[發明專利]一種面向水質監測的仿生機器海豚

有效

• 申請號: 201610121609.3
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105775082B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 喻俊志;吳正興;劉金存;陽翔
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36;G01N33/18;G08C17/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及一種水質監測機器人，更具體地涉及一種面向水質監測的仿生機器海豚。

背景技術

隨著我國經濟的快速發展，工業污水、生活廢水等污染物不斷排放到河流、湖泊中，給人們的身體健康帶來極大危害，嚴重破壞生態平衡，因此進行水質監測具有重大意義。傳統水質監測方法主要包括人工監測及自動水質監測站點監測。前者主要依靠工作人員定時定點提取某斷面或監測點的水樣，完成離線或在線化驗，耗時長、效率低且無法監測一定深度的水質；后者則成本高、周期長、范圍局限并存在污染隱患。因此，有必要設計一種新型的水質監測系統，能夠針對不同深度水域、不同作業任務完成機動靈活的、實時動態無污染的監測。

作為一種機動靈活的水下仿生機器人，仿生機器海豚為高性能水質監測系統的研制提供了新的思路和途徑。在自然界，海豚經過漫長的自然進化，發展出非凡的水中游動能力。憑借優異的生理構造和本能的游動機制，海豚通過軀干上下及左右的強勁、協調拍動，表現出卓越的靈活性和機動性，能夠輕易實現各種高機動運動，例如，急轉、下潛、上浮等。作為仿生學及機電學高度發展相結合的產物，仿生機器海豚實現了海豚游動的優良性能。與傳統基于螺旋槳推進的水下航行器相比，仿生機器海豚實現了推進器與舵的統一，具有高機動、低擾動、無污染等優點，從而更加適合在狹窄、復雜和動態的水下環境中執行水質監測等作業。

在申請號為201110158852.X的發明專利申請中，所述的基于機器海豚的水質監測系統重點在于原位式檢測節點網、機器海豚動態節點和上位機系統的通訊連接上，沒有涉及到適用于水質監測的機器海豚設計方面。

發明內容

有鑒于此，針對上述傳統水質監測方式存在的不足，本發明提供一種面向水質監測的仿生機器海豚，以實現機動靈活、實時動態的水質監測。

為實現上述目的，本發明提出了一種面向水質監測的仿生機器海豚，包括仿生機器海豚和上位機監控系統；其中：所述仿生機器海豚與上位機監控系統采用無線射頻方式實現信息交互，實時監測水質信息、位置信息、姿態信息，并無線發送給上位機監控系統，同時接收上位機監控系統發送的控制指令，執行相應的任務；

所述仿生機器海豚從位置功能上劃分為：水質傳感器模塊、頭部透明艙、胸鰭艙、主控艙和尾關節艙；

所述水質傳感器模塊采用獨立懸掛方式，安裝在所述仿生機器海豚的下側，包括：水質傳感器安裝支架和水質傳感器；

所述頭部透明艙位于仿生機器海豚前端，艙內安裝有至少一個傳感器和第一信息采集模塊，所述第一信息采集模塊用于采集和處理所述頭部透明艙中傳感器信息；

所述胸鰭艙位于所述頭部透明艙后方，所述胸鰭艙和所述頭部透明艙之間采用密封圈固定；所述胸鰭艙內安裝有胸鰭驅動模塊，所述胸鰭驅動模塊包括：胸鰭舵機、仿生胸鰭、第一傳動軸，所述胸鰭舵機與所述仿生胸鰭通過第一傳動軸相連，當所述胸鰭舵機往復運動時，通過第一傳動軸來驅動仿生胸鰭往復運動；

所述主控艙位于胸鰭艙后方，包括：背鰭驅動模塊和尾關節驅動模塊；所述背鰭驅動模塊包括：背鰭舵機、仿生背鰭、第二傳動軸；所述背鰭舵機與所述仿生背鰭通過第二傳動軸相連，當背鰭舵機往復運動時，通過第二傳動軸來驅動仿生背鰭往復運動；所述尾關節驅動模塊包括第一電機驅動模塊、第一電機、第一主動齒輪、第一從動齒輪、第一轉軸；第一電機驅動模塊與第一電機連接，第一主動齒輪安裝于第一電機的輸出軸末端并與安裝于第一轉軸上的第一從動齒輪齒合；第一轉軸與尾關節艙固定相連；當第一電機驅動模塊驅動第一電機往復運動時，帶動第一主動齒輪、第一從動齒輪轉動，從而帶動尾關節艙上下拍動；

所述尾關節艙位于主控艙的后方，包括尾鰭驅動模塊和仿生尾鰭；所述尾鰭驅動模塊包括第二電機驅動模塊、第二電機、第二主動齒輪、第二從動齒輪；第二電機驅動模塊與第二電機相連，第二主動齒輪安裝于第二電機輸出軸末端并與安裝于第二轉軸上的第二從動齒輪齒合，另外第二轉軸與仿生尾鰭固定相連，當仿生尾鰭電極驅動模塊驅動仿生尾鰭電機往復轉動時，帶動仿生尾鰭主動齒輪、仿生尾鰭從動齒輪往復轉動，從而帶動仿生尾鰭往復拍動。

其中，所述監控計算機和所述第二無線射頻收發模塊通過串口相連。所述第二無線射頻收發模塊與所述第一無線射頻收發模塊通過無線方式通訊。所述控制模塊II將仿生機器海豚的位置信息、姿態信息和水質信息通過無線方式發送給所述監控計算機進行實時顯示，同時也將所述監控計算機下發的控制指令發送給各個驅動模塊，實現仿生機器海豚的上浮、下潛、偏航和橫滾等功能。