一种智能机器鱼的制作方法

【
技术领域：
】本实用新型涉及机器人
技术领域：
，尤其涉及一种智能机器鱼。
背景技术：
：船舶或自主水下航行器(auv)的制造技术大大提高了其水上航行能力，稳定性和效率。与船舶或auv不同，鱼类通过波动而不是在螺旋桨的帮助下游动，因此噪音较小，且机动性更好。“仿生学”的概念已经应用于现代机械设计。然而，现有技术中的仿生机器人鱼的设计方案还不能完全模仿天然鱼类，游动性能欠佳。技术实现要素：本实用新型所要解决的技术问题是提供一种智能机器鱼，能够通过设置视觉传感器实现自主跟踪和无线电发射器实现远程遥控模式；设置尾鳍具有直线往返机构实现1个自由度运动，胸鳍设有四连杆机构实现2自由度运动，鱼体实现3自由度运动，能够提高游动效率和推进能力。为解决上述技术问题，本实用新型一实施例提供了一种智能机器鱼，包括：壳体，设于壳体内的微控制器、执行器、尾鳍、胸鳍、电池、视觉传感器、无线电发射器，所述微控制器、执行器、尾鳍、胸鳍、电池、视觉传感器、无线电发射器通过电连接，所述壳体内部形成腔体，所述微控制器、执行器、尾鳍、胸鳍、电池、视觉传感器、无线电发射器与所述腔体通过螺钉固定连接，所述微控制器向执行器发出控制信号，执行器控制所述智能机器鱼的运动。优选地，所述电池为锂电池。优选地，所述腔体包括铝盘和丙烯酸。优选地，所述执行器包括直流电机和伺服电机。优选地，所述微控制器实施脉冲宽度调制控制。优选地，所述尾鳍设有直线往返机构。优选地，所述胸鳍设有四连杆机构。优选地，所述视觉传感器设于所述机器鱼的头部。优选地，所述视觉传感器接收并分析跟踪信息的数据。优选地，所述伺服电机控制所述机器鱼直接动作和增量动作。优选地，所述机器鱼外表面密封有硅胶。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：通过设置视觉传感器实现自主跟踪和无线电发射器实现远程遥控模式；设置尾鳍具有直线往返机构实现1个自由度运动，胸鳍设有四连杆机构实现2自由度运动，鱼体实现3自由度运动，能够提高游动效率和推进能力。【附图说明】为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本实用新型智能机器鱼电路原理图。图2是本实用新型智能机器鱼的设于尾鳍的直线往返机构结构示意图。图3是本实用新型智能机器鱼的尾鳍运动机制。图4是本实用新型智能机器鱼的胸鳍运动机制。图5是本实用新型智能机器鱼的直接动作和增量动作的转角过程示意图。【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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。图1是本实用新型智能机器鱼电路原理图。一种智能机器鱼，包括：壳体，设于壳体内的微控制器、执行器、尾鳍、胸鳍、电池、视觉传感器、无线电发射器，微控制器、执行器、尾鳍、胸鳍、电池、视觉传感器、无线电发射器通过电连接，壳体内部形成腔体，微控制器、执行器、尾鳍、胸鳍、电池、视觉传感器、无线电发射器与腔体通过螺钉固定连接，微控制器向执行器发出控制信号，执行器控制智能机器鱼的运动。电池为锂电池。腔体包括铝盘和丙烯酸。执行器包括直流电机和伺服电机。微控制器实施脉冲宽度调制控制。尾鳍设有直线往返机构。胸鳍设有四连杆机构。视觉传感器设于机器鱼的头部。视觉传感器接收并分析跟踪信息的数据。伺服电机控制机器鱼直接动作和增量动作。为了防水目的，机器鱼外表面密封有硅胶。如图1所示，微控制器设有串口和can接口。串口连接伺服电机和无线电发射器。can接口连接视觉传感器。微控制器将视觉传感器或无线电发射器的数据(控制指令)通过串口传给伺服电机工作。具体实施时，微控制器与无线电发射器通信时，可以加100ω的限流电阻。为了保持移动机器鱼的机动性和在没有电线连接的情况下，在水下表现良好的能力，机器鱼的电路和电源应该是鱼体内的模块。电源对于机器鱼的每一部分，要求各不相同，例如，视觉传感器和直流电机都需要12伏，ic需要5伏，伺服电机需要更高的电流输入，我们使用分离电路和iclm7805来实现机器鱼系统所需的功率并最小化噪声。视觉传感器安装在鱼的头部，其他电路和电池放在机器鱼的胃中。can总线是控制器局域网络(controllerareanetwork)的简称，由德国著名的汽车电子厂商bosch公司研发，并最终成为国际标准(iso11898)，专门为解决汽车中的控制仪器与测量仪器之间的数据通信而研发。由于其设计独特，比其他的通信总线优势明显，网络利用率高，cpu负荷低，可靠性好、性价比高等特点，成为目前国际上应用最广泛的现场总线之一，广泛的应用于过程工业、机械工业、机器人、数控机床和传感器等方面。can总线的优点：1)传输距离较远，通信速率在5kbps以下时传输距离最远可达10km；通信速率在1mbps时，通信距离在40m左右。2)双线通信，使用简单，具有可靠的检错机制和错误处理机制，检错能力强，误码率低。3)信息在传输过程中遭到破坏后，可自动重发，并且节点可以在重大错误下自动退出总线；4)具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过can控制器挂到can-bus上，形成多主机局部网络；5)实时性强、检错能力强、成本低，抗电磁干扰能力强、可在高噪声干扰环境中工作；can总线是工业现场总线，可以有效支持实时控制或分布式控制的串行网络，同时传输距离比其他串行通信总线远，如rs232和rs485。微控制器与视觉传感器进行数据交换，传输数据较多，rs232只能单对单传数据，rs485只能构成主从结构，实时性以及可靠性差，无法满足设计要求。可将传感器先转换成can总线接口后挂到can-bus上传输。机器鱼结构由铝盘和丙烯酸材料制成。支撑和塑造机器人鱼的外框架由铝和钢丝包裹在纸上，这种丝通常用于制造中国灯笼。用聚硅氧烷覆盖机器鱼的身体，使其防水。机器鱼的长度为56cm，体积为4510cm3。另外，增加了一些额外的重量来使鱼的重力和浮力更接近。物理特性如表1所示，将它现有机器鱼比较。可以发现，本文设计的机器鱼拥有更多的功能和自由度，并且利用本文提出的设计方案，机器鱼的性能更好。表1本实用新型机器鱼物理特性当机器鱼处于跟踪模式，机器鱼头部能够锁定跟踪目标，剩下的伺服电机在不同游动模式下触发不同的角度。该程序能够根据跟踪目标在视觉传感器中的x,y坐标来决定机器鱼是转弯还是直线巡航。在不同的水环境中预先调整视觉传感器的参数是必要的。通过微控制器发送指令使本实用新型仿生机器鱼跟踪特殊的颜色，因为跟踪会受到周围光线的影响，可以通过ycrcb颜色模式设置本实用新型仿生机器鱼白平衡。图2是本实用新型智能机器鱼的设于尾鳍的直线往返机构结构示意图。由于鱼的尾鳍通常不断摆动，微控制器应该具有产生脉冲宽度调制(pwm)的能力。尾鳍设有直线往返机构。对于这项研究，我们设计了一种叫做“苏格兰轭”的直线往返机构来完成尾鳍的日常工作。苏格兰轭机构可以将旋转运动转换为线性运动。一个特定的杆用于驱动尾鳍定期摆动。苏格兰轭，只需要一个直流电机来实现尾鳍波动，提供了一个与四连杆相比更为简单的正弦振幅输出，机器人尾鳍为鱼体提供推进力，但不会增加微控制器的处理任务。图3是本实用新型智能机器鱼的尾鳍运动机制。由于机构之间的摩擦和类似飞轮的效应，即直流电动机的动态旋转能量没有完全转变为尾鳍的动态摆动能量。我们在尾鳍上设立了1个自由度，以便模仿金枪鱼般或类似海豚的游动模式。当尾鳍水平旋转时，它就像海豚一样；垂直时，它处于金枪鱼般的游泳模式。图4是本实用新型智能机器鱼的胸鳍运动机制。本实用新型设计了一个用于胸鳍的四连杆机构，可以在转向或上下运动时改变横截面。伯努利原理表明当水流速增加时，外面的压力减少。因此我们改变胸鳍的横断面来获得升力。根据伯努利原理，我们假设胸鳍的横断面是均匀，平整的。所受浮力如下式表示：f浮力＝δp×a＝0.221kg/m·s2×0.007725m2＝0.0017n(2)式中，δp表示水的压强；ρ表示水的密度；v表示水的流速；a表示横断面面积。图5是本实用新型智能机器鱼的直接动作和增量动作的转角过程示意图。对本实用新型仿生机器鱼控制有两种方式，无线电发射器结合外部遥控器远程遥控模式和视觉传感器自动模式。无线电发射器结合外部遥控器远程遥控模式接收rf信号，然后解码并分析信号，执行器控制运动输出。视觉传感器自动模式首先初始化视觉传感器，然后接收并分析跟踪信息的特定数据，执行器控制运动输出。如图5所示，伺服电机控制方法有两种：直接动作和增量动作。直接动作是指当伺服电机接收到控制信号后便执行该方向动作。增量动作是指当在右转信号后接收到相同信号，机器鱼会执行右转的更大角度动作。在直接动作方法中，伺服电机接收控制信号，然后执行如表2中直接位置的动作，该方法机器鱼容易控制，但降低了运动效率。在增量动作方法中，微控制器连续确定控制信号并将它们与其最后的信号类型进行比较。例如，当机器人鱼在有右转信号后又接收到相同的信号时，它将执行很大的转向角度。然而，当控制信号在有右转信号后向左转弯时，机器人鱼将以较少的转弯角度游动。当控制信号是直线巡航时，机器人鱼将保持其动作，这种方法使机器人鱼游得更像真正的鱼，但它可能失去执行急转弯的能力。表2不同游动模式下伺服电机的角度伺服电机编号直线巡航停止左转右转上升下降10°0°45°-45°0°0°20°0°45°-45°-45°45°30°0°45°-45°45°-45°40°0°30°-30°0°0°545°0°45°45°-45°-45°电机112v0v12v12v12v12v注：正角度代表顺时针，负角度代表逆时针。由上述说明可知，使用根据本实用新型的智能机器鱼，通过设置视觉传感器实现自主跟踪和无线电发射器实现远程遥控模式；设置尾鳍具有直线往返机构实现1个自由度运动，胸鳍设有四连杆机构实现2自由度运动，鱼体实现3自由度运动，共能实现6自由度运动，能够提高游动效率和推进能力。以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。当前第1页12