CN212637871U - 一种基于仿生鳍和泵结合推进的仿生机器鱼 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于仿生鳍和泵结合推进的仿生机器鱼，用于油浸式变压器内部巡检，包括顺序连接的头段壳体、中段和尾段壳体，头段壳体设置有巡检摄像头，其中，在头段壳体两侧对称分别设置有两自由度仿生鳍机构，中段为沉浮控制机构，沉浮控制机构上端设置有平衡控制舵仓，在尾段壳体后端设置有泵式推进器；本实用新型的两自由度仿生鳍机构，可以方便的实现前进、后退、上升、下潜、转弯等多种复杂的组合运动模式，更加接近真实鱼类的游动状态，同时提高了仿生鱼的游动速度与机动性，增加了仿生鱼狭小空间的适应能力。

Description

一种基于仿生鳍和泵结合推进的仿生机器鱼

技术领域

本实用新型涉及一种基于仿生鳍和泵结合推进的仿生机器鱼。

背景技术

鱼类在地球上生存了亿万年，进化出适应水下运动的身体结构和外形，具有高效稳定的游动能力。其游动的高效快速、高机动性和低噪声等特点，是人造航行器无法企及的。人类根据鱼类强大的游动能力设计出仿生机器鱼，将仿生机器鱼用于水下监测、侦查和资源探测等活动中。

目前，仿生机器鱼的推进方式主要有尾鳍推进和螺旋桨推进。尾鳍推进存在周期变化的交变力，在仿生机器鱼运动过程中受交变力的影响仿生机器鱼本体会存在周期性晃动，不利于仿生机器鱼本体稳定，且由于存在尾鳍，仿生机器鱼的长度较长不易小型化；螺旋桨推进主要存在噪音大、隐蔽性低、运动灵活性性差等缺点，在仿生机器鱼领域很难发挥作用。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种基于仿生鳍和泵结合推进的仿生机器鱼，用于对大型油浸式变压器内部故障或异物进行检测，相较于纯用泵推的机器人，其仿生推进对摄像头的图像干扰小，可以实现变压器内部检测图像的低畸变获取。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于仿生鳍和泵结合推进的仿生机器鱼，用于油浸式变压器内部巡检，包括顺序连接的头段壳体、中段和尾段壳体，头段壳体设置有巡检摄像头；在头段壳体两侧对称分别设置有两自由度仿生鳍机构，中段为沉浮控制机构，沉浮控制机构上端设置有平衡控制背鳍，在尾段壳体后端设置有泵式推进器，其中：

所述两自由度仿生鳍机构包括胸鳍叶片、一级舵机和二级舵机，一级舵机和二级舵机设置在头段壳体内，胸鳍叶片在头段壳体外侧，胸鳍叶片连接在二级舵机转动输出轴上，二级舵机输出轴的转动实现了两自由度中胸鳍叶片平行于仿生机器鱼前后方向的旋转摆动，一级舵机的输出轴垂直于二级舵机输出轴与二级舵机连接，一级舵机输出轴的转动通过二级舵机实现了两自由度中胸鳍叶片垂直于仿生机器鱼前后方向的圆弧摆动；

所述沉浮控制机构位于仿生机器鱼的重心位置，包括垂直于仿生机器鱼前后的筒状气室，筒状气室上端封闭下端开口，在筒状气室中设置有活塞，活塞连接有升降控制机构，升降控制机构控制活塞的上升或下降进而改变筒状气室密闭空间的大小，实现仿生机器鱼的沉浮控制。

方案进一步是：所述泵式推进器有两个，两个泵推进器分左右平行设置在尾段壳体后端，两个泵推进器喷射出水口平行于仿生机器鱼前后方向。

方案进一步是：所述升降控制机构包括在活塞上端面中心设置的螺杆和螺母旋转控制装置，螺杆通过一个螺母旋转控制装置控制提升或下降。

方案进一步是：所述活塞是橡胶材质活塞。

方案进一步是：所述螺母旋转控制装置包括被动大齿轮和与之啮合的主动小齿轮，被动大齿轮的中心是有带有螺纹孔的上下凸起的中心柱，被动大齿轮通过上下凸起的中心柱外侧套入的轴承固定在上、下底座上，活塞上端面中心设置的螺杆穿过螺纹孔与相互啮合，在下底座上固定有一个驱动电机，驱动电机输出轴连接主动小齿轮，控制驱动电机输出轴的转动带动螺杆提升或下降。

方案进一步是：所述筒状气室在上下内侧壁上设置有限位开关，限位开关连接电机的驱动电路用于限制活塞在筒状气室中上下移动的极限位置。

方案进一步是：所述限位开关是霍尔传感器，在活塞侧壁上设置有磁铁，磁铁驱动霍尔传感器动作发出行程限制信号。

方案进一步是：所述一级舵机和二级舵机是防水舵机。

本实用新型的有益效果是：

两自由度仿生鳍结构，可以方便的实现前进、后退、上升、下潜、转弯等多种复杂的组合运动模式，更加接近真实鱼类的游动状态，同时提高了仿生鱼的游动速度与机动性，增加了仿生鱼狭小空间的适应能力。

仿生鱼的重心位置布置有沉浮控制装置，可以调节仿生机器鱼的排水量，改变浮力和重力之间的关系，实现垂直方向上的上升下潜运动。在短距离、小空间内上升下潜运动更加快速灵敏，可以实现上升、下潜、转弯等多种复杂的组合运动模式，更加接近真实鱼类的游动状态。尾部布置的泵推机构体积小，相对于尾鳍推进仿生鱼整体长度大幅降低，驱动力控制简单。

该仿生机器鱼可在液体内游动进行各类检测工作，如在大型油浸式变压器内部故障或异物进行检测，相较于纯用泵推的机器人，其仿生推进对摄像头的图像干扰小，可以实现变压器内部检测图像的低畸变获取。

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型两自由度仿生鳍机构示意图；

图3为本实用新型沉浮控制机构爆炸示意图；

图4为本实用新型沉浮控制机构装配示意图；

图5为本实用新型泵式推进器示意图。

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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“连接”、“置于”应做广义理解，例如“连接”可以是导线连接，也可以是机械连接；“置于”可以是固定连接放置，也可以是一体成形放置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

一种基于仿生鳍和泵结合推进的仿生机器鱼，用于油浸式变压器内部巡检，如图1至图5所示，所述仿生机器鱼包括顺序连接的头段壳体6、中段2和尾段壳体4，头段壳体6和2显示的是透视状态，头段壳体设置有巡检摄像头（图中未示出），巡检摄像头可以设置在头段壳体外侧但要做好密封，也可以设置在头段壳体内，通过透明窗获取巡检图像；在头段壳体两侧对称分别设置有两自由度仿生鳍机构1，中段为沉浮控制机构，沉浮控制机构上端设置有平衡控制背鳍5，在尾段壳体后端设置有泵式推进器3，其中：

两自由度仿生鳍机构1通过舵机支架105和机器鱼的头段壳体6固定连接，所述两自由度仿生鳍机构包括胸鳍叶片101、一级舵机106和二级舵机103，所述胸鳍叶片101具有沿二级舵机102输出轴线方向转动和上下拍动的两个自由度。一级舵机和二级舵机设置在密封的头段壳体内，一级舵机和二级舵机转动部件再次进行密封处理是防水舵机，胸鳍叶片在头段壳体外侧，两个胸鳍叶片在头段壳体外两侧对称布置，胸鳍叶片101通过胸鳍固定夹102连接在二级舵机转动输出轴上，二级舵机输出轴的转动实现了两自由度中胸鳍叶片平行于仿生机器鱼前后方向的旋转摆动，一级舵机的输出轴垂直于二级舵机输出轴，并通过舵机座104与二级舵机103连接，一级舵机输出轴的转动通过二级舵机实现了两自由度中胸鳍叶片垂直于仿生机器鱼前后方向的圆弧摆动；

所述沉浮控制机构位于仿生机器鱼中部的重心位置，所述沉浮控制机构包括垂直于仿生机器鱼前后方向的筒状气室208，筒状气室上端封闭下端开口，在筒状气室中设置有活塞210，活塞可以是塑料外侧包上橡胶，本实施例中，所述活塞是橡胶材质活塞，活塞连接有升降控制机构，升降控制机构控制活塞的上升或下降进而改变筒状气室密闭空间的大小，实现仿生机器鱼的沉浮控制。其中：所述升降控制机构包括在活塞上端面中心设置的螺杆209和螺母旋转控制装置，螺杆通过一个螺母旋转控制装置控制提升或下降。

实施例中：所述泵式推进器3有两个分为左泵式推进器303和右泵式推进器301，泵式推进器3通过螺钉和尾部支架302固定连接，两个泵推进器分左右平行设置在尾段壳体后端，二者之间的间距可根据情况调节放置，两个泵推进器喷射出水口平行于仿生机器鱼前后方向。

所述螺母旋转控制装置包括被动大齿轮203和与之啮合的主动小齿轮204，被动大齿轮的中心是有带有螺纹孔的上下凸起的中心柱，被动大齿轮通过上下凸起的中心柱外侧套入的两个角接触球轴承202分别与上底座201和下底座205固定，活塞上端面中心设置的螺杆穿过螺纹孔与之相互啮合，气室208外壳通过密封胶和机器鱼平衡控制背鳍5外壳连接，橡胶活塞210置于所述气室208壳内部，在下底座205上固定有一个驱动电机206，驱动电机输出轴连接主动小齿轮204，主动小齿轮204通过齿轮副和被动大齿轮203连接用于传递驱动电机206的动力，所述下底座205半圆形凸台边缘留有通孔，所述上底座201底面有半圆形小凸台与下底座205半圆形凸台形成配合，所述气室208壳体通过压板207和下底座205配合，使用螺栓将上底座201、下底座205、压板207三者固定，控制驱动电机输出轴的转动带动螺杆提升或下降。

实施例中：所述筒状气室在上下内侧壁上设置有限位开关，限位开关连接电机的驱动电路用于限制活塞在筒状气室中上下移动的极限位置。其中：所述限位开关是霍尔传感器，在活塞侧壁上设置有磁铁，磁铁驱动霍尔传感器动作发出行程限制信号。

实施例中：平衡控制背鳍5和尾段壳体4通过橡胶垫片密封，在其外部边缘使用螺栓通过凸台孔进行紧固连接。

在仿生机器鱼游动过程中，向前游动时泵式推进器3提供主要的驱动力，仿生鳍机构1起辅助推进和保持平衡的作用；当仿生机器鱼需要进行上浮和下潜运动时，驱动电机206通过主动小齿轮204驱动被动大齿轮203转动，升降螺杆209在被动大齿轮203的带动下开始上下运动，橡胶活塞210将液体排出或吸入气室208内，仿生机器鱼的浮力发生变化，控制升降螺杆209的运动就可以控制仿生机器鱼上浮或下潜；当仿生机器鱼在比较狭小的空间内需要转弯或者后退时，仅依靠仿生鳍机构1就可以完成原地转弯和后退，左右两个胸鳍叶片101保持相反的攻角在一级舵机106和二级舵机103的驱动下可以完成左右原地转弯；左右两个胸鳍叶片101均保持负的攻角，仿生机器鱼在一级舵机106和二级舵机103的驱动下可以完成后退动作。

以上实施例仅用以说明本实施例的技术方案，而非对其限制，同时未对公知领域进行详细阐述；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于仿生鳍和泵结合推进的仿生机器鱼，用于油浸式变压器内部巡检，包括顺序连接的头段壳体、中段和尾段壳体，头段壳体设置有巡检摄像头，其特征在于，在头段壳体两侧对称分别设置有两自由度仿生鳍机构，中段为沉浮控制机构，沉浮控制机构上端设置有平衡控制背鳍，在尾段壳体后端设置有泵式推进器，其中：

所述两自由度仿生鳍机构包括胸鳍叶片、一级舵机和二级舵机，一级舵机和二级舵机设置在头段壳体内，胸鳍叶片在头段壳体外侧，胸鳍叶片连接在二级舵机转动输出轴上，二级舵机输出轴的转动实现了两自由度中胸鳍叶片平行于仿生机器鱼前后方向的旋转摆动，一级舵机的输出轴垂直于二级舵机输出轴与二级舵机连接，一级舵机输出轴的转动通过二级舵机实现了两自由度中胸鳍叶片垂直于仿生机器鱼前后方向的圆弧摆动；

所述沉浮控制机构位于仿生机器鱼的重心位置，包括垂直于仿生机器鱼前后的筒状气室，筒状气室上端封闭下端开口，在筒状气室中设置有活塞，活塞连接有升降控制机构，升降控制机构控制活塞的上升或下降进而改变筒状气室密闭空间的大小，实现仿生机器鱼的沉浮控制。

2.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述泵式推进器有两个，两个泵推进器分左右平行设置在尾段壳体后端，两个泵推进器喷射出水口平行于仿生机器鱼前后方向。

3.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述升降控制机构包括在活塞上端面中心设置的螺杆和螺母旋转控制装置，螺杆通过一个螺母旋转控制装置控制提升或下降。

4.根据权利要求1或3所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述活塞是橡胶材质活塞。

5.根据权利要求3所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述螺母旋转控制装置包括被动大齿轮和与之啮合的主动小齿轮，被动大齿轮的中心是有带有螺纹孔的上下凸起的中心柱，被动大齿轮通过上下凸起的中心柱外侧套入的轴承固定在上、下底座上，活塞上端面中心设置的螺杆穿过螺纹孔与相互啮合，在下底座上固定有一个驱动电机，驱动电机输出轴连接主动小齿轮，控制驱动电机输出轴的转动带动螺杆提升或下降。

6.根据权利要求5所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述筒状气室在上下内侧壁上设置有限位开关，限位开关连接电机的驱动电路用于限制活塞在筒状气室中上下移动的极限位置。

7.根据权利要求6所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述限位开关是霍尔传感器，在活塞侧壁上设置有磁铁，磁铁驱动霍尔传感器动作发出行程限制信号。

8.根据权利要求1所述的仿生机器鱼，其特征在于，所述一级舵机和二级舵机是防水舵机。

Images