一种仿生机器鱼的制作方法

本实用新型涉及机器鱼技术领域，具体来说，涉及一种仿生机器鱼。

背景技术：

仿生机器鱼用于完成水下探测任务，现有的仿生机器鱼覆盖面较小，无法实现有效避障，并且功能单一，不具有双目识别功能。

此外，现有的仿生机器鱼仅能将水下图像传送到地面，无法对水下地形地貌进行扫描。现有的仿生机器鱼的鱼尾部分动作僵硬，仿生效果不好。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种仿生机器鱼，采用三个品字形排布的主动声呐，覆盖面更大，并与双目摄像头相融合，减少死角，可实现有效避障，可对水下地形地貌进行扫描，多个关节电机独立动作，仿生效果好。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种仿生机器鱼，包括鱼头机构、鱼身机构和鱼尾机构，所述鱼头机构的前侧设置有双目摄像头和第一主动声呐，所述鱼身机构的左右两侧各设置有一个第二主动声呐，所述第一主动声呐与两个所述第二主动声呐呈品字形排布；所述鱼头机构的下部设置有激光扫描仪，所述激光扫描仪固定连接有可上下移动的滑块，所述滑块通过第一传动机构连接有扫描机构电机；所述鱼尾机构包括鱼尾骨架，所述鱼尾骨架包括多级关节模块，所述关节模块包括防水驱动箱，所述防水驱动箱内设置有关节电机，所述关节电机通过第二传动机构连接有输出轴，所述输出轴至少部分位于所述防水驱动箱的外部，上一级所述关节模块的输出轴通过关节连杆固定连接下一级所述关节模块的防水驱动箱，最后一级所述关节模块的输出轴通过鱼尾连杆固定连接有鱼尾；所述第一主动声呐、所述第二主动声呐、所述扫描机构电机、所述双目摄像头和所述关节电机各连接有子控制器，所述子控制器连接主控制器。

进一步地，所述鱼头机构的下部设置有被动声呐，所述被动声呐通过与其对应的子控制器连接所述主控制器。

可选地，所述防水驱动箱固定连接有防水外壳，所述防水外壳上至少开设有一个供所述输出轴穿过的孔洞。

可选地，所述防水驱动箱上至少开设有一个供所述输出轴穿过的孔洞。

进一步地，所述滑块滑动连接在竖直的导杆上，所述导杆固定连接在支架上，所述支架固定连接在固定板上。

进一步地，所述固定板通过支杆固定连接有传动固定板，所述传动固定板固定连接所述扫描机构电机。

进一步地，所述滑块的顶部固定连接有顶杆，所述传动固定板铰接摆臂的中部，所述摆臂的一端与所述顶杆相对应，所述摆臂的另一端与限位开关相对应。

进一步地，所述扫描机构电机和所述限位开关均设置在相应的密封筒内，所述密封筒与所述传动固定板固定连接。

进一步地，所述传动固定板上固定连接有密封胶套，所述摆臂靠近所述顶杆的一端设置于所述密封胶套内。

进一步地，所述双目摄像头设置在摄像头防水外壳内，所述摄像头防水外壳包括前壳体和后盖，所述前壳体与所述后盖的连接处设置有胶槽，所述胶槽内填充有密封胶。

本实用新型的有益效果：采用三个品字形排布的主动声呐，覆盖面更大，并与双目摄像头相融合，有效减少测量死角，同时通过被动声呐监听水声来识别物体，从而可实现更有效的避障，并还可对水下地形地貌进行扫描，适应性广，多个关节电机独立动作，可实现逼真的仿生效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例所述的仿生机器鱼的示意图；

图2是根据本实用新型实施例所述的仿生机器鱼的分解图；

图3是根据本实用新型实施例所述的仿生机器鱼使用时的示意图；

图4是根据本实用新型实施例所述的激光扫描机构的结构示意图一；

图5是根据本实用新型实施例所述的激光扫描机构的结构示意图二；

图6是根据本实用新型实施例所述的激光扫描机构的剖视图一；

图7是根据本实用新型实施例所述的激光扫描机构的剖视图二；

图8是根据本实用新型实施例所述的激光扫描机构的分解结构示意图；

图9是根据本发明实施例所述的仿生机器鱼的鱼尾机构的剖视图；

图10是根据本发明实施例所述的仿生机器鱼的鱼尾机构的分解图；

图11是根据本发明实施例所述的关节模块的剖视图；

图12是根据本实用新型实施例所述的摄像头防水外壳的剖视图。

图中：

1、鱼头机构；2、鱼身机构；3、鱼尾机构；21、激光扫描仪；22、滑块；23、扫描机构电机；24、导杆；25、固定板；26、第一传动机构；27、锥齿轮；28、抱箍；29、支杆；31、防水外壳；32、输出轴；41、鱼尾；42、关节模块；43、防水驱动箱；44、关节电机；45、第二传动机构；46、关节连杆；47、鱼尾连杆；48、鱼尾外壳；49、腹鳍；51、第一主动声呐；52、第二主动声呐；53、被动声呐；61、双目摄像头；62、前壳体；63、后盖；64、胶槽；65、支架；210、传动固定板；211、顶杆；212、摆臂；213、限位开关；214、密封筒；215、密封胶套；216、支架。

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所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-12所示，根据本实用新型实施例所述的一种仿生机器鱼，包括鱼头机构1、鱼身机构2和鱼尾机构3，所述鱼头机构1的前侧设置有双目摄像头61和第一主动声呐51，所述鱼身机构2的左右两侧各设置有一个第二主动声呐52，所述第一主动声呐51与两个所述第二主动声呐52呈品字形排布；所述鱼头机构1的下部设置有激光扫描仪21，所述激光扫描仪21固定连接有可上下移动的滑块22，所述滑块22通过第一传动机构26连接有扫描机构电机23；所述鱼尾机构3包括鱼尾骨架，所述鱼尾骨架包括多级关节模块42，所述关节模块42包括防水驱动箱43，所述防水驱动箱43内设置有关节电机44，所述关节电机44通过第二传动机构45连接有输出轴32，所述输出轴32至少部分位于所述防水驱动箱43的外部，上一级所述关节模块42的输出轴32通过关节连杆46固定连接下一级所述关节模块42的防水驱动箱43，最后一级所述关节模块42的输出轴32通过鱼尾连杆47固定连接有鱼尾41；所述第一主动声呐51、所述第二主动声呐52、所述扫描机构电机23、所述双目摄像头61和所述关节电机44各连接有子控制器，所述子控制器连接主控制器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述鱼头机构1的下部设置有被动声呐53，所述被动声呐53通过与其对应的子控制器连接所述主控制器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述防水驱动箱43固定连接有防水外壳31，所述防水外壳31上至少开设有一个供所述输出轴32穿过的孔洞。或者，所述防水驱动箱43上至少开设有一个供所述输出轴32穿过的孔洞。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述滑块22滑动连接在竖直的导杆24上，所述导杆24固定连接在支架216上，所述支架216固定连接在固定板25上。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述固定板25通过支杆29固定连接有传动固定板210，所述传动固定板210固定连接所述扫描机构电机23。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述滑块22的顶部固定连接有顶杆211，所述传动固定板210铰接摆臂212的中部，所述摆臂212的一端与所述顶杆211相对应，所述摆臂212的另一端与限位开关213相对应。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述扫描机构电机23和所述限位开关213均设置在相应的密封筒214内，所述密封筒214与所述传动固定板210固定连接。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述传动固定板210上固定连接有密封胶套215，所述摆臂212靠近所述顶杆211的一端设置于所述密封胶套215内。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述双目摄像头61设置在摄像头防水外壳内，所述摄像头防水外壳包括前壳体62和后盖63，所述前壳体62与所述后盖63的连接处设置有胶槽64，所述胶槽64内填充有密封胶。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

本实用新型所述仿生机器鱼具有三个主动声呐和一个被动声呐53，三个主动声呐包括一个第一主动声呐51和两个第二主动声呐52，三个主动声呐用于测距。被动声呐53用于监听水声，其可通过监听水声来识别物体。三个主动声呐分时工作，时间间隔为200ms。

每个主动声呐配一个子控制器，被动声呐53配一个子控制器，双目摄像头61配一个子自控制器，电机13配一个子控制器，六个子控制器均连接主控制器。主控制器和子控制器均包括单片机或CPU。

仅设置三个主动声呐不可避免的会存在测量死角，为减少测量死角，本实用新型还设置了双目摄像头61来与三个主动声呐协同工作。

双目摄像头61通过与对应的子控制器相结合，可用于识别障碍物并依据双目视觉原理计算得到该障碍物与仿生机器鱼之间的距离。

前壳体62包括上半壳和下半壳，下半壳与上半壳可拆卸连接，下半壳上可拆卸地连接支架65，支架65用于固定双目摄像头61，支架65与上半壳可拆卸连接，并且其与上半壳的连接处设置有胶槽64，胶槽64内填充密封胶。

通过设置胶槽64和密封胶可有效提高连接处的防水效果。

双目摄像头将图像数据输出给对应的子控制器，该子控制器进行预处理将双目视差融合成深度距离值并将数据一起传送给主控制器，主动声呐和被动声呐53将测得的数据输出给对应的子控制器，该子控制器进行预处理后将数据传送给主控制器，主控制器通过无线图像传输模块和无线数据传输模块将数据传送给地面工作站，主控制器还通过无线通信模块连接地面工作站，地面工作站遥控激光扫描机构和鱼尾机构3动作。

仿生机器鱼采用三个单波束主动声呐和双目摄像头61来构成避障网络，根据量程不同，采用无迹kalman滤波算法对三个主动声呐和双目摄像头的数据进行融合，通过三个主动声呐和双目摄像头61获得的距离参数来进行实时观测，再反推出仿生机器鱼周围的障碍物大体轮廓，根据障碍物大体轮廓，进行转向和游速判断，从而实现避障。

激光扫描机构包括激光扫描仪21、滑块22、扫描机构电机23、导杆24、固定板25、第一传动机构26、锥齿轮27、抱箍28、支杆29、传动固定板210、顶杆211、摆臂212、限位开关213、密封筒214、密封胶套215、支架216等。

滑块22滑动连接在竖直的导杆24上，导杆24固定连接在支架216上，支架216固定连接在固定板25上。第一传动机构26为同步带传动机构。扫描机构电机23通过两个相互啮合的锥齿轮27连接同步带传动机构。滑块22的底部通过抱箍28固定连接激光扫描仪21。固定板25通过支杆29固定连接有传动固定板210，传动固定板210固定连接扫描机构电机23。滑块22的顶部固定连接有顶杆211，传动固定板210铰接摆臂212的中部，摆臂212的一端与顶杆211相对应，摆臂212的另一端与限位开关213相对应。扫描机构电机23和限位开关213均设置在相应的密封筒214内，密封筒214与传动固定板210固定连接。传动固定板210上固定连接有密封胶套215，摆臂212靠近顶杆211的一端设置于密封胶套215内。

扫描机构电机23、限位开关213均连接同一个子控制器，该子控制器连接主控制器。

扫描机构电机23通过锥齿轮27驱动第一传动机构26，第一传动机构26通过同步带驱动滑块22沿导杆24上下移动，滑块22带动激光扫描仪21上下移动，以使激光扫描仪21实现上下扫描，激光扫描仪21与主控制器连接，激光扫描仪21将扫描后的数据发送给主控制器，主控制器发送给地面工作站。

限位开关213用于对滑块22的上移量进行限制，摆臂212为杠杆机构，当滑块22上移并推动到摆臂212的一端向上翻转时，摆臂212的另一端向下翻转并触碰限位开关213，限位开关213将信号发送给控制器，控制器控制电机停止动作。

密封筒214、密封胶套215均用构建防水环境，用于防止外界的水对扫描机构电机23和限位开关213造成影响，密封筒214远离传动固定板210的一端设置有密封接头，用于过线。

鱼尾机构3包括关节模块42和鱼尾41，关节模块42包括防水驱动箱43，防水驱动箱43内设置有关节电机44，关节电机44通过第二传动机构45连接有输出轴32，关节模块42的一种实现方式是将防水驱动箱43固定连接防水外壳31，在防水外壳31上开设供输出轴32穿过的孔洞。关节模块42的另一种实现方式是在防水驱动箱43上开设供输出轴32穿过的孔洞。无论是哪种实现方式，上一级的关节模块42的输出轴32均通过关节连杆46固定连接下一级关节模块42的防水驱动箱43，最后一级关节模块42的输出轴32通过鱼尾连杆47固定连接鱼尾41；输出轴32上设置有方形连接端，关节连杆46和鱼尾连杆47上均开设有与方形连接端相配合的方孔。防水外壳31上可开设两个孔洞。或者，防水驱动箱43上开设两个孔洞。第二传动机构45为齿轮传动机构，齿轮传动机构包括多个彼此相互啮合的齿轮。关节模块42还包括鱼尾外壳48，防水驱动箱43和防水外壳31均位于鱼尾外壳48内。鱼尾外壳48上固定连接有对称的两个腹鳍49。

每一级的关节模块42通过关节电机44、输出轴32来驱动下一级关节模块42摆动，从而可通过多个关节电机44独立动作，实现逼真的仿生效果。

第一级关节模块42仅具有防水驱动箱43，防水驱动箱43上至少开设有一个供所述输出轴32穿过的孔洞，输出轴32与孔洞之间设置防水机构以实现良好的防水效果，其余级别的关节模块42均具有防水驱动箱43和防水外壳31，并在防水外壳31开设有供所述输出轴32穿过的孔洞，输出轴32与孔洞之间设置防水机构以实现良好的防水效果。

鱼身机构2与鱼头机构1固定连接，鱼身机构2与鱼尾机构3中第一级关节模块42的防水驱动箱43固定连接。

输出轴32上设置有方形连接端，方形连接端分别与关节连杆46上的方孔以及鱼尾连杆47上的方孔相配合，输出轴32转动时带动关节连杆46和鱼尾连杆47摆动，进而带动下一级关节模块42和鱼尾摆动。

齿轮传动机构起到减速器的作用。

防水驱动箱43和防水外壳31内均具有较大的闲置空间，在水中可具有较大的浮力。

鱼尾41由内部的金属骨架和包覆在外部的橡胶构成。

本发明实施例中，鱼尾骨架由三级关节模块42构成，位于中间一级的关节模块42的鱼尾外壳48上固定连接有对称的两个腹鳍49。腹鳍49用于起到辅助平衡的作用。

关节电机44通过齿轮传动机构带动输出轴32转动，输出轴32贯穿防水外壳31或防水驱动箱43，防水外壳31或防水驱动箱43上设置有两个孔洞，孔洞的孔径大于输出轴32的直径，每个孔洞与输出轴32之间设置防水机构来实现防水效果。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，采用三个品字形排布的主动声呐，覆盖面更大，并与双目摄像头相融合，有效减少测量死角，同时通过被动声呐监听水声来识别物体，从而可实现更有效的避障，并还可对水下地形地貌进行扫描，适应性广，多个关节电机独立动作，可实现逼真的仿生效果。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。