子母式仿生机器鱼系统技术方案

本发明专利技术一种子母式仿生机器鱼系统，涉及仿生机器人技术，由母机器鱼（简称母机）和子机器鱼（简称子机）组成。母机体积较大，运动和续航能力强，装有一个可以开启和关闭的运载舱，能够装载一台或者多台子机；子机体积较小，机动灵活，且不同子机的功能、体积也可能不相同，由母机运载到目的地后，与母机脱离，在母机的带领下执行任务或独立执行任务。母机与各子机可以通过彼此间通讯，完成子机出舱、进舱等协调行为。本发明专利技术能够根据环境、任务的不同，提供适应不同环境需求的多水下机器人作业平台，可以充分发挥每个个体的特点，有利于提高效率、拓宽系统的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仿生机器人
，特别是一种子母式仿生机器鱼系统。
技术介绍
20世纪90年代以前对于鱼类仿生学的研究主要集中于理论方面，随着 鱼类推进机理研究的深入和机器人技术的发展，1994年MIT的M. Triantafyllou研究组成功研制了世界上第一条真正意义上的仿生机器 鱼，此后，结合仿生学、电子技术、材料科学和控制技术的新发展，仿生 机器鱼的研究逐渐成为机器人领域的研究热点。在国外，美国、日本、英国等国家开展了许多仿生机器鱼研究项目， 产生了一批实验样机。美国麻省理工学院根据提出的鱼尾推进的"射流推 进理论"，研制出仿生金枪鱼和仿生梭鱼。美国东北大学海洋科学中心利 用形状记忆合金(SMA)和连杆机构开发了波动推进的机器鳗鱼。美国新 墨西哥大学Methran Mojarrad研究小组利用高分子电解质离子交换膜 IEM，镀在仿生鱼鳍的金属簿片上，通过外加电场实现人造合成肌肉运动， 产生类似鳗鱼的游动方式。日本东京大学研制了两关节自推进的机器海豚。Kato等研究了对胸鳍推进机构的控制，并开发了机器鱼样机黑鲈 (Blackbass)。日本名古屋大学Fukuda教授研制出形状记忆合金驱动微 型身体波动式水下推进器和压电陶瓷驱动的双鳍鱼型微机器人。此外，英 国Essex大学设计了具有三维运动能力的机器鱼。在国内，哈尔滨工程大学在国防基金的支持下开展了仿生机器章鱼的 研究工作。北京航空航天大学机器人研究所设计研制了机器鳗鱼、机器海 豚以及采用扁平宽大的斧形水动力外型的SPC仿生机器鱼。中科院沈阳自 动化研究所制作了两关节的仿生机器鱼模型。北京大学力学与工程科学系 研制了仿生海豚样机。中科院北京自动化研究所也开展了一系列工作，先 后研发出仿鰺科机器鱼、三维运动机器鱼等。随着机器鱼应用范围的扩展，环境复杂性逐渐增加，在一些特殊的环 境下，单纯一类仿生机器鱼可能无法满足任务需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种子母式仿生机器鱼系统，系统包括两类机器 鱼母机器鱼(简称母机)和子机器鱼(简称子机)。母机体积较大，运 动和续航能力强，装有一个可以开启和关闭的运载舱，能够装载一台或者 多台子机。子机体积较小，机动灵活，且不同子机的功能、体积可能不相 同，装载于运载舱内，可由母机携带运动到目的地。母机与各子机之间可以通过通讯，完成子机出舱、进舱等协调行为。 子机在母机运载到目的地后，与母机脱离，在母机的带领下执行任务或独 立执行任务。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是一种子母式仿生机器鱼系统，包括母机和子机两类仿生机器鱼，其母 机体积大于子机体积，子机尾部关节少于正常数，母机运动和续航能力强， 子机机动灵活；其中，母机头部空腔内设置一水平隔板，隔板将空腔分为上下两部分，隔板 上方容腔为一个运载舱，运载舱内装载至少一子机；水平隔板下方是机械 仓，母机的通讯模块、天线、控制模块和电源，以及控制舵机都设置在机 械仓内，控制舵机、通讯模块、天线、控制模块和电源按常规电连接；运载舱前端有一舱门，舱门与外壳间可开启，与机械仓内的控制舵机动连接，并由控制舵机控制，以打开、闭合；子机的通讯模块、天线、控制模块和电源按常规电连接，并置于子机 的头部空腔内；母机与子机间进行双向通讯，子机装载于运载舱内，由母机携带运动 到目的地。所述的子母式仿生机器鱼系统，其所述子机为多数个时，各子机的种 类和功能相同或不相同。所述的子母式仿生机器鱼系统，其所述子机为多数个时，各子机与母 机之间通过双向通讯，实现相互协调。所述的子母式仿生机器鱼系统，其所述运载舱，采用玻璃钢制作。所述的子母式仿生机器鱼系统，其所述母机与子机间迸行双向通讯， 当母机根据需要打开运载舱门后，发送命令给相应的子机，子机接到信息 后，经舱门游出运载舱，都游出运载舱后即通知母机，母机关闭舱门，完成子机出舱程序。所述的子母式仿生机器鱼系统，其所述母机与子机间进行双向通讯， 当子机需要返回母机运载舱时，通知母机打开舱门，母机打开舱门后，经 舱门游进母机运载舱，待所有子机都进入运载舱后，子机再发送命令给母 机，母机关闭舱门，完成子机进舱程序。本专利技术是在中科院北京自动化研究所关节型仿生机器鱼基础上，设计 一种子母式的多仿生机器鱼系统，能够根据环境、任务的不同，提供适应 不同环境需求的多水下机器人作业平台，可以充分发挥每个个体的特点， 有利于提高效率、拓宽应用范围。附图说明图1是本专利技术子母式仿生机器鱼系统结构的示意图。 具体实施例方式下面结合附图1对本专利技术所提供的子母式仿生机器鱼系统做出说明。图1中所示，母机1头部空腔内设置一水平隔板14，隔板14将空腔分为 上下两部分，隔板14上方容腔为一个运载舱3，运载舱3内装载至少一 子机2。水平隔板14下方是机械仓15，母机1的通讯模块6、天线7、控 制模块9和电源10，以及控制舵机5都设置在机械仓15内，控制舵机5、 通讯模块6、天线7、控制模块9和电源IO按常规电连接。电源10为充 电电池。运载舱3前端有一舱门4，舱门4与外壳间可开启，与机械仓15内的 控制舵机5动连接，并由控制舵机5控制，可以打开、闭合。子机2的通讯模块12、天线8、控制模块13和电源11按常规电连接， 并置于子机2的头部空腔内。电源ll为充电电池。母机1与子机2间可进行双向通讯。当母机1需要发送消息给子机2 时，母机通过控制模块9、通讯模块6、天线7将信息发送出去，该信息 经过子机的天线8、通讯模块12，被控制模块13接收；当子机2需要发 送消息给母机l时，可以通过与上述信息传输相反的流程，传送到母机l 的控制模块9中。当母机1需要释放子机2时，控制模块9通过控制舵机5打开舱门4， 然后将舱门4已开的信息发送给子机2，子机2开始通过舱门4游出运载 舱3，待所有子机2都游出运载舱3后，通知母机1关闭舱门4，而后子 母式仿生机器鱼系统中的机器人会根据任务需求执行相应任务。子机2执行任务后想返回母机1的运载舱3时，会发送请求回舱信息 给母机l，母机l的控制模块9接收后，经控制舵机5打开舱门4，而后， 母机1会通知子机2舱门4已经打开，子机2收到该信息后游进运载舱3。 待所有子机2都游进运载舱3后，子机2会发送请求关闭舱门4的信息给 母机l，母机1收到后关闭舱门4。实施例采用本专利技术所提供的方法设计了子母式仿生机器鱼系统。运载舱3采 用玻璃钢制作，母机器鱼1和子机器鱼2以中科院自动化所研制的多关节仿生机器鱼为基础进行改造，母机1头部增加了一个运载舱3，以及控制 舵机5，子机2降低了尾部关节数。通讯模块6、 12采用EM100B，母机1 充电电池采用3000mAH的锂聚合物电池，子机2充电电池采用340mAH的 锂聚合物电池，母机1机械仓15内的控制舵机5采用SANWA公司的RX515。 将母机l、各子机2的所有部分组装好，用橡皮胶密封，然后将子机放入 母机运载舱内，得到实物。权利要求1.一种子母式仿生机器鱼系统，包括母机和子机两类仿生机器鱼，其特征在于母机体积大于子机体积，子机尾部关节少于正常数，母机运动和续航能力强，子机机动灵活；其中，母机头部空腔内设置一水平隔板，隔板将空腔分为上下两部分，隔板上方容腔为一个运载舱，运载舱内装载至少一子机；水平隔板下方是机械仓，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种子母式仿生机器鱼系统，包括母机和子机两类仿生机器鱼，其特征在于：母机体积大于子机体积，子机尾部关节少于正常数，母机运动和续航能力强，子机机动灵活；其中，母机头部空腔内设置一水平隔板，隔板将空腔分为上下两部分，隔板上方容腔为一个运载舱，运载舱内装载至少一子机；水平隔板下方是机械仓，母机的通讯模块、天线、控制模块和电源，以及控制舵机都设置在机械仓内，控制舵机、通讯模块、天线、控制模块和电源按常规电连接；运载舱前端有一舱门，舱门与外壳间可开启，与机械仓内的控制舵机动连接，并由控制舵机控制，以打开、闭合；子机的通讯模块、天线、控制模块和电源按常规电连接，并置于子机的头部空腔内；母机与子机间进行双向通讯，子机装载于运载舱内，由母机携带运动到目的地。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周超，曹志强，王硕，谭民，董翔，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]