一种可多自由度运动的机械鱼的制作方法

本实用新型涉及机械技术领域，具体涉及一种可多自由度运动的机械鱼。

背景技术：

近年来，人类对海洋探索不断进步，其中包括水下考古打捞沉船、检测海底管道密封性、海底矿产探索以及高能废料处理等。这些项目的探索与研究有着重大的意义，如解决环节污染，完善历史信息，加快液体气体资源传输，获得更多矿产资源解决全球矛盾等。随着不断向深海探索，轮船声纳和常规水下探测器的效果逐渐变差，仿生机械鱼种全新的水下探测器的研究也就变得事关重要。

要使机械鱼在水下可以实现上浮、下潜功能有三种方法：排水法、胸鳍法和重心法。排水法是在机械鱼内部设置储水箱，通过泵机控制进水排水，实现机械鱼的上浮下潜；胸鳍法是通过胸鳍的纵向摆动改变机械鱼的前进方向来达到上浮下潜的目的；重心法是通过鱼身内的电机改变配重的位置，使其重心发生改变，鱼头朝向也跟着改变，在推进力的作用下完成上浮下潜。

目前市场上的仿生机械鱼多数驱动方式单一，通常要么机动性差要么推进效率低，难以同时满足高机动性和高推进效率。

经检索，公开号：CN206255173U，公开日2018.7.31公开了“一种新型仿生机械鱼”该申请可同时满足高机动性和高推进效率，但其采用胸鳍法改变机械鱼前进方向，实现机械鱼在水下上浮下潜，结构相对较为复杂。因此有必要针对这一问题进行改进。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：现有技术中仿生机械鱼多数驱动方式单一，通常要么机动性差要么推进效率低，难以同时满足高机动性和高推进效率，以及采用胸鳍法控制机械鱼上浮、下潜机械结构相对复杂的问题。

为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可多自由度运动的机械鱼，包括鱼头、鱼身、鱼尾和控制系统，其外形仿照鲹科鱼类，体侧扁平，整体呈流线型，可适应大多数水流情况。

所述鱼头为扁平状结构，其两侧开有小孔，小孔内安装有传感器。

所述鱼身内安装有控制系统、浮潜机构和舵机传动机构，鱼身前半段设计有电路舱，用于安装控制系统；鱼头和电路舱通过压垫式的方式连接，既可方便拆卸以检查内部电路，又可达到很好的防水效果。

其中，电路舱后部设计有放置开关的缺口和固定舵机架的螺栓孔。

其中，浮潜机构为一个配重块，其通过电机改变配重的位置，使机械鱼的重心位置改变，从而实现机械鱼的上浮和下沉。

所述控制系统，其数据传输方式为蓝牙传输；控制系统包括供电单元、电压转换模块、控制单元、处理器、感知单元、通讯单元。

供电单元通过电压转换模块，将符合各模块的电压输出，激活各单元；

感知单元包括压力感应模块、红外避障模块和视频采集模块，感知单元检测数据后，再将检测到的数据传输至处理器；

处理器接收到传感器传来的数据并计算后，再将计算后的数据传输至通讯单元；

通讯单元接收到处理器传来的数据后，再将根据该数据发送相应的指令至控制单元；

控制单元设置有多个PWM，控制单元接收到指令后，根据该指令发出对应的PWM，控制机械鱼完成相应的工作。

鱼身后半段安装有开关和舵机传动结构，舵机传动结构为以三舵机串联带动鱼尾摆动的推进机构，其包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、第一关节、第二关节和第三关节；第一舵机通过螺栓连接在电路舱后部，第一舵机下方设计有舵机盘，舵机盘下方还安装有轴承支撑第一舵机，第一舵机通过其后方的舵机架与第一关节连接，从而实现机械鱼尾鳍的第一关节的可控运动；第一关节呈侧倒放的U字状，第二舵机嵌入于第一关节中，并通过舵机板与第二关节连接；第二关节也是呈侧倒放的U字状，第三舵机嵌入于第二关节中，并以铰接的方式与第三关节连接，保证第二关节和第三关节的自由运动。

所述鱼尾通过鱼尾连接机构与第三关节连接，鱼尾连接机构外形与二脚插头相似，其二脚端通过螺栓加固在第三关节上，另一端则通过螺栓与鱼尾连接，防止鱼尾在水流作用下偏转而改变运动方向，杜绝因鱼尾方向无法掌握而引起的运动方向偏离、侧倾、翻转等情况。

本实用新型的有益效果：本实用新型一种可多自由度运动的机械鱼，以鲹科鱼类为蓝本，将三舵机串联带动鱼尾摆动和重心法相结合，实现前、左右和上下多自由度运动，且其机械结构简单，体积小，对复杂的地形适应力强；加上传感器的选择和设置，使得其工作时，受水中的悬浮颗粒物影响小。

附图说明

图1所示为本实用新型的结构示意图

图2为本实用新型的电路舱的示意图

图3为本实用新型的控制系统框图

附图标记说明：1、鱼头；2、电路舱；3、潜伏结构；4、第一舵机；5、舵机架；6、第二舵机；7、舵机板；8、鱼尾连接机构；9、舵机盘；10、轴承；11、第一关节；12、垫片；13、第二关节；14、第三舵机；15、第三关节；16、鱼尾；17、开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做详细的说明。

一种可多自由度运动的机械鱼，包括鱼头、鱼身、鱼尾和控制系统，其外形仿照鲹科鱼类，体侧扁平，整体呈流线型，可适应大多数水流情况。

所述鱼头为扁平状结构，其两侧开有小孔，小孔内安装有传感器。

所述鱼身内安装有控制系统、浮潜机构和舵机传动机构，浮潜机构为一个配重块；鱼身前半段设计有电路舱，电路舱内安装有控制系统，电路舱后部还设计有放置开关的缺口和固定舵机架的螺栓孔。

鱼身后半段安装有开关和舵机传动结构，舵机传动结构为以三舵机串联带动鱼尾摆动的推进机构，其包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、第一关节、第二关节和第三关节；第一舵机通过螺栓连接在电路舱后部，第一舵机通过其后方的舵机架与第一关节连接；第一关节呈侧倒放的U字状，第二舵机嵌入于第一关节中，并通过舵机板与第二关节连接；第二关节也是呈侧倒放的U字状，第三舵机嵌入于第二关节中，并以铰接的方式与第三关节连接。

所述鱼尾通过鱼尾连接机构与第三关节连接，鱼尾连接机构一端通过螺栓加固在第三关节上，另一端则通过螺栓与鱼尾连接。

所述控制系统包括供电单元、电压转换模块、控制单元、处理器、感知单元和通讯单元。

其中，供电单元通过电压转换模块，将符合各模块的电压输出，激活各单元；感知单元包括压力感应模块、红外避障模块和视频采集模块，感知单元检测数据后，再将检测到的数据传输至处理器；处理器接收到传感器传来的数据并计算后，再将计算后的数据传输至通讯单元；通讯单元接收到处理器传来的数据后，再将数据传输至控制单元；控制单元根据接收到的数据控制浮潜机构工作，使机械鱼保持上浮或下潜状态。

首先，供电单元通过电压转换模块，将符合各模块的电压输出，激活各单元；感知单元中的压力感应模块检测机械鱼当前所处水下环境压力值，并传输至处理器；处理器接收到压力感应模块检测的数据后，根据该数据计算机械鱼所处水下深度值，并将计算出的深度值发送给通讯单元，通讯单元再将该深度值传输至控制单元。

其次，控制单元输出PWM，控制浮潜机构工作，使机械鱼保持上浮或下潜状态；此时，感知单元中的压力感应模块持续工作，并将检测到的数据经处理器和通讯单元传输至控制单元，控制单元控制机械鱼开始直线运动。

接着，感知单元中的红外避障模块和图像采集模块开始工作；一方面，当红外避障模块发现障碍物时，将数据传给处理器，处理器根据该数据对控制单元发出指令，控制单元根据该指令发出PWM，控制舵机传动结构实现转向功能，直至红外避障模块不再传输障碍物数据；当红外避障模块不再传输障碍物数据后，处理器对控制单元发送指令，控制单元根据该指令发出PWM，控制舵机传动结构恢复直线运动的工作状态。另一方面，视频采集模块摄录水下情况，并将摄录数据传输至处理器。

最后，探测工作结束后，处理器发送上浮指令至控制单元，控制单元输出PWM控制浮潜机构改变机械鱼中心位置，使机械鱼上浮，此过程中，压力感应模块持续工作，直到机械鱼浮出水面。