一种水中探测仿生机器鱼及其系统控制方法

本发明涉及一种用于水下探测用的仿生式的机器鱼及其系统控制方法。

背景技术：

机器鱼是一种从外形结构来看与自然界的鱼类十分相像的机器结构，为了达到探测、测绘等目的，通常在这种机械设备的基础上还设置有电子器件，例如加载了一些化学传感器。

这种机械结构的机器鱼具有自动游行的功能，通过在地下水中的游动，就可以移动至不同的位置或者深度，然后在这些位置就能够通过探测元件而完成一定的探测、测量的目的。另外，在一些针对水下污染物的去除技术方面，这种机器鱼也能够起到很好的作用，其可以深入到水下之后，定向识别污染物并且捕获污染物，具有很好的灵活性和适应性。

然而，这种机器鱼虽然应用的场合颇多，具有很好地应用前景，但是在实际的应用工作中也发现了一些技术问题，特别是这种机器鱼在水下运动的时候，其鱼身的灵活性不足，难以做到自然界的鱼的那种翻身动作，而鱼的翻身动作具有十分好的自然适应性，例如能够快速进行转向、避开障碍物，然而，现有技术中对于机器鱼的鱼身结构的这种翻身功能的实现还有待改进。

技术实现要素：

为解决上述技术中存在的问题，本发明提供一种方便对于机器鱼的鱼身部位进行快速、自然地曲线翻身以实现轻松转向和避开障碍物的目的。

本发明提供的一种水中探测仿生机器鱼，其包括依次连接的鱼头部、鱼身结构和鱼尾结构，所述鱼头部内设置有驱动电机、绞盘和拉绳，所述拉绳盘绕在所述绞盘上，所述驱动电机与所述绞盘的收放轴连接，所述拉绳的外端与所述鱼尾部的鱼尾外壳连接；所述鱼身结构内设置有翻身组件，所述翻身组件包括多个依次连接的连接单元，所述连接单元包括翻转板和铰接杆，所述铰接杆的两端分别与相邻的两个翻转板连接；所述翻身组件还包括直线式复位弹簧，所述直线式复位弹簧依次连接多个所述连接单元。

上述方案的有益效果为：通过这种结构的设置，通过拉绳的收紧动作，就能够带动鱼头部结构带动整个的多个连接单元进行翻转运动，并且使得原本呈现直线状态的鱼身结构逐渐转换为弯曲状态，并且这种弯曲状态还能够根据拉绳在绞盘上的收纳状态而进行弯曲程度的快速调节，进而很好地完成了对于鱼身结构的翻身弯曲调整，快速、简单，具有很好地适应性。

一个优选的方案是，所述翻转板为z字形板体，所述z字形板体包括依次连接的第一横向板、第一竖向板和第二横向板，所述第一竖向板与所述第二横向板形成缺口凹槽位置，所述缺口凹槽位置用于卡合放置相邻的另外一个翻转板的第一横向板；

所述第二横向板上具有第二竖向板，所述第二竖向板通过翻转轴连接在相邻的另外一个翻转板的第一横向板上。

上述方案的有益效果为：当进行翻身动作的时候，相邻两个z字形板体以翻转轴的位置进行翻转移动，并且通过相邻的铰接杆进行带动，并且当完成翻身动作之后，需要恢复直线式状态的时候则复位弹簧带动z字形板体自动归位，而使得多个连接单元自动呈现直线放置状态。

一个优选的方案是，所述鱼尾结构的鱼尾外壳内设置有安装板，所述安装板上设置有第一摇摆电机，所述第一摇摆电机与万向结构连接，所述万向结构与尾部框体连接，所述尾部框体具有旋转头，所述旋转头连接在所述万向结构的下游端部，所述旋转头上设置有旋转曲柄、摆动u型体、转动块、支撑轴杆，所述转动块可转动地套设在所述支撑轴杆上，所述转动块与仿鱼尾板连接，所述摆动u型体铰接在所述转动块上，所述摆动u型体与所述旋转曲柄铰接。

一个优选的方案是，所述安装板下方设置有下层平台，所述下层平台上设置有第二摇摆电机，所述第二摇摆电机与旋转插头连接，所述旋转插头的端头设置在两个夹持片之间，两个夹持片依次与第一摆动杆、第二摆动杆和第三摆动板连接，所述第一摆动杆可转动地设置在支撑杆体上，所述第二摆动杆的上下两端分别与所述第一摆动杆和第三摆动杆连接，所述第三摆动杆的内端与所述安装板铰接，所述第三摆动杆的外端与所述支撑轴杆连接，所述尾部框体连接在所述第三摆动杆上。

一个优选的方案是，所述万向结构包括第一固定杆、第一固定块、相对设置的两个第一铰接轴杆、相对设置的两个第二铰接轴杆，第二固定杆，所述第一铰接轴杆与所述第二铰接轴杆铰接连接，所述第一固定杆和第二固定杆铰接连接，所述第一铰接轴杆铰接在所述第一固定块上，所述第二铰接轴杆铰接在所述第二固定块上，所述第一固定块和第二固定块分别设在所述第一固定杆和第二固定杆上，所述第一固定杆连接在所述第一摇摆电机的输出轴上，所述第二固定杆通过第二固定块连接在所述尾部框体上。

本发明提供的水中探测仿生机器鱼的系统控制方法，其包括下面步骤：

s1:在初始状态下的时候，所述鱼头部、鱼身结构和鱼尾结构处于直线布置状态，所述直线式复位弹簧处于直线式自然拉伸状态，多个所述连接单元处于平直放置状态，所述绞盘上的拉绳缠开的长度处于相对较长的状态；

s2：所述绞盘上的拉绳由相对较长逐渐转换为相对较短状态，即所述驱动电机带动所述绞盘转动，使得所述拉绳逐渐缠绕在所述绞盘上；相应地，所述翻身组件开始变化，相邻的两个翻转板在铰接杆的拉动作用下逐渐相对运动，即两个翻转板之间呈现一定的倾斜角度变化；并且，通过所述拉绳在所述绞盘上缠绕的程度，会使得相邻两个翻转板之间的夹角程度变大，进而使得整个鱼身结构的弯曲程度加大；此时，所述直线式复位弹簧相应发生形变形成弯曲结构；

s3:当所述绞盘上的拉绳由相对较短逐渐转换为相对较长状态，即所述驱动电机带动所述绞盘转动，使得所述拉绳逐渐在所述绞盘缠开后；所述直线式复位弹簧带动所述连接单元进行自动复位。

一个优选的方案是，所述翻转板为z字形板体，所述z字形板体包括依次连接的第一横向板、第一竖向板和第二横向板，所述第一竖向板与所述第二横向板形成缺口凹槽位置，所述缺口凹槽位置用于卡合放置相邻的另外一个翻转板的第一横向板；所述第二横向板上具有第二竖向板，所述第二竖向板通过翻转轴连接在相邻的另外一个翻转板的第一横向板上；

该系统控制方法包括下面的步骤：当相邻的两个翻转板进行运动的时候，在铰接杆的带动下，第二个翻转板以翻转轴为支点相对于第一个翻转板进行转动；当处于直线放置状态的时候，则第二个翻转板的第一横向板进入到所述缺口凹槽位置内进行放置。

一个优选的方案是，所述鱼尾结构的鱼尾外壳内设置有安装板，所述安装板上设置有第一摇摆电机，所述第一摇摆电机与万向结构连接，所述万向结构与尾部框体连接，所述尾部框体具有旋转头，所述旋转头连接在所述万向结构的下游端部，所述旋转头上设置有旋转曲柄、摆动u型体、转动块、支撑轴杆，所述转动块可转动地套设在所述支撑轴杆上，所述转动块与仿鱼尾板连接，所述摆动u型体铰接在所述转动块上，所述摆动u型体与所述旋转曲柄铰接；

该系统控制方法包括下面的步骤：所述第一摇摆电机提供旋转动力，所述万向结构把动力传送给所述尾部框体上设置的旋转头，所述旋转头进行转动的时候则相应带动所述旋转曲柄进行转动，相应地使得所述摆动u型体以铰接位点为支点进行转动，进而使得所述转动块形成左右摆动的效果，进而通过转动块带动所述仿鱼尾板进行摆动效果进而达到游动的目的。

一个优选的方案是，所述安装板下方设置有下层平台，所述下层平台上设置有第二摇摆电机，所述第二摇摆电机与旋转插头连接，所述旋转插头的端头设置在两个夹持片之间，两个夹持片依次与第一摆动杆、第二摆动杆和第三摆动板连接，所述第一摆动杆可转动地设置在支撑杆体上，所述第二摆动杆的上下两端分别与所述第一摆动杆和第三摆动杆连接，所述第三摆动杆的内端与所述安装板铰接，所述第三摆动杆的外端与所述支撑轴杆连接，所述尾部框体连接在所述第三摆动杆上；

该系统控制方法包括下面的步骤：所述第二摇摆电机提供动力，然后使得所述旋转插头进行转动，相应使得所述旋转插头的端头带动所述夹持片进行左右摆动运动，所述第一摆动杆、第二摆动杆和第三摆动杆相应进行摆动运动，进而使得所述尾部框体进行摆动运动，进而使得所述仿生鱼尾的摆动幅度加大。

一个优选的方案是，所述万向结构包括第一固定杆、第一固定块、相对设置的两个第一铰接轴杆、相对设置的两个第二铰接轴杆，第二固定杆，所述第一铰接轴杆与所述第二铰接轴杆铰接连接，所述第一固定杆和第二固定杆铰接连接，所述第一铰接轴杆铰接在所述第一固定块上，所述第二铰接轴杆铰接在所述第二固定块上，所述第一固定块和第二固定块分别设在所述第一固定杆和第二固定杆上，所述第一固定杆连接在所述第一摇摆电机的输出轴上，所述第二固定杆通过第二固定块连接在所述尾部框体上；

该系统控制方法包括下面的步骤：当所述尾部框体带动所述第二固定块进行左右摆动的时候，则所述第二固定杆相对于所述第一固定杆进行摆动铰接运动，同时，所述第二铰接杆相对于所述第一铰接杆进行摆动铰接运动。

附图说明

图1是本发明的水中探测仿生机器鱼的结构示意图。

图2是本发明的水中探测仿生机器鱼的结构示意图。

图3是本发明的水中探测仿生机器鱼的结构示意图。

图4是本发明的水中探测仿生机器鱼的结构示意图。

图5是本发明的水中探测仿生机器鱼的结构示意图。

图6是本发明的水中探测仿生机器鱼的鱼身结构即图3中a区域的结构示意图。

图7是本发明的水中探测仿生机器鱼的鱼尾结构即图5中的b区域的结构示意图。

图8是本发明的水中探测仿生机器鱼的夹持片区域的结构示意图。

图9是本发明的水中探测仿生机器鱼的万向结构的结构示意图。

图10是本发明的水中探测仿生机器鱼的尾部框体区域的结构示意图。

具体实施方式

第一实施例：

如图1至图10所示，本发明提供的一种水中探测仿生机器鱼，其包括依次连接的鱼头部10、鱼身结构20和鱼尾结构30，鱼头部10内设置有驱动电机11、绞盘12和拉绳13，拉绳13盘绕在绞盘12上，驱动电机11与绞盘12的收放轴连接，拉绳13的外端与鱼尾部30的鱼尾外壳31连接；鱼身结构20内设置有翻身组件21，翻身组件21包括多个依次连接的连接单元22，连接单元22包括翻转板25和铰接杆24，铰接杆24的两端分别与相邻的两个翻转板25连接；翻身组件21还包括直线式复位弹簧26，直线式复位弹簧26依次连接多个连接单元22。

翻转板25为z字形板体，z字形板体包括依次连接的第一横向板27、第一竖向板28和第二横向板29，第一竖向板28与第二横向板形29成缺口凹槽位置，缺口凹槽位置用于卡合放置相邻的另外一个翻转板25的第一横向板27；第二横向板29上具有第二竖向板281，第二竖向板281通过翻转轴251连接在相邻的另外一个翻转板25的第一横向板27上。

本发明提供的水中探测仿生机器鱼的系统控制方法，其包括下面步骤：

s1:在初始状态下的时候，鱼头部10、鱼身结构20和鱼尾结构30处于直线布置状态，直线式复位弹簧26处于直线式自然拉伸状态，多个连接单元22处于平直放置状态，绞盘12上的拉绳13缠开的长度处于相对较长的状态；

s2：绞盘12上的拉绳13由相对较长逐渐转换为相对较短状态，即驱动电机11带动绞盘13转动，使得拉绳13逐渐缠绕在绞盘12上；相应地，翻身组件21开始变化，相邻的两个翻转板25在铰接杆24的拉动作用下逐渐相对运动，即两个翻转板25之间呈现一定的倾斜角度变化；并且，通过拉绳13在绞盘12上缠绕的程度，会使得相邻两个翻转板25之间的夹角程度变大，进而使得整个鱼身结构20的弯曲程度加大；此时，直线式复位弹簧26相应发生形变形成弯曲结构；

s3:当绞盘12上的拉绳13由相对较短逐渐转换为相对较长状态，即驱动电机11带动绞盘12转动，使得拉绳13逐渐在绞盘12缠开后；直线式复位弹簧26带动连接单元22进行自动复位。

该系统控制方法包括下面的步骤：当相邻的两个翻转板25进行运动的时候，在铰接杆的带动下，第二个翻转板25以翻转轴251为支点相对于第一个翻转板25进行转动；当处于直线放置状态的时候，则第二个翻转板25的第一横向板27进入到缺口凹槽位置内进行放置。

第二实施例：

优选地，在图7中，本实施例的鱼尾结构30的鱼尾外壳31内设置有安装板32，安装板32上设置有第一摇摆电机33，第一摇摆电机33与万向结构34连接，万向结构34与尾部框体35连接，尾部框体35具有旋转头36，旋转头36连接在万向结构34的下游端部，旋转头36上设置有旋转曲柄37、摆动u型体38、转动块39、支撑轴杆40，转动块39可转动地套设在支撑轴杆40上，转动块39与仿鱼尾板41连接，摆动u型体38铰接在转动块39上，摆动u型体38与旋转曲柄37铰接；

该系统控制方法包括下面的步骤：第一摇摆电机33提供旋转动力，万向结构34把动力传送给尾部框体35上设置的旋转头36，旋转头36进行转动的时候则相应带动旋转曲柄37进行转动，相应地使得摆动u型体38以铰接位点为支点进行转动，进而使得转动块39形成左右摆动的效果，进而通过转动块39带动仿鱼尾板41进行摆动效果进而达到游动的目的。

在图8中，安装板32下方设置有下层平台42，下层平台42上设置有第二摇摆电机43，第二摇摆电机43与旋转插头44连接，旋转插头44的端头设置在两个夹持片45之间，两个夹持片45依次与第一摆动杆46、第二摆动杆47和第三摆动板48连接，第一摆动杆46可转动地设置在支撑杆体49上，第二摆动杆47的上下两端分别与第一摆动杆46和第三摆动杆48连接，第三摆动杆48的内端与安装板32铰接，第三摆动杆48的外端与支撑轴杆40连接，尾部框体35连接在第三摆动杆48上；

该系统控制方法包括下面的步骤：第二摇摆电机43提供动力，然后使得旋转插头44进行转动，相应使得旋转插头44的端头带动夹持片45进行左右摆动运动，第一摆动杆46、第二摆动杆47和第三摆动杆48相应进行摆动运动，进而使得尾部框体35进行摆动运动，进而使得仿生鱼尾的摆动幅度加大。

在图9中，万向结构34包括第一固定杆341、第一固定块342、相对设置的两个第一铰接轴杆343、相对设置的两个第二铰接轴杆344，第二固定杆345，第一铰接轴杆与343第二铰接轴杆344铰接连接，第一固定杆341和第二固定杆345铰接连接，第一铰接轴杆343铰接在第一固定块342上，第二铰接轴杆344铰接在第二固定块346上，第一固定块342和第二固定块346分别设在第一固定杆341和第二固定杆345上，第一固定杆341连接在第一摇摆电机33的输出轴331上，第二固定杆345通过第二固定块346连接在尾部框体35上；

该系统控制方法包括下面的步骤：当尾部框体35带动第二固定块345进行左右摆动的时候，则第二固定杆346相对于第一固定杆341进行摆动铰接运动，同时，第二铰接杆344相对于第一铰接杆343进行摆动铰接运动。

通过这种结构的设置，通过拉绳的收紧动作，就能够带动鱼头部结构带动整个的多个连接单元进行翻转运动，并且使得原本呈现直线状态的鱼身结构逐渐转换为弯曲状态，并且这种弯曲状态还能够根据拉绳在绞盘上的收纳状态而进行弯曲程度的快速调节，进而很好地完成了对于鱼身结构的翻身弯曲调整，快速、简单，具有很好地适应性。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。