一种用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼。鱼头内部设有相连的排水针管、排水舵机、曲柄滑块和摄像头；排水舵机通过曲柄滑块与排水针管的活塞相连；排水针管对称设置于鱼头内部。所述的鱼头通过连接支架与鱼身相连，鱼身内设有若干个驱动舵机，驱动舵机之间通过级连固定件相连，最靠近鱼尾的驱动舵机通过级连固定件与鱼尾相连；级连固定件上固定有用于支撑蒙皮的蒙皮框架；靠近鱼尾的驱动舵机在靠近鱼头的驱动舵机的驱动下在水平方向转动；所述的摄像头、排水舵机和驱动舵机分别与控制器相连。本款机器鱼通过对于机械结构的改善和合理的运动规划增加游动速度，提高输出效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机器人领域，具体涉及一种用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼。
技术介绍
机器鱼，故名思议，从材料制作的外形像鱼的机器，机器鱼已在水质监测领域有十分广泛的应用，这一类型的机器鱼通常装有化学传感器，用于分析水中污染物成分等。本款机器鱼拟用于水产养殖业，用于定期驱赶鱼群，使鱼群定期游动，肉质得到改善，提高市场效益。当前机器鱼的驱动方式常常基于仿生学，主要分为以下三种：a.Anguilliform：(鳗状的)通过整体身躯肌肉的波动来游动，像鳗鱼一样b.Carangiform：通过尾鳍和与尾部相连的身躯摆动来游动，像鲑鱼，金枪鱼，旗鱼c.Ostraciifrom：只通过尾鳍的摆动而不利用身体摆动而进行泳动然而当前机器鱼技术存在以下的弊端和改进：1、现有机器鱼多用于水质监测等领域，依靠精密的化学传感器等，造价高。2、由于其应用限制，当前机器鱼对于其外形和游动速度不加要求，然而用于驱赶鱼群的机器鱼对于其游动速度具有较高的要求。3、现有机器鱼技术的防水流程复杂，且防水效果较差，成本较高。
技术实现思路
本技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼及其控制方法。本技术所采用的技术方案如下：用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼，包括顺次相连且外表面包裹蒙皮的鱼头、鱼身和鱼尾；所述的鱼头内部设有相连的排水针管、排水舵机、曲柄滑块和摄像头；所述的排水舵机通过曲柄滑块与排水针管的活塞相连，用于驱动活塞运动以改变管内液体质量；所述的排水针管数量为双数，两两对称设置于鱼头内
部，且针头的出水口位于鱼头外部；所述的鱼头通过连接支架与鱼身相连，鱼身内设有若干个驱动舵机，驱动舵机之间通过级连固定件相连，最靠近鱼尾的驱动舵机通过级连固定件与鱼尾相连；级连固定件上固定有用于支撑蒙皮的蒙皮框架；靠近鱼尾的驱动舵机在靠近鱼头的驱动舵机的驱动下在水平方向转动；所述的摄像头、排水舵机和驱动舵机分别与控制器相连。作为优选，所述的控制器为树莓派。作为优选，所述的蒙皮采用3M VHB胶带进行防水密封。作为优选，所述的控制器、排水舵机和驱动舵机由电源设备进行供电，电源设备包括航模电池、电压降压模块和辅助电路作为优选，所述的级连固定件整体呈Z形，上臂末端呈十字形，通过螺钉与上一级舵机的舵盘相连，上臂始端留有两个螺纹孔，用于与下一级舵机相连，进而完成级连的功能，并且传递扭矩；上臂始端设有肋板以提升结构强度。作为优选，所述的控制器通过无线传输模块与用户进行数据交互。该机器鱼的控制方法包括上下运动控制和左右运动控制；所述的上下运动控制步骤如下：S101：通过摄像头采集鱼群图像，并由控制器通过无线传输模块发送至服务器，在服务器端对图像中的目标鱼群进行位置识别，并将位置信息转换成控制指令传输回控制器中；S102：控制器接收控制指令后，解析出该指令所对应的俯仰角度S103：控制器控制排水舵机在t时间内匀速旋转角度θ1，θ1＞0时排水针管水的体积增加，且θ1的计算公式如下： θ 1 = a r c t a n ( J 1 a r c t a n z y t 2 ρgAL 1 R ) ]]>式中：y-目标点与鱼重心的轴向距离；z-目标点与鱼重心的竖直方向距离；ρ-液
体密度；g-重力加速度；A-排水针管的横截面积；L1-针管中心与鱼重心距离；R-舵机曲柄滑块长度；J1-机器鱼竖直方向转动惯量；上述公式的推导原理如下：机器鱼的上下运动需要改变机器鱼在径向的俯仰角。为了便于控制，我们采用了固定时间调节的方式。首先当鱼接收到旋转命令后，能够解析出指令俯仰角度通过俯仰角度经过以下的计算能够得到在指定时间t内，排水舵机所需要转过的角度θ1：通过改变排水舵机的旋转角度θ1来改变排水针管中的水的体积ΔV，其对应关系如下：d＝R sinθ1ΔV＝dA＝RAsinθ1体积的变化造成机器鱼前部重力ΔF的变化，进而来改变机器鱼的前后扭矩ΔT的大小：ΔF＝ΔVρg＝ρgARsinθ1ΔT＝2ΔFL1＝2ρgAL1Rsinθ1扭矩ΔT会造成机器鱼在径向的旋转，计算可得：ΔT＝J1β1若我们要求运动在时间t内完成则可以得到下面的等式： ∫ ∫ β 1 d t d t = a r c t a n z y ]]> ∫ ∫ 2 ρgSL 1 Rsinθ 1 J 1 d t d t = a r c t a n z y ]]>求解得即若使鱼在时间t内偏转角度，需
要要求旋转舵机旋转d-排水针管活塞位移；ΔV-排水针管排水体积；ΔF-因ΔV而增加的重力；ΔT-因ΔV而增加的转矩；β1-机器鱼竖直方向旋转角加速度；y-目标点与鱼重心的轴向距离；z-目标点与鱼重心的竖直方向距离；ρ-液体密度；g-重力加速度；A-排水针管的横截面积；L1-针管中心与鱼重心距离；R-舵机曲柄滑块长度；J1-机器鱼竖直方向转动惯量；S104：完成步骤S102后，由控制器控制排水舵机恢复至未旋转前的角度；S105：不断重复S101～S104，实现垂直方向对目标鱼群的追赶；所述的左右运动控制步骤如下：S201：通过摄像头采集鱼群图像，并由控制器通过无线传输模块发送至服务器，在服务器端对图像中的目标鱼群进行位置识别，通过鱼群偏离图像中心的位置预测得到机器鱼需要偏离的角度θ2，并将位置信息转换成控制指令传输回控制器中；根据驱动舵机的运动幅度限制，设置鱼尾摆动次数N，来回摆动记为1次，单次摆动使机器鱼偏离的角度为θ'，θ'＝θ2/N；S202：控制器接收控制指令后，解析出该指令所对应的双侧不对称旋转角度α和γ；其中α和γ为所有驱动舵机转动的角度之和，α＞0时，鱼尾以鱼头为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼，其特征在于，包括顺次相连且外表面包裹蒙皮的鱼头、鱼身和鱼尾(6)；所述的鱼头内部设有相连的排水针管(1)、排水舵机(2)、曲柄滑块(3)和摄像头(9)；所述的排水舵机(2)通过曲柄滑块(3)与排水针管(1)的活塞相连，用于驱动活塞运动以改变管内液体质量；所述的排水针管(1)数量为双数，两两对称设置于鱼头内部，且针头的出水口位于鱼头外部；所述的鱼头通过连接支架(7)与鱼身相连，鱼身内设有若干个驱动舵机，驱动舵机之间通过级连固定件(4)相连，最靠近鱼尾(6)的驱动舵机通过级连固定件(4)与鱼尾(6)相连；级连固定件(4)上固定有用于支撑蒙皮的蒙皮框架(5)；靠近鱼尾(6)的驱动舵机在靠近鱼头的驱动舵机的驱动下在水平方向转动；所述的摄像头(9)、排水舵机(2)和驱动舵机分别与控制器(8)相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼，其特征在于，包括顺次相连且外表面包裹蒙皮的鱼头、鱼身和鱼尾(6)；所述的鱼头内部设有相连的排水针管(1)、排水舵机(2)、曲柄滑块(3)和摄像头(9)；所述的排水舵机(2)通过曲柄滑块(3)与排水针管(1)的活塞相连，用于驱动活塞运动以改变管内液体质量；所述的排水针管(1)数量为双数，两两对称设置于鱼头内部，且针头的出水口位于鱼头外部；所述的鱼头通过连接支架(7)与鱼身相连，鱼身内设有若干个驱动舵机，驱动舵机之间通过级连固定件(4)相连，最靠近鱼尾(6)的驱动舵机通过级连固定件(4)与鱼尾(6)相连；级连固定件(4)上固定有用于支撑蒙皮的蒙皮框架(5)；靠近鱼尾(6)的驱动舵机在靠近鱼头的驱动舵机的驱动下在水平方向转动；所述的摄像头(9)、排水舵机(2)和驱动舵机分别与控制器(8)相连。2.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑博夫，倪晟，胡毓涵，朱世强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33