一种面向环境监控的仿生机器鱼的制作方法

本实用新型涉及水下仿生机器鱼技术领域，具体涉及一种面向环境监控的仿生机器鱼。

背景技术：

随着人类对海洋资源开发的日益重视，相关海洋设备的需求日益旺盛，水下机器人被广泛应用于探索海洋的各个领域。仿生机器鱼作为水下机器人的一个重要分支，也得到了蓬勃发展。仿生机器鱼结合仿生学，机械设计，材料学，控制学科等多种技术。仿生机器鱼目前多应用为科学研究、科普展览，而对于生活生产的应用较少，尤其是针对河流湖泊海洋等水环境的水质监测方向更少。

目前水质监测大部分为某些固定点设置监测传感器，要详细的了解一条河流或一个湖泊的水环境状况，则需要设置很多点，这样不论是成本还是工期都会比较长。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种面向环境监控的仿生机器鱼，可以对水域的ph值、溶解度、温度、进行实时检测。

本实用新型的目的是采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的一种面向环境监控的仿生机器鱼，包括设有配重模块12和电池13的鱼身33、安装在鱼身一端并设有用于控制机器鱼上浮下潜的俯仰模块2和设有用于实现机器鱼游动方向改变的左右转弯模块3的鱼头1、通过游动模块9安装在鱼身另一端并用于为机器鱼的游动提供动力的尾鳍10、安装在鱼身背部的背鳍4、安装在鱼身腹部的腹鳍11。

优选的，所述游动模块9包括设置在鱼身内部的密封舱壳16，安装在密封舱壳16内部的电机8，安装在密封舱壳16端部的尾鳍盖23；所述尾鳍盖23与密封舱壳16的接触面上安装有用于静密封的第一o型圈24，所述尾鳍盖23设有向密封舱壳16内部延伸且端部与电机8的外壳相固接的第一延伸部231，所述第一延伸部231内部形成有用于安装电机传动轴17的空腔，所述电机传动轴17的一端与电机8的输出轴相固接，另一端穿过空腔与伞齿轮19相固接，所述尾鳍盖23的端部还设有台阶233和向远离密封舱壳16方向延伸的第二延伸部232，所述台阶233上安装有用于旋转密封的泛塞压盖22，所述泛塞压盖22与尾鳍盖23的接触面上安装有用于静密封的第二o型圈25，所述泛塞压盖22的一端与电机传动轴17之间安装有泛塞密封圈26，泛塞压盖22的另一端与电机传动轴17之间安装有轴承18，所述第二延伸部232上安装有用于固接鱼尾固定架21的摆动轴20，所述伞齿轮19与套固在摆动轴20上的另一个伞齿轮相啮合，所述鱼尾固定架21上安装有尾鳍10。

优选的，所述左右转弯模块3为第一摆动装置35。

优选的，所示俯仰模块2包括对称设置在鱼头1两侧并通过调节自身方向来控制机器鱼上浮下潜的两个胸鳍15、安装在鱼头内部的上浮下潜架32和安装在上浮下潜架32内的第二舵机31，所述第二舵机31输送轴的两端分别与对称分布的两个胸鳍轴30相固接，每个胸鳍轴30的端部均穿出鱼头1的外壳与对应侧的胸鳍15相固接。

优选的，所述第一摆动装置35包括舵机固定架27、安装在舵机固定架27里的舵机28、以及安装在舵机28输出轴上的摆动架29，所述第一摆动装置35的摆动架与鱼头1相固接，所述第一摆动装置35的舵机固定架与鱼身33相固接。

优选的，所述机器鱼上还包括安装在鱼身33上的控制模块7、用于测量水质的水质监测传感器14，安装在背鳍上的gps天线5和无线通信天线6，所述水质监测传感器14、gps天线5、无线通信天线6、电池13、位于游动模块9内的电机8、位于第一摆动装置35内的舵机、位于俯仰模块2内的第二舵机31均与控制模块7电性连接。

优选的，所述左右转弯模块包括摆动段34、位于摆动段34内并用于和鱼身相连接、同时用于控制机器鱼左右摆动的的第三摆动装置37。

优选的，所述俯仰模块包括位于摆动段34内用于控制机器鱼上浮下潜的第二摆动装置36。

优选的，所述第三摆动装置37与第二摆动装置36的结构相同，均包括舵机固定架、安装在舵机固定架里的舵机、以及安装在舵机输出轴上的摆动架，所述第三摆动装置37的摆动架与鱼身33相固接、第三摆动装置37的舵机固定架安装在摆动段34内；所述第二摆动装置36的舵机固定架和舵机均安装在摆动段34内、第二摆动装置36的摆动架与鱼头1相固接。

优选的，所述机器鱼上还包括安装在鱼身33上的控制模块7、用于测量水质的水质监测传感器14，安装在背鳍上的gps天线5和无线通信天线6，所述水质监测传感器14、gps天线5、无线通信天线6、电池13、位于游动模块9内的电机8、位于第二摆动装置36内的舵机和位于第三摆动装置37内的舵机均与控制模块7电性连接。

本实用新型提出的一种面向环境监控的仿生机器鱼具有如下优点：

1、本实用新型可以对不同水域的ph值、溶解度、温度、氨氮含量、电导率、水质硬度和浑浊度等多个参数进行实时检测。

2、本实用新型的机器鱼可按照预定的轨迹进行巡游，并检查设定轨迹位置的水质数据。

3、本实用新型在机械设计上采用了模块化设计，不仅减少了重复设计、重复加工，降低了相关开发成本，还缩短了研发工期。

以上说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型一种面向环境监控的仿生机器鱼实施例一的整体示意图。

图2为图1所示机器鱼的俯视图。

图3为图1所示机器鱼中俯仰模块的示意图。

图4为图1所示机器鱼中第一摆动装置、第二摆动装置、第三摆动装置的示意图。

图5为图4的正面示意图。

图6a至6c为图1所示机器鱼中俯仰模块的三种状态示意图。

图7为图1所示机器鱼中密封舱盖与尾鳍的连接示意图。

图8为图7中a-a的剖视图。

图9为图8中b处的放大示意图。

图10为本实用新型一种面向环境监控的仿生机器鱼实施例二的整体示意图。

图11为图10所示机器鱼的剖视图。

【附图标记】

1-鱼头，2-俯仰模块，3-左右转模块，4-背鳍，5-gps天线，6-无线通讯天线，7-控制模块，8-电机，9-游动模块，10-尾鳍，11-腹鳍，12-配重模块，13-电池，14-水质监测传感器，15-胸鳍，16-密封舱壳，17-电机传动轴，18-轴承，19-伞齿轮，20-摆动轴，21-鱼尾固定架，22-泛塞压盖，23-尾鳍盖、231-第一延伸部、232-第二延伸部、233-台阶，24-第一o型圈，25-第二o型圈，26-泛塞密封圈，27-舵机固定架，28-舵机，29-摆动架，30-胸鳍轴，31-第二舵机，32-上浮下潜架，33-鱼身，34-摆动段，35-第一摆动装置，36-第二摆动装置,37-第三摆动装置。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采用的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实例，对依据本实用新型提出的一种面向环境监控的仿生机器鱼其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

在本实用新型的描述中，在本实施例中以“鱼头”所在的的方向为前，以“尾鳍”所在的方向为后，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或者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，因而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一

请参阅图1至图2，本实施例一种面向环境监控的仿生机器鱼，包括设有配重模块12的鱼身33、安装在鱼身前端并设有俯仰模块2和左右转弯模块3的鱼头、通过游动模块9安装在鱼身尾端的尾鳍10、安装在鱼身背部的背鳍4、安装在鱼身腹部的腹鳍11。

请参阅图2及图3，所示俯仰模块2用于控制机器鱼上浮下潜，包括左右对称设置在鱼头1两侧并通过调节自身方向来控制机器鱼上浮下潜的两个胸鳍15、安装在鱼头内部的上浮下潜架32和安装在上浮下潜架32内的第二舵机31，所述第二舵机31输送轴的两端分别与左右对称分布的两个胸鳍轴30相固接，每个胸鳍轴30的端部均穿出鱼头1的外壳与对应侧的胸鳍15相固接，第二舵机31通过调整胸鳍15的位置使机器鱼实现上浮或者下潜，具体是：俯仰模块2通过控制胸鳍15的角度从而控制机器鱼实现上浮或者下潜，请参阅图6a,当胸鳍15处于水平状态时机器鱼正常游动，请参阅图6b,当胸鳍15相对于鱼头向下转动时机器鱼上浮，请参阅图6c,当胸鳍15相对于与鱼头向上转动时机器鱼下潜。

所述左右转弯模块3通过控制鱼头1的方向的改变从而实现机器鱼左右转弯，该左右转弯模块3为第一摆动装置35，请参阅图4、图5，所述第一摆动装置35包括舵机固定架27，安装在舵机固定架27里的舵机28，以及安装在舵机28输出轴上的摆动架29，所述摆动架29在舵机28的带动下实现摆动，所述第一摆动装置35的的摆动架与鱼头1相固接，所述第一摆动装置35的舵机固定架与鱼身33相固接，游动时，第一摆动装置35带动鱼头左右摆动实现机器鱼的转向。

请参阅图7至图9，所述游动模块9用于带动尾鳍10摆动为机器鱼的游动提供动力，所述游动模块9包括设置在鱼身内部的密封舱壳16，安装在密封舱壳16内部的电机8，安装在密封舱壳16后端的尾鳍盖23，所述尾鳍盖23与密封舱壳16的接触面上安装有用于静密封的第一o型圈24，所述尾鳍盖23设有向密封舱壳16内部延伸的第一延伸部231，所述第一延伸部231的端部与电机8的外壳相固接，所述第一延伸部231内部形成有用于安装电机传动轴17的空腔，所述电机传动轴17一端与电机8的输出轴相固接，另一端穿过空腔与伞齿轮19相固接，所述尾鳍盖23的后端还设有台阶233和向远离密封舱壳16方向延伸的第二延伸部232，所述台阶233上安装有用于旋转密封的泛塞压盖22，所述泛塞压盖22与尾鳍盖23的接触面上安装有用于静密封的第二o型圈25，所述泛塞压盖22的前端与电机传动轴17之间安装有泛塞密封圈26，泛塞压盖22的后端与电机传动轴17之间安装有轴承18，所述第二延伸部232上安装有用于固接鱼尾固定架21的摆动轴20，伞齿轮19与套固在摆动轴20上的另一个伞齿轮相啮合，所述鱼尾固定架21上安装有尾鳍10；启动电机8，电机8带动电机传动轴17转动，通过一组伞齿轮带动摆动轴20转动，固定在摆动轴20上的鱼尾固定架21带动尾鳍10摆动，电机8正反转，通过伞齿轮传动使鱼尾10摆动，为机器鱼的游动提供动力，所述电机8是一个带编码器的电机，能计算出鱼尾摆动幅度及具体位置，通过控制电机转动的方向和幅度来实现鱼尾的摆动，可以实现左右对称摆动，也可以实现单侧摆动。当左右对称摆动时，可以实现直行，当单侧左摆动时可以实现左转弯，反之右转弯。

所述密封舱壳16内还设有用于为机器鱼提供电力的电池13。

请参阅图1，所述机器鱼上还设有安装在鱼身33上的控制模块7，用于测量水质的水质监测传感器14，安装在背鳍上的gps天线5和无线通信天线6，所述水质监测传感器14、gps天线5、无线通信天线6、电池13、位于游动模块9内的电机8、位于第一摆动装置35内的舵机、位于俯仰模块2内的第二舵机31均与控制模块7电性连接。

所述水质监测传感器14通过搭载ph传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、电导率传感器和浑浊度传感器，采集机器鱼周围的水质相关参数，从而可以实时监测不同水域的ph值、溶解度、温度、氨氮含量、电导率、水质硬度和浑浊度等多个参数，该水质监测传感器14将采集的参数传递至控制模块7，控制模块7对采集的数据进行处理并通过lora天线传送至地面的遥控器，遥控器将这些水质数值保存并通过安装遥控器上的显示屏显示出来。

操作者可通过gps天线5，可以对机器鱼实时定位跟踪；操作者还可以在需要检测的水域地图上画一个游动路线，通过无线通讯设备控制机器鱼按照设定路线进行游动，使机器鱼按照规定路线去监测目标区域的水质状况。

实施例二

请参阅图1至图2，本实施例一种面向环境监控的仿生机器鱼，包括设有配重模块12的鱼身33、安装在鱼身前端并设有俯仰模块2和左右转弯模块3的鱼头、通过游动模块9安装在鱼身尾端的尾鳍10、安装在鱼身背部的背鳍4、安装在鱼身腹部的腹鳍11。本实施例与实施例一的区别仅在于：俯仰模块和左右转弯模块，其余一致，不再重述。

请参阅图10、图11，本实施例中所述左右转弯模块包括摆动段34、位于摆动段34内并用于和鱼身相连接的第三摆动装置37，所述第三摆动装置37的结构与第一摆动装置35的结构一样，所述第三摆动装置37的摆动架与鱼身33相固接，第三摆动装置的舵机固定架安装在摆动段34内，所述第三摆动装置37中舵机的输出轴沿竖直方向延伸，从而带动摆动段及鱼头1左右摆动实现机器鱼的转向，本实施例中左右转弯模块3通过摆动段34左右转弯从而带动鱼头实现游动方向左右的改变。

本实施例中，所述俯仰模块包括位于摆动段34内的第二摆动装置36，所述第二摆动装置36与第一摆动装置35的结构一样，所述第二摆动装置36的舵机固定架和舵机均安装在摆动段34内，所述第二摆动装置36的摆动架与鱼头1相固接，第二摆动装置36中舵机的输出轴沿水平方向延伸，本实施例中，俯仰模块通过第二摆动装置36控制鱼头1上下摆动实现机器鱼实现上浮者下潜。当然本实用新型不限于此，在本实用新型的其他实施例中，也可以通过第三摆动装置37带动机器鱼上下浮潜、通过第二摆动装置36带动机器鱼实现左右摆动，此时第三摆动装置37的舵机输出轴沿水平方向延伸，第二摆动装置36舵机的输出轴沿竖直方向延伸。

请参阅图11，所述机器鱼上还设有安装在鱼身33上的控制模块7，用于测量水质的水质监测传感器14，安装在背鳍上的gps天线5和无线通信天线6，所述水质监测传感器14、gps天线5、无线通信天线6、电池13、位于游动模块9内的电机8、位于第二摆动装置36内的舵机、位于第三摆动装置37内的舵机均与控制模块7电性连接。

本实用新型中无线通讯天线6采用lora天线远距离通信，该天线在郊区空旷地区通信距离可达15km，该无线通讯天线6与无线遥控器进行无线通信，操作者通过无线遥控的方式进行手动遥控指挥，使机器鱼游动到目的地，进行检测(操作者可以在需要检测的水域地图上画一个游动路线，机器鱼会按照设定路线进行检测。也可以通过无线遥控的方式进行手动遥控指挥，使机器鱼游动到目标地，进行检测)。

本实用新型通过在机器鱼平台上搭载惯导模块，该惯导模块为现有技术，在此不再赘述，通过惯导可以掌握机器鱼实时位置、姿态以及所在的方向，再通过编写的核心算法和控制可按照预定的轨迹进行巡游，并检查设定轨迹位置的水质数据的功能。

本实用新型中，机器鱼是一个活动的平台，这个平台上搭载水质传感器，可以随时随地的检测不同水域的环境状况，而且该机器鱼可按照预定的轨迹进行巡游，并检查设定轨迹位置的水质数据；此外为了满足不同客户对外观的不同要求，本实用新型在机械设计上采用了模块化设计，游动模块，转弯模块和浮潜模块分别单独进行防水设计，通过不同形状的外壳挂载在对应模块上，实现模块化设计，减少了重复设计、重复加工，降低了相关开发成本，缩短了研发工期。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。