一种机器鱼的无线充电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机器鱼的无线充电系统及方法，包括：充电站、处理器和基站；所述处理器采集机器鱼的位置信息，并通过基站向机器鱼发送控制信号；机器鱼根据接收到的处理器的控制信号驱动机器鱼的游动方向并以设定的角度与充电站进行对接；充电站包括爪型连杆，机器鱼根据自身位置以及电池电量情况控制爪型连杆的开闭状态。本发明专利技术有益效果：通过设置航点位置引导机器鱼沿设定的路径以及合适的角度进入充电站，能够对充电站位置进行定位，实现与充电站的自动对接，提高了机器鱼与充电站的对接成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种机器鱼的无线充电系统及方法
本专利技术属于机器鱼
，特别涉及一种机器鱼的无线充电系统及方法。
技术介绍
近年来，随着陆地资源的日益枯竭，人们逐渐将目光转向资源丰富并具有巨大开发价值的海洋。由于原有的水下检测、作业、运载装置难以满足复杂水下作业任务的需求，因此加速了水下机器人的研发工作。仿生机器鱼作为鱼类推进机理和机器人技术的结合点，为研制新型的水下航行器提供了一种新思路，具有重要的研究价值和应用前景。机器鱼的使用通常受到严格的功率限制，且内部电路易受腐蚀，加上水下流体运动的复杂性，使水下独立充电特别具有挑战性。水下航行器自主充电的主要解决方案一般是直接接触，还有通过光学激光，太阳能电池板等非直接接触的充电方法。通常首选的充电方法是直接接触充电，该方法能够快速有效地向自主水下航行器供电。然而，直接接触的可行性是以有效解决泄漏和腐蚀为代价的。此外，与无线充电相关的主要技术障碍是机器人在充电站内的精确定位。当电池电量低时，控制器使用高架摄像机反馈的视频命令机器鱼接近充电站进行对接。因此，在机器鱼无线充电技术中，如何选取机器鱼到达充电站的接近角度，实现机器鱼与充电装置的精准对接，以提高充电的成功率成为一个急需解决的问题。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术提供一种机器鱼的无线充电系统，解决了现有机器鱼水下无线充电技术中泄漏和腐蚀的问题。在一个或多个实施方式中公开的一种机器鱼的无线充电系统，包括：充电站、处理器和基站；所述处理器采集机器鱼的位置信息，并通过基站向机器鱼发送控制信号；机器鱼根据接收到的处理器的控制信号驱动机器鱼的游动方向并以设定的角度与充电站进行对接；所述充电站包括爪型连杆，机器鱼根据自身位置以及电池电量情况控制爪型连杆的开闭状态。进一步地，所述充电站还包括：电源端子，所述电源端子在爪型连杆完全关闭时，与机器鱼的电池端子电连接，使机器鱼进行内部电池的充电。进一步地，在所述电源端子的两端设置磁铁，使电池与电源端子吸合，以辅助电池和电源端子之间的连接，进而连接到充电站进行充电。进一步地，所述充电站还包括：伺服电机，所述伺服电机接收外部控制指令以驱动爪型连杆的开闭。进一步地，所述爪型连杆的开闭状态包括：完全打开：机器鱼电池充电电量达到设定值a％以上时，向充电站发出完全打开命令，控制爪型连杆完全打开，释放机器鱼；半打开：机器鱼到达设定位置A1时，向充电站发出半打开命令，控制爪型连杆的其中一只爪关闭，以限制机器鱼游动；关闭：机器鱼到达设定充电位置A2时，向充电站发出关闭命令，控制爪型连杆的另外一只爪关闭，以固定机器鱼。进一步地，所述机器鱼的鱼身内设置有微控制器，驱动模块和充电电池；充电电池与微控制器连接，用于给机器鱼提供电能，驱动模块包括四个舵机，分别为第一舵机、第二舵机，第三舵机和第四舵机，舵机之间耦合连接形成四个关节。通过四个舵机控制机器鱼头部以后的动作，使机器鱼协调游动。进一步地，所述机器鱼包括用于检测电池电量的高阻抗分压器；进一步地，当检测到电池电量小于设定值b％时，控制机器鱼以设定的路径与充电站进行对接。进一步地，机器鱼与充电站进行对接的过程中，不断检测机器鱼的位置信息，根据所述位置信息，利用比例积分微分(PID)控制方法控制机器鱼的游动方向。在一个或多个实施方式中公开的一种机器鱼的无线充电方法，包括：当机器鱼的电量低于设定值b％时，机器鱼启动与充电站的对接；机器鱼顺次沿预先设定的若干航点向充电站游动；所述航点的设置能够保证机器鱼沿设定的角度与充电站进行对接；机器鱼到达设定的位置A1时，向充电站发出半打开命令，控制爪型连杆的其中一只爪关闭，以限制机器鱼游动；机器鱼到达设定充电位置A2时，向充电站发出关闭命令，控制爪型连杆的另外一只爪关闭，以固定机器鱼；当机器鱼电池充电电量达到设定值a％以上时，向充电站发出完全打开命令，控制爪型连杆完全打开，释放机器鱼。进一步地，预先设定P1至P6六个航点，其中，P1航点和P2航点用于引导机器鱼以准备对接，P3航点和P4航点用于调整机器鱼进入充电站的角度，P5航点和P6航点用于确定机器鱼充电的位置。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过设置航点位置引导机器鱼沿设定的路径以及合适的角度进入充电站，能够对充电站位置进行定位，实现与充电站的自动对接，提高了机器鱼与充电站的对接成功率。根据机器鱼的位置以及电池电量控制充电站爪型连杆的开闭状态，保证机器鱼顺利进入充电站并准确停在设定的充电位置，方便机器鱼与充电站的对接，提高对接效率。根据摄像机反馈的视频信息决定机器鱼游动的方向，能够准确获取机器鱼的位置并控制其游动方向，机器鱼通过PID控制来执行动作，控制精度高。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为机器鱼的无线充电系统结构示意图；图2为机器鱼结构示意图；图3为机器鱼爪型连杆完全打开状态示意图；图4为机器鱼爪型连杆关闭状态示意图；图5为机器鱼对接过程中的航点位置示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。为了解决
技术介绍
中指出的问题，本申请公开了一种机器鱼的无线充电系统，能够在水中进行无线充电，如图1所示，包括充电站，计算机和基站。计算机采集机器鱼的位置信息，并通过基站向机器鱼发送控制信号；机器鱼根据接收到的计算机的控制信号驱动机器鱼的游动方向并以设定的角度与充电站进行对接；第一微控制器密封设置在机器鱼外壳的内部，与机器鱼电池相连接，被用来控制四个舵机，第一微控制器与充电站和计算机分别进行通信。第一微控制器与充电电池通过导线相连，用于控制四个舵机，第一微控制器用于控制充电电池的电量状态并提供电能，当电池电量直至达到工作电压范围的80％时，机器鱼成功充电，完全打开命令被发送到充电站释放机器鱼，机器鱼开始沿着圆形轨迹自主游动。充电站包括爪型连杆，第二微控制器和电源端子，爪型连杆主要是用来完成机器鱼与充电站的对接和充电过程，包括用于容纳机器鱼的凹槽以及两个可以开闭的爪结构，机器鱼进行充电时，两个爪结构将机器鱼固定在凹槽中。第二微控制器用于接收机器鱼发出的控制命令，控制爪型连杆的开闭。计算机配有一个通过通用串行总线连接的全局摄像头，通过摄像头实时获取机器鱼的位置信息，根据摄像头反馈的位置信息决定机器鱼的运动方向。计算机以15帧/秒的速率将视频流传输至基站中的路由器。基站由路由器，第三微控制器，实现433MHz无线通信和以太网通信。基站利用无线电向机器鱼传递信息，而其他组件则通过用户数据报协议(UDP)进行通信。机器鱼的鱼身部分如图2所示，包括柔软的鱼皮，鱼身内设置的第一微控制器，驱动模块和充电电池。充电电池与控制器之间连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器鱼的无线充电系统，其特征在于，包括：充电站、处理器和基站；所述处理器采集机器鱼的位置信息，并通过基站向机器鱼发送控制信号；机器鱼根据接收到的处理器的控制信号驱动机器鱼的游动方向并以设定的角度与充电站进行对接；所述充电站包括爪型连杆，机器鱼根据自身位置以及电池电量情况控制爪型连杆的开闭状态。

【技术特征摘要】
1.一种机器鱼的无线充电系统，其特征在于，包括：充电站、处理器和基站；所述处理器采集机器鱼的位置信息，并通过基站向机器鱼发送控制信号；机器鱼根据接收到的处理器的控制信号驱动机器鱼的游动方向并以设定的角度与充电站进行对接；所述充电站包括爪型连杆，机器鱼根据自身位置以及电池电量情况控制爪型连杆的开闭状态。2.如权利要求1所述的一种机器鱼的无线充电系统，其特征在于，所述充电站还包括：电源端子，所述电源端子在爪型连杆完全关闭时，与机器鱼的电池端子电连接，使机器鱼进行内部电池的充电。3.如权利要求2所述的一种机器鱼的无线充电系统，其特征在于，在所述电源端子两端设置磁铁，使电池与电源端子吸合，以辅助电池和电源端子之间的连接，进而连接到充电站进行充电。4.如权利要求1所述的一种机器鱼的无线充电系统，其特征在于，所述充电站还包括：伺服电机，所述伺服电机接收外部控制指令以驱动爪型连杆的开闭。5.如权利要求1所述的一种机器鱼的无线充电系统，其特征在于，所述爪型连杆的开闭状态包括：完全打开：机器鱼电池充电电量达到设定值a％以上时，向充电站发出完全打开命令，控制爪型连杆完全打开，释放机器鱼；半打开：机器鱼到达设定位置A1时，向充电站发出半打开命令，控制爪型连杆的其中一只爪关闭，以限制机器鱼游动；关闭：机器鱼到达设定充电位置A2时，向充电站发出关闭命令，控制爪型连杆的另外一只爪关闭，以固定机器鱼。6.如权利要求1所述的一种机器鱼的无线充电系统，其特征在于，所述机器鱼的鱼身内设置有微控制器，驱动模块和充电电池；充电电池与微控...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪明，张燕鲁，董慧芳，张仁昊，王雁，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：山东,37