WO2018195918A1

WO2018195918A1 - 一种单关节水中机器鱼

Info

Publication number: WO2018195918A1
Application number: PCT/CN2017/082447
Authority: WO
Inventors: 熊明磊; 李阳; 姜珊珊; 张�杰; 王戋
Original assignee: 博雅工道（北京）机器人科技有限公司
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-11-01
Also published as: US10336420B2; CN107466280A; CN107466280B; US20190100294A1

Abstract

一种单关节水中机器鱼，包括壳体、主板舱（200）、运动控制舱（300）和电池舱（400）；壳体的外轮廓呈仿生鱼形，其一端为前壳体（110），另一端为仿生鱼尾结构（120），主板舱（200）前端与前壳体（110）内侧适配安装，主板舱（200）内设置有镜头组（230）、偏心防抖机构（240）和主PCB板，运动控制舱（300）与主板舱（200）的后端连接，运动控制舱（300）内设置有三轴联动装置（330）和传动装置（340），电池舱（400）位于运动控制舱（300）下方。该单关节水中机器鱼经过特殊的设计，能够实现水深探测，水质监测，水下摄影，水下探索，鱼群检测，食料投放，药品投放，水下工程验收，水下通讯，水下打捞，水下救生，海上营救，海、河、湖床测绘，水下金属探伤等功能。

Description

一种单关节水中机器鱼

技术领域

本发明涉及水下探测装置技术领域，尤其是一种单关节水中机器鱼。

背景技术

机器鱼的高速、高效、高伪装性、高机动性、以及强适应性，使得其在军事应用、生物观察以及狭小空间内的检测等方面具有重要应用和迫切需求。但是由于充电问题的限制，现有技术中的机器鱼无法执行长时间远距离的任务，严重限制了机器鱼在水下尤其是海洋中执行任务的能力。

目前，大多数的机器鱼都采用多关节串联的驱动方式，这种控制方式较为复杂，不利于对在水中的机器鱼操纵，且结构复杂成本高，份量重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种电池续航时间长、结构简单且较为灵活的单关节水中机器鱼。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种单关节水中机器鱼，包括：

壳体，所述壳体呈鱼形轮廓，其一端为前壳体，另一端为仿生鱼尾结构，所述前壳体和所述仿生鱼尾结构通过上壳体和下壳体连接；

主板舱，所述主板舱前端与所述前壳体适配安装，所述主板舱内设置有用于收集图像的镜头组、用于防侧抖的偏心防抖机构和用于控制运动轨迹和姿态的主PCB板，所述镜头组与所述偏心防抖机构连接；

运动控制舱，所述运动控制舱与所述主板舱的后端连接，所述运动控制舱内设置有用于实现俯仰姿态及左右姿态平衡调整的三轴联动装置和传动装置，所述传动装置的输出端与所述仿生鱼尾结构连接，所述传动装置的输入端与所述三轴联动装置的输出端连接；

电池舱，所述电池舱位于所述运动控制舱下方，所述电池舱的下端与所述下壳体固定连接，用于为主板舱和运动控制舱提供电源供应。

本发明的有益效果是：本发明的单关节水中机器鱼设置镜头组进行图像收集和录取处理，能够实现水下摄像功能；设置偏心防抖机构实现了二维度的防侧抖及图像的稳定输出，设置主PCB板实现了运动轨迹及姿态的算法调整；设置三轴联动装置实现了机器鱼俯仰姿态及左右姿态的平衡调整；设置传动装置可以实现仿生鱼尾结构的多种姿态摆动；本发明的单关节水中机器鱼可以通过搭载多中设备，进而实现水质监测、食料和药片投放、水下工程验收、水下打捞、海上营救、海(河、湖)床测绘、水下金属探伤等功能。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述前壳体和所述上壳体、所述前壳体和所述下壳体、所述上壳体和所述下壳体均为密封连接，所述仿生鱼尾结构的一端穿过所述上壳体与所述下壳体的连接处，且位于所述壳体内。

采用上述进一步方案的有益效果是：构成壳体的前壳体、上壳体和下壳体均采用密封连接，可以保证了机器鱼在水中行驶的时候壳体内不会有水进入，从而保证了整个壳体的密封性能；壳体整体的外轮廓为仿生设计，无威胁因子，并能产生鱼群效应，可以达到鱼群检测的目的。

进一步，所述主板舱由主板舱壳和盖板围成，所述主板舱壳的前端开设有用于所述镜头组收集图像的第一通孔，所述第一通孔下方安装有红外测距仪，所述红外测距仪两侧对称布置有照明灯，所述第一通孔的上方设置有指示灯，所述主板舱壳下端安装有声波咪头，所述偏心防抖机构与所述主板舱壳底端固定，所述镜头组与所述偏心防抖机构的上端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置红外测距仪，实现了机器鱼的水下避障功能，使其达到更好的图像收集效果，也能起到保护产品的作用，增强产品耐久度；通过设置照明灯，可以为镜头组提供更为明亮的水下摄像条件；通过设置声波咪头，可以将声波指令传输给主板舱进行处理。

进一步，所述偏心防抖机构包括由下至上依次叠加布置的无刷电机、U型夹、单轨双边护板、前置扇形轨和垫板；所述无刷电机通过电机固定座与所述主板舱壳固定，所述U型夹与所述无刷电机上端固定连接，所述镜头组与所述偏心防抖机构通过所述垫板固定连接。

进一步，所述单轨双边护板中部开设有用于放置前置扇形板的长条状凹槽，所述前置扇形轨的中部埋设于所述长条状凹槽内，所述前置扇形轨的两端均通过螺钉与所述主板舱壳连接。

进一步，所述主板舱壳下端设置有压传防水组件，所述压传防水组件包括压传外罩和由下至上依次叠加设置在所述压传外罩内的里顶板、压传PCB板和垫板.

采用上述进一步方案的有益效果是：压传防水组件的压力传感器能够实现水深的探测功能，压传PCB的一侧与阶梯型的压传垫板相接，通过设置O型圈，避免了压力传感器直接与O型圈紧固连接，减小了压力传感器安装过程中的破损。

进一步，所述三轴联动装置包括支架、滑块、曲柄连杆机构、侧倾舵机和前后倾舵机；所述支架的上部为固定板，所述支架的下部为两根平行布置的滑竿，所述滑块套设在两根所述滑竿上，所述曲柄连杆机构的连杆端与所述滑块连接，所述曲柄连杆机构的曲柄端与所述固定板连接，所述前后倾舵机固定在所述固定板上端，所述侧倾舵机设置在所述固定板的一端。

采用上述进一步方案的有益效果是：三轴联动装置通过螺纹紧固的方式固定在机器鱼内，由前后倾舵机转动引起的滑块前后变化，可以实现机器鱼的俯仰角改变；由侧倾舵机转动实现机器鱼左右姿态的变化。

进一步，所述传动装置包括鱼尾轴、第一伞状齿轮、第二伞状齿轮、顶销，所述鱼尾轴的中部开设有与其垂直的顶销孔，所述顶销穿过所述顶销孔且通过螺钉与所述鱼尾轴连接，所述顶销外设置有顶销套，所述顶销套与所述仿生鱼尾结构连接，所述第一伞状齿轮位于所述鱼尾轴的一端，所述第二伞状齿轮与所述第一伞状齿轮啮合，所述第二伞状齿轮与所述鱼尾舵机的输出轴连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：单关节水中机器鱼具备了水下救援功能，其传动装置和三轴联动装置能够使得设备具有拖拽100kg物体上下浮动的能力，可以达到水下求生的效果。

进一步，所述仿生鱼尾结构包括胶质鱼尾和钢板，所述钢板设置在所述胶质鱼尾内部，所述钢板位于所述胶质鱼尾外的一端连接有鱼尾埋件，所述鱼尾埋件通过鱼尾轴座与所述顶销套连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：第一伞状齿轮通过螺钉与鱼尾轴固定，第二伞状齿轮通过螺钉与鱼尾舵机固定，二者相互啮合，实现了齿轮动力传递，并将舵机的传动方向改为垂直传动，节省了运动控制舱的内部空间；顶销、顶销套和鱼尾埋件的设置，能够实现鱼尾的快速拆装。

进一步，所述电池舱包括电池舱壳、电池盖和设置在所述电池舱壳内的电池、电源管理PCB板及USB电路板；所述电池舱壳一侧设置有与所述USB电路板连接的USB传输口，所述电源管理PCB板通过顶针与所述电池盖连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：USB传输口的设置可以实现电池的充电功能以及用户的摄像数据提取功能，电源管理PCB板使得电池能够为机器鱼提供稳定的电源供应。

进一步，所述前壳体的前端开设有与所述第一通孔对应的第二通孔，所述第一通孔外设置有镜头罩，所述镜头罩穿过所述第二通孔。

进一步，还包括与声波遥控器，所述声波遥控器上设置有多个按键，所述声波遥控器内设置有电路板，多个所述按键与所述电路板之间为所述电路板上的开关元件。

附图说明

图1为本发明单关节水中机器鱼的总装爆炸图；

图2为本发明单关节水中机器鱼的主板舱爆炸图；

图3为本发明单关节水中机器鱼的偏心防抖机构爆炸图；

图4为本发明单关节水中机器鱼的压传防水组件爆炸图；

图5为本发明单关节水中机器鱼的运动控制舱爆炸图；

图6为本发明单关节水中机器鱼的三轴联动装置爆炸图；

图7为本发明单关节水中机器鱼的传动装置爆炸图；

图8为本发明为本发明单关节水中机器鱼的仿生鱼尾结构爆炸图；

图9为本发明单关节水中机器鱼的电池舱爆炸图；

图10为本发明单关节水中机器鱼的电池舱壳的俯视图；

图11为图10的纵向剖面图；

图12为图11中B处的放大图；

图13为图11中C处的放大图；

图14为本发明单关节水中机器鱼的声波遥控器的爆炸图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

110、前壳体；111、第二通孔；120、仿生鱼尾结构；121、角质鱼尾；122、钢板；123、鱼尾埋件；124、轴座；130、上壳体；140、下壳体；200主板舱；210、主板舱壳；211、第一通孔；211a、镜头罩；212、红外测距仪；212a、红外罩；213、照明灯；213a、照明灯罩；214、指示灯；214a、指示灯罩；215、声波咪头；215a、声波咪头固定架；216、压传防水组件；216a、压传外罩；216b、压传PCB板；216c、压传里顶板；216d、压传垫板；217、天线管接套；220、盖板；230、镜头组；231、镜头固定板；240、偏心防抖机构；241、无刷电机；242、U型夹；243、单轨双边护板；244、前置扇形轨；245、垫板；300、运动控制舱；310、运动控制舱壳；320、运动控制舱盖板；330、三轴联动装置；331、支架；332、曲柄；333、连杆；334、滑块；335、滑竿；336、前后倾舵机；337、侧倾舵机；340、传动装置；341、鱼尾舵机；342、第二伞状齿轮；343、第一伞状齿轮；344、鱼尾轴；345、顶销；346、顶销套；347、弹簧；350、开关组件；400、电池舱；401、电池舱壳；402、电池盖；403、电池；404、电源管理PCB板；405、USB电路板；405a、USB接口；406、弹簧顶针；407、弹簧顶针电路板；408、硅胶O型圈；500、声波遥控器；510、上壳盖；511、按键；512、防水膜；520、下壳盖；521、电池挡板；522、硅胶塞；530、电路板；531、开关元件；540、充电板；550、蜂鸣片；560、供给电池。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-图9所示，本实施例的一种单关节水中机器鱼，包括：

壳体，所述壳体的外轮廓呈仿生鱼形，其一端为前壳体110，另一端为仿生鱼尾结构120，所述前壳体110和所述仿生鱼尾结构120通过上壳体130和下壳体140连接；

主板舱200，所述主板舱200前端与所述前壳体110内侧适配安装，所述主板舱200内设置有用于收集图像的镜头组230、用于防侧抖的偏心防抖机构240和用于控制运动轨迹和姿态的主PCB板，所述镜头组230与所述偏心防抖机构240连接；

运动控制舱300，所述运动控制舱300与所述主板舱200的后端连接，所述运动控制舱300内设置有用于实现俯仰姿态及左右姿态平衡调整的三轴联动装置330和传动装置340，所述传动装置340的输出端与所述仿生鱼尾结构120连接，所述传动装置340的输入端与所述三轴联动装置330的输出端连接；

电池舱400，所述电池舱400位于所述运动控制舱300下方，所述电池舱400的下端与所述下壳体140固定连接，用于为主板舱200和运动控制舱300提供电源供应。

相比于现有技术，本实施例的单关节水中机器鱼设置镜头组230进行图像收集和录取处理，设置偏心防抖机构240实现了二维度的防侧抖及图像的稳定输出，设置主PCB板实现了运动轨迹及姿态的算法调整；设置三轴联动装置330实现了机器鱼俯仰姿态及左右姿态的平衡调整；设置传动装置340可以实现仿生鱼尾结构的多种姿态摆动；本发明的单关节水中机器鱼可以通过搭载多中设备，进而实现水质监测、食料和药片投放、水下工程验收、水下打捞、海上营救、海(河、湖)床测绘、水下金属探伤等功能。

在本实施例中，机器鱼的壳体采用密封结构制成。即，所述前壳体110和所述上壳体130、所述前壳体110和所述下壳体140、所述上壳体130和所述下壳体140均为密封连接，所述仿生鱼尾结构120的一端穿过所述上壳体130与所述下壳体140的连接处，且位于所述壳体内。构成壳体的前壳体110、上壳体130和下壳体140均采用密封连接，可以保证了机器鱼在水中行驶的时候壳体内不会有水进入，从而保证了整个壳体的密封性能；壳体整体的外轮廓为仿生设计，无威胁因子，并能产生鱼群效应，可以达到鱼群检测的目的。这样的话，单关节水中机器鱼在水中游动时，通过产生鱼群效应，使得鱼群向其靠拢，结合镜头组230的图像，就可以实现鱼群检测这一功能，为科学研究、水产养殖提供很大的帮助。

如图9-图13所示，本实施例的电池舱400内设置有电源管理PCB板404和弹簧顶针406，该组件结构简单、便于安装，因弹簧顶针406与电源管理PCB板404之间设有防水密封圈，可以保证机器鱼良好的防水性能，在本实施例中定义其为顶针防水组件；因此，在主板舱200与运动控制舱300之间、运动控制舱300和电池舱400之间均设置了该顶针防水组件。即，电池舱400内设置有电源管理PCB板404，运动控制舱300内设置有运动PCB板，主板舱200内设置有控制PCB板，运动控制舱300内也设置有弹簧顶针406；这样，电源管理PCB板404和运动PCB板之间、运动PCB板和控制PCB板之间均通过弹簧顶针连接。优选的，电源管理PCB板404、运动PCB板和控制PCB板均为Pogopin弹簧顶针电路板，弹簧顶针406均为Pogopin弹簧顶针。这样的结构设计，在电池舱400、运动控制舱300和主板舱200出现故障时，只需要单独更换即可，无需整体拆卸，能够节省成本，提高经济效益。

图2为主板舱结构的爆炸图，所述主板舱200由主板舱壳210和盖板220围成，主板舱壳210与盖板220通过螺钉紧固，两零件之间有密封圈槽，硅胶O型圈408置于其中，螺钉紧固完成后，硅胶O型圈408产生相应压缩量，达到舱体的整体防水目的；通过合理的空间安排以上组件及零件得以装入主板舱，在防水的情况下实现功能。在主板舱壳220内含镜头组230、偏心防抖机构240、压传防水组件216、红外测距仪212、双侧照明灯213、指示灯214、声波咪头215、声波PCB、主板PCB及其他PCB板。所述主板舱壳210的前端开设有用于所述镜头组230收集图像的第一通孔211，第一通孔211呈类矩形形状，其四个角采用圆弧过渡制成，可以为镜头组230提供更大拍摄角度，所述第一通孔211下方安装有红外测距仪212，用于实现机器鱼的水下避障功能，使其达到更好的图像收集效果，也能起到保护产品的作用，增强产品耐久度；所述红外测距仪212两侧对称布置有照明灯213，为镜头组230提供良好的水下摄像条件；所述第一通孔211的上方设置有指示灯214，指示灯组在接受到不同的指令后亮起不同颜色的灯光，将用户的指令传输以灯光的方式反馈给用户；所述主板舱壳210下端安装有声波咪头215，声波咪头将声波遥控器的声波指令记录下来并传输给主板舱200的声波处理PCB板；主PCB板实现运动轨迹及姿态的算法调整。

如图2所示，所述第一通孔211外设置有镜头罩211a，镜头罩211a为透明材质的亚克力材料制成，保证镜头组230的图像采集效果，与主板舱壳210通过螺钉紧固，两零件之间有密封圈槽，O型圈置于其中，螺钉紧固完成后，O型圈产生相应压缩量，达到摄像组的整体防水目的。照明灯罩213a顶端凸台处套有O型圈，照明灯罩213a外部有螺纹，与主板舱200对应的螺纹孔通过螺纹连接，拧紧后照明灯罩213a凸台与主板舱200对O型圈进行挤压，达到防水目的。照明灯罩213a由透明材质制成，保证内部的灯珠灯光能够射出。

如图3所示，本实施例的所述偏心防抖机构240与所述主板舱壳210底端固定，所述镜头组230与所述偏心防抖机构240的上端连接。所述偏心防抖机构240包括由下至上依次叠加布置的无刷电机241、U型夹242、单轨双边护板243、前置扇形轨244和垫板245；所述无刷电机241通过电机固定座241a与所述主板舱壳210固定，所述U型夹242与所述无刷电机241上端固定连接，所述镜头组230与所述偏心防抖机构240通过所述垫板245固定连接。所述单轨双边护板243中部开设有用于放置前置扇形板244的长条状凹槽，所述前置扇形轨244的中部埋设于所述长条状凹槽内，所述前置扇形轨244的两端均通过螺钉与所述主板舱壳210连接。

图4是本发明单关节水中机器鱼的压传防水组件爆炸图，压传防水组件216的压力传感器能够实现水深的探测功能，该组件通过压传外罩216a、压传PCB板216b、硅胶O型圈406、压传里顶板216c、压传垫板216d构成。压传PCB板216b一侧焊接有压力传感器，该侧与阶梯型的压传垫板216d相接，压传垫板216d与O型圈相接，避免压力传感器直接与O型圈相紧固，减小了压力传感器安装过程中的破损。压传PCB板216c另一侧由压传里顶板216c固定，压传里顶板216c外部有外螺纹结构，压传外罩216a内部有内螺纹结构，压传里顶板216c通过螺纹与压传外罩216a紧固，挤压压传PCB板216b，压传PCB板216b将压力传递给压传垫板216d，压传垫板216d将挤压力传递给硅胶O型圈406，硅胶O型圈406与压传外罩216a里表面产生压缩量，达到防水的目的。压力传感器是一个敏感且娇贵的传感器，在安装及使用中极易出现破损影响功能使用。

本结构极大程度的解决了这一问题，达到了防水与实现压力传感器功能的目的。且对于本结构，当压力传感器出现故障时，只需将压传外罩216a沿螺纹方向拧出即可，无需拆卸主板舱200的盖板220，实现了快速拆装，减少了维修时间。

如图5所示，本实施例的运动控制舱300该舱体内含运动控制舱壳310、运动控制舱盖板320、传动装置340、三轴联动装置330及若干O型圈、螺钉。防水开关由按钮、弹簧、硅胶套压板、硅胶套、按键、开关PCB板构成，实现机器鱼的开关断电并在水下环境可以防水运行；三轴联动装置330通过已经计算得出的公式，实现鱼俯仰姿态及左右姿态的平衡调整。

如图6所示，本实施例的三轴联动装置330包括支架331、曲柄332、连杆333、滑竿335、滑块334、前后倾舵机336、侧倾舵机337构成。所述支架331的上部为固定板，所述支架331的下部为两根平行布置的滑竿335，前后倾舵机336通过螺钉与固定板固定，所述侧倾舵机337设置在所述固定板的一端，前后倾舵机336输出齿轮与曲柄332通过螺钉固定，曲柄332与连杆333通过螺钉固定，连杆333外伸口插入滑块334，滑块334两侧孔由滑竿335穿入，滑竿335一端顶部有外螺纹，通过螺纹与支架331拧紧固定，结构连接完成后，起到限制滑块334位移的目的，滑块334只可沿一个方向往复运动。舵机转动相应角度，力层层传递，滑块334沿滑竿335方向产生相应的位移。

本实施例的侧倾舵机337的输出齿轮与支架331固定，当侧倾舵机337转动时，支架331所带各部分可产生周向运动，轴心与侧倾舵机337相同。

本机构通过螺纹紧固的方式固定在机器鱼内，由前后倾舵机336转动引起的滑块334前后变化引起机器鱼的俯仰角改变，由侧倾舵机337转动引起的三轴联动装置330引起机器鱼左右姿态变化。三轴联动装置330通过改变机构自身的重心实现机器鱼重心的三维变化，进而实现机器鱼在水中的姿态变化，使机器鱼能够以平衡稳定的姿态在水中游动，并完成指定动作。

如图7所示，本实施例的传动装置340，包括鱼尾轴344、第一伞状齿轮343、第二伞状齿轮342、顶销345，所述鱼尾轴344的中部开设有与其垂直的顶销孔，所述顶销345穿过所述顶销孔且通过螺钉与所述鱼尾轴344连接，所述顶销346外设置有顶销套346，所述顶销套346与所述仿生鱼尾结构120连接，所述第一伞状齿343轮位于所述鱼尾轴344的一端，所述第二伞状齿轮342与所述第一伞状齿轮343啮合，所述第二伞状齿轮342与所述鱼尾舵机341的输出轴连接。在鱼尾轴344顶部有两圈O槽，可放置O型圈，与运动控制舱300配合实现O圈挤压，在动密封的情况下实防水。鱼尾顶销组件能够实现鱼尾的快速拆装、第一伞状齿轮343和第二伞状齿轮342的啮合将舵机的传动方向改为垂直传动，并节省了运动控制舱300内部的空间。运动控制舱壳310与运动控制舱盖板320通过硅胶O型圈406密封，并以螺钉紧固四周，硅胶O型圈406产生形变，达到密封效果。

顶销345与弹簧先后装入顶销孔，组装后，一起装在鱼尾轴344的一侧，另一侧通过螺钉与开有内螺纹槽的鱼尾顶销套346固定，形成鱼尾顶销组件，实现对弹簧的挤压，并将弹簧力传递给鱼尾顶销345，由此实现鱼尾顶销345 的可伸缩。鱼尾顶销组件能够实现鱼尾的快速拆装，传动装置340将舵机的传动方向改为垂直传动，并节省了运动控制舱300内部的空间。第一伞形齿轮343通过螺钉与鱼尾轴344固定，第二伞形齿轮342通过螺钉与鱼尾舵机341固定，两齿轮啮合，实现齿轮动力传递。

另外，本实施例的鱼尾舵机341两侧的螺钉孔用于螺钉与运动控制舱300的固定。鱼尾轴344的O型圈与运动控制舱300实现动密封。

鱼游动的机理为通过尾部的自激摆动产生高效率的推力，鱼尾作为提供推进力的主要执行机构，按照摆幅逐渐放大的正弦行波运动。如图8所示，本实施例的所述仿生鱼尾结构120包括胶质鱼尾121和钢板122，所述钢板122设置在所述胶质鱼尾121内部，所述钢板122位于所述胶质鱼尾121外的一端连接有鱼尾埋件123，所述鱼尾埋件123通过鱼尾轴座1234与所述顶销套346连接。顶销345、顶销套346和鱼尾埋件123的设置，能够实现鱼尾的快速拆装。

在本实施例的仿生鱼尾结构设计当中，充分运用了仿生学原理，模仿自然界的鱼尾部构造，从而使机器鱼实现和自然界的鱼相似的运动。自然界的鱼尾部脊椎硬、尾鳍软。本实施例的机器鱼完全模仿自然界鱼的鱼尾，利用鱼尾埋件123和钢板122来模拟尾部脊椎，达到根部较硬的性能要求，利用胶质鱼尾来模拟尾鳍，达到尾部软的性能要求，从而具有了完全模仿自然界鱼的运动性能。优选的，本实施例的钢板厚度为0.08mm，采用不锈钢材质制成。

如图9所示，本实施例的仿生鱼尾结构的安装过程为，鱼尾轴344上的凸台与轴座上凹槽对准，并将鱼尾轴344向内推进，推进到顶销345的楔面与鱼尾埋件123的楔面接触，再将鱼尾旋转90°，即可实现夹紧。

如图9所示，本实施例的电池舱400由电池舱盖402、电池舱壳体401、电池403、USB电路板405、电源管理PCB板404，顶针及若干螺钉、O型圈构成。电池舱壳体401有O圈槽，电池舱盖402对应位置有一定高度的凸台，电池舱O圈槽放置O型圈，电池舱盖402与电池舱壳体401通过螺栓紧固，该榫接结构使得O型圈产生挤压量，达到防水目的。电池403为机器鱼提供电力；USB接口405a实现电池充电功能及用户的摄像数据提取功能；电源管理PCB板404使得电池403能够为机器鱼提供稳定的电源供应。

如图14所示，本实施例的一种单关节水中机器鱼还包括声波遥控器500。所述声波遥控器500包括壳体、多个按键511和电路板530；所述声波遥控器500的壳体因配合开模设计，将其壳体多拆分出上壳盖510和下壳盖520，多个按键511装入上壳盖510后贴上防水膜512，后再将上壳盖510与下壳盖520扣到一起，在上壳盖510和下壳盖520的上端和下端均通过螺钉连接，声波遥控器500的壳体外观实现似一体化。另外，上壳盖510和下壳盖520采用硅胶接合以达到防水的效果防水，所述硅胶设置在上壳盖510与下壳盖520的连接处，实现了上壳盖510与下壳盖520的紧密结合。多个按键511和电路板530之间为设置在电路板530上开关元件531，使用时，按下按键511后，按键511下端触碰到电路板530上的开关元件531，可将对应按键511的指令发出。除此之外，按键511和电路板530中间使用防水膜512隔水，按压开关时不会漏水，进一步增强了其密封性能。

如图14所示，本实施例的声波遥控器500还设置有充电板540，充电板540安装在声波遥控器500底部充电口端，使用硅胶塞防水，充电时将硅胶塞打开，再将充电线插入即可。另外，每个按键511对应着一个控制指令，控制指令有加速、减速、上浮、下潜、左转、右转、拍照、摄像总共8种功能指令；因此，本实施例的多个按键511分别为：加速键、减速键、上浮键、下潜键、左转键、右转键、拍照键和摄像键。为保证声波遥控器500的使用性能，电路板530通过螺钉固定按住在下壳盖520上。

在本实施例中，声波摇控器通过蜂鸣片550以不同频率作为指令发给接收端,达到控制目的。在本实施例中，蜂鸣片550为6片，且为圆形，其直径为8mm。本实施例的接收端为位于机器鱼壳体内的声波咪头215。为了保证声波遥控器500内供给电池560的稳定电源供应，在下壳盖520内侧设置竖向的供给电池挡板521，对供给电池560进行限位，以保证其不会因晃动而掉出。

本实施例的单关节水中机器鱼，可依靠镜头组230和GPS定位实现水下探索功能，通过GPS导航后下水进行水下探索，传回数据进行分析；基于这一功能可以作为水下打捞的先行设备，采集视频图像资料后，传输给地面进行实际打捞或搭载机械臂进行实时打捞；另外，在主板舱200内设置水声通讯收发装置，该装置即可在水下成为水下通讯基站；当然，本发明的单关节水中机器鱼也可以作为载体，搭载一定的海上营救物品，能为海上遇难者提供物品，争取一定的救援时间。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

一种单关节水中机器鱼，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体的外轮廓呈仿生鱼形，其一端为前壳体(110)，另一端为仿生鱼尾结构(120)，所述前壳体(110)和所述仿生鱼尾结构(120)通过上壳体(130)和下壳体(140)连接；

主板舱(200)，所述主板舱(200)的前端与所述前壳体(110)内侧适配安装，所述主板舱(200)内设置有用于收集图像的镜头组(230)、用于防侧抖的偏心防抖机构(240)和用于控制运动轨迹和姿态的主PCB板，所述镜头组(230)与所述偏心防抖机构(240)连接；

运动控制舱(300)，所述运动控制舱(300)与所述主板舱(200)的后端连接，所述运动控制舱(300)内设置有用于实现俯仰姿态及左右姿态平衡调整的三轴联动装置(330)和传动装置(340)，所述传动装置(340)的输出端与所述仿生鱼尾结构(120)连接，所述传动装置(340)的输入端与所述三轴联动装置(330)的输出端连接；

电池舱(400)，所述电池舱(400)位于所述运动控制舱(300)下方，所述电池舱(400)的下端与所述下壳体(140)内侧固定连接，用于为所述主板舱(200)和运动控制舱(300)提供电源供应。
根据权利要求1所述一种单关节水中机器鱼，其特征在于，所述前壳体(110)和所述上壳体(130)、所述前壳体(110)和所述下壳体(140)、所述上壳体(130)和所述下壳体(140)均为密封连接，所述仿生鱼尾结构(120)的一端穿过所述上壳体(130)与所述下壳体(140)的连接处，且位于所述壳体内。
根据权利要求1所述一种单关节水中机器鱼，其特征在于，所述主板舱(200)由主板舱壳(210)和盖板(220)围成，所述主板舱壳(210) 的前端开设有用于所述镜头组(230)收集图像的第一通孔(211)，所述第一通孔(211)下方安装有红外测距仪(212)，所述红外测距仪(212)两侧对称布置有照明灯(213)，所述第一通孔(211)的上方设置有指示灯(214)，所述主板舱壳(210)下端安装有声波咪头(215)，所述偏心防抖机构(240)与所述主板舱壳(210)底端固定，所述镜头组(230)与所述偏心防抖机构(240)的上端连接。
根据权利要求3所述一种单关节水中机器鱼，其特征在于，所述偏心防抖机构(240)包括由下至上依次叠加布置的无刷电机(241)、U型夹(242)、单轨双边护板(243)、前置扇形轨(244)和垫板(245)；所述无刷电机(241)通过电机固定座(241a)与所述主板舱壳(210)固定，所述U型夹(242)与所述无刷电机(241)上端固定连接，所述镜头组(230)与所述偏心防抖机构(240)通过所述垫板(245)固定连接。
根据权利要求4所述一种单关节水中机器鱼，其特征在于，所述单轨双边护板(243)中部开设有用于适配放置前置扇形板(244)的凹槽，所述前置扇形轨(244)的中部埋设于所述凹槽内，所述前置扇形轨(244)的两端均通过螺钉与所述主板舱壳(210)连接。
根据权利要求4所述一种单关节水中机器鱼，其特征在于，所述主板舱壳(210)下端还设置有压传防水组件(216)，所述压传防水组件(216)包括压传外罩(216a)和由下至上依次叠加固定连接在所述压传外罩(216a)内的里顶板(216c)、压传PCB板(216b)和压传垫板(216d)。
根据权利要求1至6任一项所述一种单关节水中机器鱼，其特征在于，所述三轴联动装置(330)包括支架(331)、滑块(334)、曲柄连杆机构、侧倾舵机(337)和前后倾舵机(336)；所述支架(331)的上部为固定板，所述支架(331)的下部为两根平行布置的滑竿(335)，所述滑块(334)套设在两根所述滑竿(335)上，所述曲柄连杆机构的连杆(333) 与所述滑块(334)连接，所述曲柄连杆机构的曲柄(332)与所述固定板连接，所述前后倾舵机(336)固定在所述固定板上表面，所述侧倾舵机(337)设置在所述固定板的端部。
根据权利要求7所述一种单关节水中机器鱼，其特征在于，所述传动装置(340)包括鱼尾轴(344)、第一伞状齿轮(343)、第二伞状齿轮(342)和顶销(345)，所述鱼尾轴(344)的中部开设有与其垂直的顶销孔，所述顶销(345)穿过所述顶销孔且通过螺钉与所述鱼尾轴(344)连接，所述顶销(345)外设置有顶销套(346)，所述顶销套(346)与所述仿生鱼尾结构(120)连接，所述第一伞状齿(343)轮位于所述鱼尾轴(344)的一端，所述第二伞状齿轮(342)与所述第一伞状齿轮(343)啮合，所述第二伞状齿轮(342)与鱼尾舵机(341)的输出轴连接。
根据权利要求8所述一种单关节水中机器鱼，其特征在于，所述仿生鱼尾结构(120)包括胶质鱼尾(121)和钢板(122)，所述钢板(122)设置在所述胶质鱼尾(121)内部，所述钢板(122)位于所述胶质鱼尾(121)外的一端连接有鱼尾埋件(123)，所述鱼尾埋件(123)通过鱼尾轴座(124)与所述顶销套(346)连接。
根据权利要求1至6任一项所述一种单关节水中机器鱼，其特征在于，所述电池舱(400)包括电池舱壳(410)、电池盖(420)和设置在所述电池舱壳(410)内的电池(403)、电源管理PCB板(404)及USB电路板(405)；所述电池舱壳(410)一侧设置有与所述USB电路板(405)连接的USB接口(405a)，所述电源管理PCB板(404)通过弹簧顶针(406)与所述电池盖(420)连接。
根据权利要求3所述一种单关节水中机器鱼，其特征在于，所述前壳体(110)的前端开设有与所述第一通孔(211)对应的第二通孔(111)，所述第一通孔(211)外设置有镜头罩(211a)，所述镜头罩(211a)穿过所述第二通孔(111)。
根据权利要求1至6任一项所述一种单关节水中机器鱼，其特征在于，还包括与声波遥控器(500)，所述声波遥控器(500)上设置有多个按键(510)，所述声波遥控器(500)内设置有电路板(520)，多个所述按键(510)与所述电路板(520)之间为所述电路板(520)上的开关元件(521)。