CN2592510Y - 线控机器鱼 - Google Patents

Abstract

提供了一种线控机器鱼，包括：一壳体，后端外表面设有一对水平鱼鳍和一对垂直鱼鳍，壳体中间设有一线团舱；一供电系统，包括电源以及动力电路网；一双向通讯系统，包括一导线团、一通讯接口以及通讯电路网；一观测系统，包括至少一个影像传感器和/或主被动联合声纳；一推进系统，包括一变速器、一电动机、一驱动轴、一螺旋桨、一水平舵机和一垂直舵机、水平舵连接部件和垂直舵连接部件以及两组方向舵；以及一平衡装置，包括一衡重块、一高压气源以及一气动排水部件。该线控机器鱼是一种适用于水下探索和科研的，既能对操作者提供足够的安全保障，又具有强大的动力与灵活性，可以边运动边观测，又具有结构简单、价格低廉、易于推广等优点的水下航行体。

Description

线控机器鱼

                                 技术领域

本发明涉及一种水下航行装置，尤其涉及一种线控的水下航行装置。

                                 技术背景

自人类在地球上诞生以来，这个星球的美丽与神奇就吸引着人们不断探索。然而，对于深邃广阔的海底世界，人类的认识依然有限。近年来，随着对海底资源的新发现和新认识，开发海洋的呼声越来越高。在此背景之下，各种水下科研和水下探索计划纷纷被提上议事日程。

由于海水对光具有很强的散射和吸收作用，即使在清澈的海水中，水面下100多米的地方阳光就不能照射到，处于常年的黑暗中。水下还是无线电的禁区，无线电波在水中快速衰减，无法进行有效通讯，各种基于无线电的新兴通讯技术在水下均难显身手。海水的密度远大于空气，使得任何水下航行体受到的阻力都十分巨大，航速和航程都受到限制。尤其是，水下深度每增加10米，压力就增加1个大气压，任何水下航行体都必须具备足够的抗压能力。

现有的水下作业装置有：潜水服、水下摩托、潜水艇等。潜水服可以帮助潜水员在水下自由活动，并可附加各种观测设备，但它不能提供动力，且下潜深度有限。由于人的体力有限，因此航行的速度和距离都有限。水下摩托只是一种水下运载工具，形态笨重且携带不便，只提供动力的机械，没有对操纵者的足够保护，不适宜深水作业。大型潜水艇能对操作者提供高度的保护，也具有足够的动力和良好的观测设备。然而，其结构复杂、造价昂贵，不适宜推广。且其庞大的体积不利于在水下灵活的运动。而用于旅游业的小型潜水游艇(参见中国专利号：ZL90104018)只能在上下动动时才可进行观察，不能一边遨游一边观测，不适于水下探索。

因此，需要一种既能对操作者提供足够的安全保障，又具有足够的动力与灵活性，可以边运动边观测的水下航行装置。

                                 发明内容

本发明的目的是提供一种适用于水下探索和科研的，既能对操作者提供足够的安全保障，又具有强大的动力与灵活性，可以边运动边观测的线控机器鱼。

本发明的线控机器鱼包括：

保护线控机器鱼的壳体。其后端外表面设有一对水平鱼鳍和一对垂直鱼鳍。壳体中间设有一线团舱。线团舱壁上开有线团引出口。

为线控机器鱼提供动力的供电系统。包括固定在线团舱后方的电源以及与连接到该电源动力电路网。其中电源采用高储能电池，也可串并联所述电池，组成电池组。

用来与岸上或船上的工作人员联系的双向通讯系统。包括：设置在线团舱内的导线团，其一端通过线团引出口延伸出壳体外，并继续延伸到岸上或船上的控制台；设置在线团舱壁上的通讯接口，与导线团的另一端相连接；以及通讯电路网，与通讯接口相连接。其中所述导线团由双芯通信导线涂刷润滑脂绕制而成。该导线的比重等于或略大于海水。

固定于壳体内部前端的观测系统，用来对机器鱼周围的水下环境进行观察，并通过双向通讯系统传送给水面上的操纵人员或记录仪器。包括至少一个影像传感器和/或主被动联合声纳。

依照由通讯系统反馈回的控制命令改变机器鱼运动状态的推进系统。包括：固定于壳体内后部的变速器，接受控制命令并控制电动机工作状态；与该变速器连接的电动机；连接到电动机上并延伸至壳体外的驱动轴；固定于驱动轴延伸出壳体外的部分上的螺旋桨，提供机器鱼向前或向后的动力；固定于壳体内后部的水平舵机和垂直舵机，接受控制命令决定工作状态并通过相应的连接部件控制方向舵；连接在相应的舵机上的水平舵连接部件和垂直舵连接部件；以及固定在鱼鳍后端的水平方向舵和垂直方向舵，连接处有延伸部分伸入壳体与对应的连接部件连接，通过转动改变方向，进而调整机器鱼的运动方向。

以及平衡装置。包括：固定在壳体内的衡重块，可以是铁块、木块或泡沫塑料等材料制成，用来调整机器鱼的重力与浮力平衡，其位置保证机器鱼的重心位于浮心的合适位置；通过通讯系统接受控制命令的高压气源，可以是高压气瓶或气泵等，用来对气动排水部件充气；以及与高压气源连接的气动排水部件，可以是气囊或水箱等，通过充气排水增加机器鱼浮力，使机器鱼上浮。

线控机器鱼由操纵员在岸上或船上的控制室中操纵和控制，避免了由人直接潜水的危险。其自带的动力系统，提供了上下左右前后随心所欲的活动能力，可以在各种复杂情况下进行水下活动。线控机器鱼可以通过通讯系统将观测系统与水面上的信号接收器连接，使水面工作人员可以同步看到水下景物，获得水下环境和水下目标的信息和参数，从而决定其进一步运动状态。并可与记录仪器连接，将观测资料记录下来。

由此，本发明提供了一种适用于水下探索和科研的，既能对操作者提供足够的安全保障，又具有强大的动力与灵活性，可以边运动边观测的线控机器鱼。

该线控机器鱼还具有结构简单、价格低廉、易于推广等优点。

                                 附图说明

图1是本发明最佳实施例的线控机器鱼的结构示意图；

图2是本发明的线控机器鱼最佳实施例的工作关系图。

                               具体实施方式

参照图1和图2，是依据本发明的最佳实施例的线控机器鱼。它具有：

一个保护线控机器鱼的铝合金壳体5。各连接处采用O型圈密封，确保在水下高压环境中的密封性能，保证壳体5内没有海水渗入。其后端外表面设有一对水平鱼鳍和一对垂直鱼鳍9。鱼鳍的大小要足够平衡螺旋桨11产生的旋转力矩，稳定线控机器鱼，防止线控机器鱼横滚。鱼鳍的形状要保证机器鱼受到的阻力最小，以免影响运动性能。壳体5中间设有一个线团舱，用来容纳线团4。线团舱壁上开有线团引出口。一根放线管13，其一端与线团引出口接合，另一端延伸至螺旋桨11后方，用来引导导线14，避免导线14卷入螺旋桨11。壳体5也可以采用钛合金或工程塑料等高强度材料制造，保证深水下的耐压性能。

一个为线控机器鱼提供动力的供电系统。包括固定在线团舱后方的电源6以及与连接到该电源6动力电路网23。其中电源6采用高储能电池。也可根据水下作业的需求，串并联所述电池，组成电池组。

一个用来与岸上或船上的工作人员联系的双向通讯系统。包括：设置在线团舱内的导线团4，其一端通过线团引出口和放线管13延伸出壳体5外，并继续延伸到岸上或船上的控制台；设置在线团舱壁上的通讯接口21，与导线团4的另一端相连接；以及通讯电路网22，与通讯接口21相连接。其中所述导线团4由双芯通信导线14涂刷润滑脂绕制而成。该导线14的比重等于或略大于海水。通讯接口21采用环氧树脂和硅橡胶进行密封，确保隔水性能。

固定于壳体5内部前端的观测系统，用来对机器鱼周围的水下环境进行观察，并通过双向通讯系统传送给水面上的操纵人员或记录仪器。包括一组主被动联合声纳2和微型摄像机3。主被动联合声纳2包括水听器和发射机，既可以捕捉水下背景噪声和目标信息，又可以主动探测目标的特征，如距离、方位、尺寸、材质等。在其他变化实施例中，所述微型摄像机3也可由其他影像传感器代替。并可根据需要配置影像传感器3和/或主被动联合声纳2的数量。可以仅有其中一台，也可以辐射对称地布置一种多台，进行多角度的观测，更可组合布置两种。在本实施例中，还包括一个光源1，固定于壳体内部前端中央，与动力电路网22和通讯电路网23相连接，可以根据控制指令改变亮度，为微型摄像机3提供照明，使微型摄像机3能清晰地进行观测。

依照由通讯系统反馈回的控制命令改变机器鱼运动状态的推进系统。包括：固定于壳体5内后部的变速器7，接受控制命令并控制电动机8的工作状态，变速器7采用脉冲变宽技术，既可以对电动机8实现无级变速，又能充分、合理地使用电池6中的全部储能；与该变速器7连接的电动机8；连接到电动机8上并延伸至壳体5外的驱动轴10，轴10与壳体5间采用机械密封，确保轴10旋转时的密封性能；固定于驱动轴10延伸出壳体外的部分上的螺旋桨11，提供机器鱼向前或向后的动力；固定于壳体5内后部的水平舵机(图上未画)和垂直舵机18，接受控制命令决定工作状态并通过舵绳控制方向舵12；连接在相应的舵机上的水平舵绳和垂直舵绳；以及固定在鱼鳍9后端的水平方向舵(图上未画)和垂直方向舵12，6其连接处有部分伸入壳体5与对应的舵绳连接，通过转动改变方向，进而调整机器鱼的运动方向，上下左右随心。其中，舵机18除采用普通微电机外，也可采用直线电机或步进电机，相应的采用连接轴代替舵绳作为连接部件。

以及平衡装置。包括：固定在壳体5内的衡重铁块15，也可以是木块或泡沫塑料等材料制成，用来调整机器鱼的重力与水下浮力平衡，其位置保证机器鱼的水中姿态，一般使机器鱼的重心位于浮心下方略后，便于机器鱼在水中自由运动，也可以直接由水箱或气囊代替衡重块的作用；通过通讯系统接受控制命令的气泵16，可以是高压气瓶等高压气源，用来对气囊17充气；以及与气泵16连接的气囊17，也可以是水箱等其它气动排水部件。通过向气囊17充气排水增加机器鱼浮力，使机器鱼上浮。

基于本发明的最佳实施例的线控机器鱼还包括：

一个定深仪20，固定于壳体5内，且与动力电路网23和通讯电路网22相连接，将测得的深度信息通过通讯系统发送给操纵人员。

一个呼救器19，固定于壳体5上部，且与动力电路网23和通讯电路网22相连接。机器鱼浮出水面后，根据控制命令，发出各种声、光、电信号，便于寻找、回收机器鱼。

本实施例的壳体5被制成两个可分离的舱，前后对分，在安装完内部部件后再密封连接。或者在其他实施方式中，也可以在壳体5上开一个可密封的维护口。通过该维护口，安装线团4或其他部件。

本实施例的线控机器鱼在岸上或船上根据任务情况，选择合适长度的线团4和适宜规模的电池组6并安装后，调整压铁块15的重量和位置。使机器鱼整体的重力与在水下的浮力平衡，并控制机器鱼的保持合适水下姿态，便于机器鱼在水中自由运动。之后，对壳体5进行最后的密封处理并将从放线管13穿出的导线14连接到控制台。

线控机器鱼下水后，科研人员可以同步地观察到水下情况，获得各种信息和参数，并采用仪器进行记录。根据观察到的水下情况，调整光源1的照明情况，并操纵机器鱼随心所欲地上下左右快慢。随着机器鱼远离控制台，线团4吐出导线14，通过放线管13导引至螺旋桨11后方超过200毫米，防止通讯导线14卷入螺旋桨11。同时，海水从放线管13进入线团舱，补充线团4失去的重量，维持机器鱼平衡。

完成水下任务后，科研人员发出返回指令，气泵16启动，对气囊17充气，使机器鱼快速浮上水面。并打开呼救器19，发出各种声、光、电信号，便于科研人员回收打捞。

以上所述就是本发明最佳的实施例。该实施例仅是举例说明，并非用于限制本发明的范围。对于熟悉本领域的技术人员使用等同的技术手段、或者在权利要求所涵盖的范围内的任何变形，都不能脱离本发明的权利范围及其范畴。

Claims (10)

1.一种线控机器鱼，其特征在于，包括：

一壳体，后端外表面设有一对水平鱼鳍和一对垂直鱼鳍，壳体中间设有一线团舱，在其壁上开有线团引出口；

一供电系统，包括固定在线团舱后方的电源以及与该电源连接的动力电路网；

一双向通讯系统，包括：一导线团，设置在线团舱内，其一端通过线团引出口延伸出壳体外；一通讯接口，设置在线团舱壁上且与导线团的另一端相连接；以及通讯电路网，与通讯接口相连接；

一观测系统，固定于壳体内部前端，包括至少一个影像传感器和/或主被动联合声纳，与动力电路网和通讯电路网相连接；

一推进系统，包括：一变速器，固定于壳体后端内，与动力电路网和通讯电路网相连接；一电动机，与该变速器相连接；一驱动轴，连接在电动机上并从壳体内延伸至壳体外；一螺旋桨，固定于驱动轴延伸出壳体外的部分上；一水平舵机和一垂直舵机，固定于壳体内且与动力电路网和通讯电路网连接；水平舵连接部件和垂直舵连接部件，连接在相应的舵机上；以及两组方向舵，可转动的安装在鱼鳍后端，且连接处有延伸部分伸入壳体内与对应的连接部件连接；以及

一平衡装置，被固定在壳体内的中前部分，包括：一衡重块；一高压气源，连接到动力电路网和通讯电路网；以及一气动排水部件，与高压气源相连接。

2.如权利要求1所述的一种线控机器鱼，其特征在于，其中所述壳体由前后两个可分离的舱密封连接而成。

3.如权利要求1所述的一种线控机器鱼，其特征在于，还包括一放线管，其一端与线团引出口接合，另一端延伸至螺旋桨后方。

4.如权利要求1所述的一种线控机器鱼，其特征在于，其中所述电源采用高储能电池；并可串并联所述电池，组成电池组。

5.如权利要求1所述的一种线控机器鱼，其特征在于，其中所述导线团由双芯通信导线涂刷润滑脂绕制而成，所述导线的比重等于或略大于海水。

6.如权利要求1所述的一种线控机器鱼，其特征在于，其中所述观测系统的影像传感器是微型摄像机，并且所述观测系统进一步包括一光源，固定于壳体内部前端，且与动力电路网和通讯电路网相连接。

7.如权利要求1所述的一种线控机器鱼，其特征在于，其中所述衡重块可以是铁块、木块、泡沫塑料等材料，或者由水箱、气囊等充当。

8.如权利要求1所述的一种线控机器鱼，其特征在于，其中所述气源可以是高压气瓶或气泵，所述气动排水装置可以是气囊或水箱。

9.如权利要求1所述的一种线控机器鱼，其特征在于，还包括一呼救器，固定于壳体上部，且与动力电路网和通讯电路网相连接。

10.如权利要求1所述的一种线控机器鱼，其特征在于，还包括一定深仪，固定于壳体内，且与动力电路网和通讯电路网相连接。

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