)的正负极串联至第二水下舵机B(8)，第二水下舵机B(8)的正负极串联至第一水下舵机B(6)，所述第一水下舵机B(6)的正负极与电池(22)的电源端连接，第一水下舵机B(6)的信号输入端与主控电路板(23)的串口1端的TXD端连接。
5.根据权利要求2所述的一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼，其特征在于：还包括有水质pH值检测传感器(13)和水质浑浊度值检测传感器(14)；所述水质pH值检测传感器(13)和水质浑浊度值检测传感器(14)沿硬质鱼体外壳(2)的底部向左右斜下方对称设置，水质pH值检测传感器(13)和水质浑浊度值检测传感器(14)的一端位于硬质鱼体外壳(2)内部，另一端位于硬质鱼体外壳(2)外部，所述数据采集模块(24)固定于水质pH值检测传感器(13)和水质浑浊度值检测传感器(14)之间；其中，所述水质pH值检测传感器(13)的输出端与主控电路板(23)的串口4连接，所述水质浑浊度值检测传感器(14)的输出端与主控电路板(23)的串口5连接，水质pH值检测传感器(13)和水质浑浊度值检测传感器(14)的输入端与稳压模块(29)的输出端信号连接。
6.根据权利要求5所述的一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼，其特征在于：所述的硬质鱼体外壳(2)上设有用于安装水质pH值检测传感器(13)和水质浑浊度值检测传感器(14)的预留孔(31)。
7.根据权利要求5所述的一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼，其特征在于：所述电池(22)采用电压为12V的电池为水下升降装置和鱼尾组件供电，所述的稳压模块(29)将所述电池(22)电压从12V降低至5V后为主控电路板(23)、数据采集模块(24)、4G无线通信模块(26)、GPS定位接收器模块(28)、无线电接收模块(30)、水质pH值检测传感器(13)和水质浑浊度值检测传感器(14)供电。
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