【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能机器人领域的仿生鱼，尤其涉及一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼及其控制方法。
技术介绍
1、物联网产业以及智能机器人产业的发展已经遍布各行各业，水产养殖也逐渐向机械化、现代化、智能化方向发展。将物联网与智能机器人技术更好地应用到水产养殖行业，能够推动水产养殖业的转型升级，精细智能化的管理能够全面提升养殖效率。仿生鱼机器人的发展为水产养殖行业的水下环境监测任务提供了更合适的选择。相比于传统的水下监测机器人，仿生鱼机器人机动性能好，更适合狭小空间的水下监测任务；体型更小且噪音小，外形与运动方式与真实鱼类相似，不易对鱼群造成干扰；造价较低，制造成本低于传统水下机器人，更容易被市场接受。
2、仿生鱼机器人相较于真实鱼类，在游动速度与效率，转弯性能，机动性灵活性等方面仍然存在着很大的差距，现有的机器鱼的性能上只能选择一种特性，游动速度高的机器鱼敏捷性差，灵活的机器鱼，游动速度又很低。
3、因此，亟待解决上述问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种的用于水产养殖环境监测的仿生鱼，克服现有仿生鱼游动速度与效率低，转弯性能和机动性灵活性差，实用性不强等缺点。
2、技术方案：为实现以上目的，本专利技术公开了一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，包括鱼头模块、胸鳍模块、鱼身模块和鱼尾模块，
3、所述鱼头模块包括鱼头外壳、位于鱼头外壳的中截面处的pla托板、位于pla托板下表面上且用于调节鱼头重心的第一丝杠滑台模组
4、所述胸鳍模块包括设置在鱼身外壳内的电机托盘、设置于电机托盘上的直流偏心电机、设置在鱼身外壳内且与直流偏心电机输出轴相连的齿轮组件、与齿轮组件的输出轴相连且左右对称设置的胸鳍连接杆、位于胸鳍连接杆上的胸鳍舵机以及通过舵盘设置在胸鳍舵机的旋转轴上的胸鳍；
5、所述鱼身模块包括鱼身外壳、位于鱼身外壳内部且用于调节鱼身重心的第二丝杠滑台模组、位于鱼身外壳内部的arduino控制器、位于控制器外壳的仓格内的陀螺仪传感器以及位于鱼身外壳内部的电机驱动板；
6、所述鱼尾模块包括位于鱼身外壳内的鱼尾舵机、位于鱼身外壳内且与鱼尾舵机输出轴相连的舵机拉线盘、通过关节铰链依次相连的多个鱼尾关节、与末端鱼尾关节通过末端铰链相连的尾鳍、与末端鱼尾关节相连且输出轴与末端铰链的销钉同轴连接的尾鳍舵机以及绕设在舵机拉线盘且依次穿过每一鱼尾关节与末端鱼尾关节固连的鱼尾驱动绳，鱼尾舵机通过舵机拉线盘拉动鱼尾驱动绳使末端鱼尾关节产生弯矩，带动其余鱼尾关节产生弯矩，实现摆尾运动。
7、其中，所述第一丝杠滑台模组包括与pla托板相连的第一配重外壳、穿设在第一配重外壳上的第一配重丝杠、输出轴与第一配重丝杠相连的第一配重电机、穿设在第一配重外壳上且与第一配重丝杠平行设置的第一配重滑轨以及穿设在第一配重丝杠和第一配重滑轨上且与第一配重丝杠螺纹连接的第一配重块。
8、优选的，所述第二丝杠滑台模组包括位于鱼身外壳内的第二配重电机、与第二配重电机输出轴相连的第二配重丝杠以及穿设在第二配重丝杠上的第二配重块。
9、再者，所述pla托板的前端设置有伸出鱼头外壳的摄像头，鱼头外壳上设置有浊度传感器、水温传感器和深度传感器。
10、进一步，所述驱动器外壳的仓格内设有为arduino控制器供电的第一电池。
11、优选的，所述控制器托盘下表面上设有为电机驱动板供电的第二电池以及用于罩住第二电池的电池支撑外壳。
12、再者，所述pla托板上表面上设置有用于罩住摄像头控制器的摄像头防水壳以及用于罩住供电锂电池的电池防水壳。
13、进一步，所述鱼尾关节的两侧均开设有凹槽，凹槽内插有柔性骨架。
14、本专利技术一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼的控制方法，包括如下步骤：
15、在正常运动情况下，通过第一配重电机和第二配重电机分别带动第一配重丝杠和第二配重丝杠旋转，从而驱动第一配重块和第二滑台配重块前后运动，使仿生鱼的重心发生改变，当陀螺仪传感器的俯仰角为零时仿生鱼重心调整至胸鳍旋转轴上与胸鳍重心共线位置，从而将胸鳍推水运动中产生的纵摇角度变化降到最低；
16、遇到紧急状况需快速浮潜避障时，通过摄像头采集到的图像判断出障碍物位置，当障碍物靠近仿生鱼上方时第一配重电机和第二配重电机分别带动第一配重丝杠和第二配重丝杠正转，第一配重块和第二配重块向前移动使得仿生鱼重心前移至胸鳍旋转轴前方，此时陀螺仪传感器的俯仰角小于零，仿生鱼以俯身姿态游动，实现下潜快速避障；
17、障碍物靠近仿生鱼下方时第一配重电机和第二配重电机分别带动第一配重丝杠和第二配重丝杠反转，第一配重块和第二配重块向后移动使得仿生鱼重心后移至胸鳍旋转轴后方，此时陀螺仪传感器的俯仰角大于零，仿生鱼以仰身姿态游动，实现上浮快速避障。
18、本专利技术一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼的控制方法，包括如下步骤：
19、前1/4周期arduino控制器经过定时器定时输出1/4周期的两路正向pwm波分别控制直流偏心电机与胸鳍舵机同时顺时针转动，从而带动胸鳍向上摆动到40°的同时攻角逐渐增大到10°；1/4至3/4周期arduino控制器经过定时器定时输出2/4周期的两路反向pwm波分别控制直流偏心电机与胸鳍舵机同时逆时针转动，从而带动胸鳍向下摆动到-40°的同时攻角逐渐减小到-10°；最后1/4周期arduino控制器经过定时器定时输出1/4周期的两路正向pwm波分别控制直流偏心电机与胸鳍舵机同时顺时针转动带动胸鳍回到初始位置，胸鳍划水动作完成；整个胸鳍划水过程中胸鳍摆动角度控制在±40°之间，攻角变化幅度控制在±10°之间。
20、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优点：
21、(1)本专利技术仿生鱼采用鱼头模块中的第一丝杠滑台模组和鱼身模块中的第二丝杠滑台模组组成重心调节机构，在正常运动情况下，通过前后两个丝杠滑台模组将仿生鱼重心调整至胸鳍旋转轴上与胸鳍重心共线，从而将胸鳍推水运动中产生的纵摇角度变化降到最低实现仿生鱼稳定运行；遇到紧急状况需要快速浮潜避障时，通过前后两个丝杠滑台模组将重心调整至胸鳍旋转轴前方或后方，实现迅速改变纵摇角度，完成快速浮潜的操作，实现仿生鱼机器人快速避障；
22、(2)本专利技术的胸鳍模块使用多自由度的胸鳍，提高仿生鱼运动的灵敏性，在胸鳍划水结束后再进行短时间的2/3周期上下慢速推水和1/3周期上下快速反向推水，如此进行纵向升降运动可以帮助仿生鱼进行监测位置调整、仿生鱼运动停止瞬间的鱼身稳定以及在狭窄空间里进行浮潜操作；
23、(3)本专利技术根据鱼尾的摆动落后于尾鳍的摆动时仿生鱼会出现倒游现象这一规律，仿生鱼尾鳍先于六节鱼尾摆动90°实现仿生鱼的急停；
24、(4)本专利技术仿生鱼由六个鱼尾关节的摆动实现转弯功能，具有转向曲线更加平本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于，包括鱼头模块(1)、胸鳍模块(2)、鱼身模块(3)和鱼尾模块(4)，
2.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于：所述第一丝杠滑台模组包括与PLA托板(104)相连的第一配重外壳(113)、穿设在第一配重外壳上的第一配重丝杠(114)、输出轴与第一配重丝杠相连的第一配重电机(115)、穿设在第一配重外壳上且与第一配重丝杠平行设置的第一配重滑轨(116)以及穿设在第一配重丝杠和第一配重滑轨上且与第一配重丝杠螺纹连接的第一配重块(117)。
3.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于：所述第二丝杠滑台模组包括位于鱼身外壳内的第二配重电机(304)、与第二配重电机输出轴相连的第二配重丝杠(305)以及穿设在第二配重丝杠上的第二配重块(306)。
4.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于：所述PLA托板的前端设置有伸出鱼头外壳的摄像头(105)，鱼头外壳上设置有浊度传感器(106)、水温传感器(107)和深度传感器(108)
5.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于：所述驱动器外壳(313)的仓格内设有为Arduino控制器供电的第一电池(314)。
6.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于：所述控制器托盘(307)下表面上设有为电机驱动板供电的第二电池(315)以及用于罩住第二电池的电池支撑外壳(316)。
7.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于：所述PLA托板(104)上表面上设置有用于罩住摄像头控制器(109)的摄像头防水壳(111)以及用于罩住供电锂电池(110)的电池防水壳(112)。
8.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于：所述鱼尾关节的两侧均开设有凹槽，凹槽内插有柔性骨架(406)。
9.一种根据权利要求1至8任一所述的用于水产养殖环境监测的仿生鱼的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.一种根据权利要求1至8任一所述的用于水产养殖环境监测的仿生鱼的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于，包括鱼头模块(1)、胸鳍模块(2)、鱼身模块(3)和鱼尾模块(4)，
2.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于：所述第一丝杠滑台模组包括与pla托板(104)相连的第一配重外壳(113)、穿设在第一配重外壳上的第一配重丝杠(114)、输出轴与第一配重丝杠相连的第一配重电机(115)、穿设在第一配重外壳上且与第一配重丝杠平行设置的第一配重滑轨(116)以及穿设在第一配重丝杠和第一配重滑轨上且与第一配重丝杠螺纹连接的第一配重块(117)。
3.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于：所述第二丝杠滑台模组包括位于鱼身外壳内的第二配重电机(304)、与第二配重电机输出轴相连的第二配重丝杠(305)以及穿设在第二配重丝杠上的第二配重块(306)。
4.根据权利要求1所述的一种用于水产养殖环境监测的仿生鱼，其特征在于：所述pla托板的前端设置有伸出鱼头外壳的摄像头(105)，鱼头外壳上设置有浊度传感器(106)、水温传感器(107)和深度传感器(10...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志强，杨威，季浩，李胤杞，王后连，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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