一种用于水产养殖的仿生机器鱼

1.本实用新型属于渔业养殖设备技术领域，具体为一种用于水产养殖的仿生机器鱼。


背景技术：

2.近年来，对于水下机器人的的研究国内外已经取得了一定的突破，水下机器人也被应用于各个领域，如：水下勘探，水环境检测，水下援救以及水产养殖等。在水产养殖领域中现有的水下机器人往往采用特殊的外形结构，在水中运动十分不便，对水环境干扰极大，以及所采用的传统螺旋桨式推进方式，普遍存在机动性能差、噪音大、工作效率低等明显问题，在水下作业时取回的数据与真实情况存在偏差以及取得的效果偏低，不符合现今水产养殖的需要，综上所述，我们提出一种用于水产养殖的仿生机器鱼。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种用于水产养殖的仿生机器鱼。采用仿生鱼类的外形结以及模拟鱼类的驱动方式，设置有运动控制模块，增加机器鱼在水中转向、升潜的灵活性，采用舵机驱动的动力方式，降低对水下环境的影响，以及配合探测模块实现在水中对水生生物的探测、水环境的检测等，提高工作效率，使水产养殖科学、高效化，从而解决上述背景提出的问题。
4.为实现上述目的本实用新型提供如下技术方案。
5.本实用新型一种用于水产养殖的仿生机器鱼，包括鱼头、连接件、密封环和鱼尾。鱼头包括壳体、透明罩、隔板一、挡块一、探测模块、控制单元、电源、运动控制模块，壳体前端设置有透明罩，透明罩底部设置有隔板二，隔板二上安装探测模块，壳体内部，透明罩后侧设置有一组挡块一，沿中心轴线对称分布，隔板一一端固定于挡块一上，隔板一上侧设置有控制单元，下侧设置有运动控制模块；连接件设置在鱼头与鱼尾之间，内部设有一组挡块二，挡块二与挡块一平行，隔板的另一端固定于挡块二上；鱼尾包括三自由度舵机机构、尾摆、密封胶皮，三自由度舵机机构前侧通过大u支架与连接件连接，后侧通过小u支架与尾摆连接，鱼尾外侧包覆一层密封胶皮；鱼头与连接件连接，鱼头末端边缘与连接件首端边缘配合，且鱼头末端边缘位于外侧，密封环位于连接件与鱼头连接处外侧，连接件末端边缘与密封胶皮首端紧密接触连接，密封胶皮位于外侧，所述密封胶皮末端与尾摆紧密接触连接。
6.优选地，所述机器鱼由防水密封胶进行整体密封处理，包括部位：透明罩与壳体连接处，鱼头与连接件连接处，密封环与连接件和鱼头连接处，密封胶皮与连接件和尾摆连接处，所述密封胶皮采用柔性橡胶材料，透明罩采用透明树脂材料。
7.优选地，所述运动控制模块包括转向调节机构和升潜机构，所述转向调节结构包括一字槽底板、配重电磁铁滑块、弹簧、钢块，所述一字槽底板设置在隔板一下侧，一字槽底板上设有一字槽，一字槽口向下，一字槽中间位置设有钢块槽，槽内设置有钢块，一字槽左右两端分别设有配重电磁铁滑块，配重电磁铁滑块卡合于一字槽内，一字槽口宽小于配重
电磁铁滑块宽，一字槽两端分别设有弹簧，弹簧两端与配重电磁铁滑块和钢块槽外侧贴合，弹簧分度圆直径大于一字槽口宽，弹簧在正常情况下保持舒展状态，所述配重电磁铁滑块通过导线与微机控制模块之间电性连接，在机器鱼转向时，所述微机控制模块控制一字槽左右两侧的配重电磁铁滑块一侧通电，通过磁吸作用配重电磁铁滑块向一字槽心滑去，改变机器鱼重心，配合鱼尾摆动实现机器鱼快速转向。
8.所述升潜机构包括支架、舵机支架、单轴舵机、圆舵盘二、输出杆、重块，所述支架通过螺栓固定于一字槽底板下侧，所述舵机支架通过螺栓固定于支架面板上，所述单轴舵机固定于舵机支架，所述圆舵盘二与舵机输出轴连接，所述输出杆通过圆舵盘2与单轴舵机输出轴连接，且输出杆在不运作情况下保持垂直向下，所述重块固定于输出杆下端，所述单轴舵机通过控制电路与微机控制模块连接，当机器鱼升潜时通过控制模块控制舵机运作，通过输出杆使重块前摆或后摆改变前后位置重心，实现机器鱼升潜运动。
9.优选地，所述三自由度舵机机构包括双轴舵机、圆舵盘一、大u支架和小u支架，所述圆舵盘一设置在双轴舵机两端的输出轴上，且与大u支架连接，所述双轴舵机末端与小u支架连接，依次将大u支架、双轴舵机、小u支架串联，构成三自由度舵机机构，通过控制电路将三个双轴舵机连接于微机控制模块，通过微机控制模块控制三个舵机工作，使鱼尾摆动成一定姿态，来回反复摆动鱼尾，驱动机器鱼。
10.优选地，所述控制单元包括微机控制模块、通信模块，所述微机控制模块设置在隔板一上侧，微机控制模块位于隔板上侧,且位于电源后侧，所述通信模块位于微机控制模块一侧，所述微机控制模块通过导线与单轴舵机、双轴舵机、探测模块和通信模块连接，控制机器鱼运作，所述机器鱼通过通信模块实现无线通信。
11.综上所述，本实用新型具有以下有益效果 。
12.1．本实用新型提出的一种用于水产养殖的仿生机器鱼，在隔板一的下方设置有运动控制模块，所述运动控制模块由转向调节机构和升潜机构组成，在机器鱼转向时通过微机控制模块使转向调节机构上的一字槽一侧的配重电磁铁滑块通电，通过磁吸作用，配重电磁铁向一字槽心滑去，从而改变机器鱼的左右重心，配合尾部三自由度舵机结构产生推进力推进机器鱼，使机器鱼在水中实现快速转向，在转向完成之后，配重电磁铁滑块断电失去磁性，机器鱼重新达到平衡状态，机器鱼正常游动；在机器鱼升潜时，通过微机控制模块控制升潜机构的单轴舵机使输出杆向前或后摆动，带动重块前后摆动，从而改变机器鱼前后重心，配合尾部三自由度舵机结构使尾部摆动提供前进动力，实现机器鱼上下游动。通过运动控制模块使机器鱼在水中的转向运动更加灵活、敏捷，配合升潜机构实现机器鱼在水中的多方向运动，更加方便机器鱼对水下水生生物的探测与水环境的检测。
13.2．本实用新型提出的一种用于水产养殖的仿生机器鱼，在鱼尾处设置有三自由度舵机机构，所述三自由度舵机机构前侧通过螺栓固定于连接件，后侧通过螺栓连接尾摆，机器鱼在水中运动时，模仿鱼类在水中的摆尾运动姿态，通过微机控制模块控制三个舵机工作，控制鱼尾部和尾摆来回摆动，从而提供机器鱼自由运动的动力。通过舵机仿生模拟的驱动方式，使机器鱼在水下运动时产生的噪音更小、同时对水下环境的干扰更小，使机器鱼在水下工作时对水生生物的近距离探测更加方便、对水环境的检测数据更加真实有效，提高了机器鱼的水下工作效率。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本说明书所绘示的结构、比例、大小等，仅为配合说明，不具有技术上的实际意义，故在对本实用新型结构上的修饰、比例上的缩放等，在不影响本实用新型实际功效及所能达到的作用的情况下，仍属于本是实用新型技术内容所包含的范围内。
15.图1为本实用新型一种用于水产养殖的仿生机器鱼的整体结构示意图。
16.图2为本实用新型截面图。
17.图3为本实用新型鱼头内部结构示意图。
18.图4为本实用新型鱼尾内部结构示意图。
19.图5为本实用新型运动控制模块结构示意图。
20.图6为本实用新型运动控制模块部分组件示意图。
21.图7为本实用新型连接件示意图。
22.图中：1-鱼头、101-壳体、2-鱼尾、201-密封胶皮、3-尾摆、4-三自由度舵机机构、41-圆舵盘一、42-双轴舵机、43-大u支架、44-小u支架、5-连接件、51-隔板一、52-隔离板、6-运动控制模块、7-转向调节机构、71-一字槽底板、72-钢块、73-钢块槽、74-一字槽、75-弹簧、76-配重电磁铁滑块、8-升潜机构、81-单轴舵机、82-舵机支架、83-圆舵盘二、84-重块、85-输出杆、86-支架、9-控制单元、91-微机控制模块、92-通信模块、10-电源、11-透明罩、12-探测模块、13-密封环、14-隔板二、15-挡块一、16-挡块二、17-探测模块。
具体实施方式
23.以下将结合本实用新型的附图，对本实用新型的实施例中的技术方案进行完善、清晰的的描述，当然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域的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范围，请参阅图1至图7。
24.实施例1
25.请参阅图1-2，本实用新型中的一种用于水产养殖的仿生机器鱼，包括鱼头1、连接件5、鱼尾2、密封环13，鱼头1内设置有用于对水下水生生物的探测与水环境的检测的探测模块17，控制机器鱼在水中转向、升潜的运控控制模块6以及控制机器鱼运作的控制单元9以及提供电能的电源10；鱼尾2内设置有用于在水中提供前进动力的三自由度舵机机构4以及尾摆3，包裹外侧提高机器鱼柔韧性的密封胶皮201，密封胶皮设置为具有一定柔韧性的橡胶材料。
26.本实用新型的工作过程为：通过探测模块17采集外界信息，传递给控制单元9中的微机控制模块91，通过信息处理，控制三自由度舵机机构4来回反复摆动一定姿态，形成推进力，同时在需要时控制运动控制模块6工作，调节机器鱼转向灵敏度以及使机器鱼升潜，通过电源10为机器鱼提供电能，实现机器鱼在水下工作。
27.本实用新型的有益效果为：通过运动控制模块6中的转向调节机构7使机器鱼在水中的转向运动更加灵活、敏捷，配合升潜机构8实现机器鱼在水中的多方向运动，同时配合舵机仿生模拟的驱动方式以及软体的密封胶皮201，使机器鱼在水中运动产生的噪音更小、
以及对水下环境的干扰更小，动作更自然，配合探测模块17使机器鱼在水下工作时对水生生物的近距离探测更加方便、对水环境的检测数据更加真实有效，为渔业水产养殖、管理，提供了科学有效的辅助作用。
28.实施例2
29.请参阅图1-3，本实用新型中的一种用于水产养殖的仿生机器鱼，包括一种应用于实施例1的运动控制模块6，包括转向调节机构7和升潜机构8，以及用于安装运动控制模块6的隔板一51，隔板一51两侧分别通过螺栓固定于挡块一15和挡块二16上；转向调节机构7包括一字槽底板71、配重电磁铁滑块76、弹簧75、钢块72，一字槽底板71上设置有一字槽74，为一体式结构，一字槽74中心处设置有钢块槽73，钢块槽73用于固定钢块72，一字槽74两侧分别设置有配重电磁铁滑块76，配重电磁铁滑块76卡合于一字槽74内，一字槽74内两侧分别设置有弹簧75，弹簧75一侧贴紧配重电磁铁滑块76一侧贴紧与一字槽心内壁；升潜机构8包括支架86、舵机支架82、单轴舵机81、圆舵盘二83、输出杆85、重块84，支架86的四个支脚固定于一字槽74底板上，一字槽74穿过支架86内侧，支架86的面板设置有若干安装孔，均匀分布，舵机支架82安装于支架86面板上，单轴舵机81固定于舵机支架82，圆舵盘二83与单轴舵机81输出轴配合，输出杆85固定于圆舵盘二83上，输出杆85下方固定有重块84，支架86高度高于一字槽74高度，不干涉配重电磁铁滑块76偏移，舵机支架82可安装于支架86面板上多个位置、一字槽底板71可安装于隔板一51上多个位置以便于使运动控制模块6在运作时，机器鱼整体达到平衡。
30.本实用新型的工作过程为：在机器鱼需要改变运动方向时，微机控制模块91控制运动控制模块6工作，通过控制转向调节机构7一侧的配重电磁铁滑块76通电，使之压缩弹簧75向快速槽心偏移，从而改变机器鱼左右方向重心，从而使机器鱼左右快速转向；通过控制升潜机构8的单轴舵机81工作，使输出杆85带动重块，向前或者后方偏移，进而改变机器鱼前后方向重心，使机器鱼整体向前或者向后倾斜，从而使机器鱼实现升潜，以完成运动方向的改变。
31.本实用新型的有益效果为：通过本实施例设置的运动控制模块6，通过转向调节机构7使机器鱼在水下运动时左右转向更加灵活、敏捷，配合升潜机构8实现机器鱼在水中的多方向运动，更加方便机器鱼对水下水生生物的探测与水环境的检测。
32.实施例3
33.请参阅4-7，本实用新型中的一种用于水产养殖的仿生机器鱼，包括一种用于实施例1的三自由度舵机机构4和用于安装三自由度舵机机构4的连接件5，连接件5内部设置有一块隔离板52，隔离板52上设置有配合大u支架43安装的安装孔，下侧设置有用于控制线路通过的线路孔；三自由度舵机机构4包括双轴舵机42、圆舵盘一41、大u支架43和小u支架44，圆舵盘141设置在双轴舵机42两端的输出轴上，且与大u支架43连接，所述双轴舵机42末端与小u支架44连接，依次将大u支架43、双轴舵机42、小u支架44串联，构成三自由度舵机机构4，通过控制电路将三个双轴舵机连接于微机控制模块91。通过微机控制模块91控制三个舵机工作，使鱼尾摆动成一定姿态，来回反复摆动鱼尾，驱动机器鱼。
34.本实用新型的工作过程为：通过控制电路，微机控制模块91控制三个舵机工作，通过大u支架43和小u支架44，使三自由度舵机机构4每个舵机之间形成一定角度，模拟鱼类在水中摆尾时的动作姿态，来回反复摆动，为机器鱼提供前进动力。
35.本实用新型的有益效果为：通过舵机仿生模拟的驱动方式，使机器鱼在水中运动时产生的噪音更小、同时对水下环境的干扰更小，使机器鱼在水下工作时对水生生物的近距离探测更加方便、对水环境的检测数据更加真实有效，提高了机器鱼的水下工作效率。

技术特征：
1.一种用于水产养殖的仿生机器鱼，包括鱼头（1）、连接件（5）、密封环（13）和鱼尾（2），所述鱼头包括：壳体（101）、透明罩（11）、隔板一（51）、挡块一（15）、探测模块（17）、控制单元（9）、电源（10）、运动控制模块（6）；所述壳体（101）前端设置有透明罩（11），透明罩（11）底部设有隔板二（14），所述探测模块（17）设置在隔板二（14）上，所述壳体（101）内设有一组挡块一（15），所述隔板一(51)一侧通过螺栓固定在挡块一（15）上，且隔板一（51）上设有一定数量安装孔，隔板一(51)上侧设置有控制单元（9）、电源（10），所述控制单元包括微机控制模块（91）、通信模块（92），下侧设置有运动控制模块（6）；所述鱼尾包括：三自由度舵机机构（4）、尾摆（3）、密封胶皮（201），所述三自由度舵机机构（4）由双轴舵机（42）、圆舵盘一（41）、大u支架（43）和小u支架（44）串联而成，前端大u支架（43）与连接件（5）通过螺栓连接，后端小u支架（44）与尾摆（3）通过螺栓连接；所述鱼头（1）末端边缘与连接件（5）首端边缘配合，且鱼头末端边缘位于外侧，所述密封环（13）位于鱼头与连接件连接处外侧，连接件（5）末端边缘与密封胶皮（201）首端紧密接触连接，密封胶皮位于外侧，所述密封胶皮（201）末端与尾摆（3）紧密接触连接。2.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖的仿生机器鱼，其特征在于，所述连接件（5）设置在鱼头（1）与三自由度舵机机构（4）之间，内部设有隔离板（52）和一组挡块二（16），隔离板上设置有配合大u支架安装的安装孔，下侧设置有用于导线通过的线路孔，挡块二（16）与挡块一（15）平行，所述隔板一（51）另一侧通过螺栓固定于挡块二（16）上。3.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖的仿生机器鱼，其特征在于，所述运动控制模块（6）包括：转向调节机构（7）和升潜机构（8）；所述转向调节机构（7）包括：一字槽底板（71）、配重电磁铁滑块（76）、弹簧（75）、钢块（72），所述一字槽底板（71）通过螺栓固定于隔板一（51）下侧，一字槽底板上设有一字槽（74），一字槽中间位置设有钢块槽（73），槽内设置有钢块（72），一字槽左右两端分别设有配重电磁铁滑块（76），一字槽口宽小于配重电磁铁滑块宽，配重电磁铁滑块卡合于一字槽为内，一字槽两端分别设有弹簧（75），弹簧两端与配重电磁铁滑块（76）和钢块槽外侧贴合，弹簧（75）的分度圆直径大于一字槽口，小于槽心内壁宽；所述升潜机构（8）包括：支架（86）、舵机支架（82）、单轴舵机（81）、圆舵盘二（83）、输出杆（85）、重块（84），所述支架（86）通过螺栓固定于一字槽底板（71）支架安装孔上，支架面板朝下，所述舵机支架（82）通过螺栓固定于支架面板，所述支架面板平行于隔板一（51），所述单轴舵机（81）固定于舵机支架（82），所述单轴舵机（81）输出轴平行于支架（86），所述输出杆（85）通过圆舵盘二（83）与单轴舵机（81）的输出轴连接，且输出杆（85）在不运作情况下保持垂直向下，所述重块（84）固定于输出杆（85）下端。4.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖的仿生机器鱼，其特征在于，所述三自由度舵机机构（4）包括三个所述双轴舵机（42）、六个所述圆舵盘一（41）、三个所述大u支架（43）和三个所述小u支架（44）；所述圆舵盘一（41）设置在所述双轴舵机（42）的输出轴上，且与所述大u支架（43）连接；所述双轴舵机（42）末端与所述小u支架（44）连接。5.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖的仿生机器鱼，其特征在于，所述控制单元（9）包括：微机控制模块（91）、通信模块（92），所述微机控制模块（91）设置在隔板一（51）上侧，所述电源（10）设置在隔板一（51）上侧，且位于微机控制模块（91）前侧；所述通信模块（92）位于微机控制模块（91）一侧，所述微机控制模块（91）通过导线与单轴舵机（81）、双轴舵机（42）、探测模块（17）和通信模块（92）连接，通过通信模块（92）实现无线通信；所述电源
（10）为机器鱼提供电能。6.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖的仿生机器鱼，其特征在于，所述机器鱼由防水密封胶进行整体密封处理，包括部位：透明罩（11）与壳体连接处，鱼头与连接件连接处，密封环（13）与连接件（5）和鱼头（1）连接处，密封胶皮（201）与连接件（5）和尾摆（3）连接处。

技术总结
本实用新型公开了一种用于水产养殖的仿生机器鱼，包括鱼头、连接件、密封环和鱼尾，鱼头设置有运动控制模块：转向调节机构和升潜机构，转向调节机构设有一字槽、配重电磁铁滑块、钢块、弹簧，机器鱼转向时使一侧滑块通电，获得磁性，使其压缩弹簧向位于槽心的钢快偏移，使机器鱼重心偏离，配合鱼尾摆动实现机器鱼快速转向；升潜机构设有舵机、输出杆和重块，机器鱼升潜时通过舵机控制输出杆前后摆动，改变前后重心，实现机器鱼升潜；鱼尾设有三自由度舵机机构，其由三个舵机串联而成，控制舵机使鱼尾摆动呈一定姿态，驱动机器鱼。驱动机器鱼。驱动机器鱼。


技术研发人员：何贤杰 王庆楠 邢蓝天
受保护的技术使用者：怀化学院
技术研发日：2021.09.17
技术公布日：2022/5/25