一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统

1.本实用新型涉及潜水器技术领域，具体领域为一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统。


背景技术：

2.当今社会越来越发达，但是也有许多人力所不能及的地方，像在发生沉船、飞机坠海等安全事故，或者水下地形勘察、鱼情分析、下水船只检测和维修等情形，这样就需要潜水器来完成一些工作。对于救援所用的机器设备也是多种多样，有在地震过后的搜救机器人、也有在火灾起火点的勘查机器人，那么在水中营救的救援机器人或潜水器在水下的救捞领域就起到了举足轻重的作用。
3.潜水器是工作于水下的极限作业机器人，能潜入水中代替人完成某些操作。潜水器主要运用在海上搜救，水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以潜水器已成为开发海洋的重要工具。此外，潜水器在石油开发、地貌勘察、科研、水产养殖、水下船体检修清洁、潜水娱乐、城市管道检测等领域的作用开始显现出来，市场也正在兴起。
4.现有技术的缺点
5.1、在潜水器出现之前对于水下搜索和救捞领域，只有船只、舰艇与潜水员的结合模式，但是针对高流速、大深度、视距短的位置，水下营救往往困难重重。
6.2、目前潜水器在石油开发、地貌勘察、科研、水产养殖、水下科普、水下船体检修清洁、潜水娱乐、城市管道检测等领域的作用开始显现出来，市场也正在兴起。但是有以下几个共同的特点：体形大、专业性强、造价较高、通信困难，具体如下：
7.⑴
体形大。目前市面上出现的各型潜水器不论哪种用途，其体形均比较大，长度大于500mm、宽度大于100mm、高度大于50mm，或者直径大于150mm；净重大于10kg；需要专用载具进行包装及运输。
8.⑵
专业性强。不论哪种潜水器，其操作使用均需要一定的专业水平，比如带摄像功能的话就需要专业的显示器；带有机械臂的话就需要专业编程软件；甚至操控都需要通过电脑或者大型的控制器。
9.⑶
造价较高。由于是有源机电一体化产品，一个续航能力超过30分钟的潜水器，仅一块直流电源的售价就在几百元以上；如果再带有几个电机，加之控制等功能，一台基本功能的潜水器其整套系统的售价往往上万元；如果再配上相关的机械臂，那造价就更高了。
10.⑷
通信困难。电磁波在各种介质中的传播速度可由v=c/n来计算，其中c是真空中的光速，n是介质的折射率，空气中的电介质常数和磁导率都近视于真空μ=μ0，ε=ε0是相对最小的，因此速度是最大的，电磁波在空气中的传播速度为340m/s，电磁波在水中有着不同于空气中的传播特性。海水对电磁波能量的吸收作用很强，但对于不同波长的电磁波又有所不同。波长越短、频率越高，在海水中的衰减就越厉害。因此短波在水中的衰减是很快的，几乎无法穿过海水传播，而波长更长的长波、甚长波、超长波在海水中的衰减程度就要小得多，能够进入几十米至几百米的水中，各种无线通信的收发信机往往体积较大，造价较高，
民用很难接受，普及性低。
11.⑸
普及性差、民用性低。上述特点造成的结果就是非专业机构和专业人员无法采购与使用，大大限制了潜水器的普及推广与技术创新。地球上海洋总面积约为3.6亿平方公里，约占地球表面积的71%，平均水深约3795米。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以潜水器已成为海洋深度开发的重要工具；此外，中国陆地上江河湖泊众多，繁忙的航道和养殖业对潜水器的需求开始逐年增长，民生对于潜水器的需要正如对大疆无人机的需求一样蓬勃（尽管大疆无人机也有大中型的，但其销量最高的是小型无人机，原因之一就是对专业的要求不高、体积小、易操控、售价低）。


技术实现要素：

12.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统。
13.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统，包括仿生鱼体潜水器、通信线缆、显示终端和遥控器，所述仿生鱼体潜水器其中部上下贯穿设置有通孔，所述通孔内转动设置螺旋桨一，所述仿生鱼体潜水器的尾部左右两侧对称分别转动设置有螺旋桨二和螺旋桨三，
14.所述仿生鱼体潜水器内部分别设置有电机一、电机二和电机三，电机一的转轴通过齿轮与螺旋桨一联动，电机二的转轴与螺旋桨二连接，电机三的转轴与螺旋桨三连接，
15.所述仿生鱼体潜水器的顶部设置有与通信线缆连接的防水接口，
16.所述仿生鱼体潜水器的内部设置有控制器，控制器的数据端与防水接口连接，控制器的输出端分别与电机一、电机二和电机三的控制端连接，
17.所述仿生鱼体潜水器的前端分别设置有led灯和水下探头，led灯和水下探头分别与控制器连接，
18.所述显示终端和遥控器分别通过通信线缆与控制器电连接，且通信线缆与外部电源连接。
19.在其中一些实施例中，所述led灯在仿生鱼体潜水器的前端呈对称设置有两个。
20.在其中一些实施例中，所述水下探头设置在仿生鱼体潜水器的前端位于led灯的下方。
21.在其中一些实施例中，所述仿生鱼体潜水器的外形设置为清道夫鱼体结构。
22.在其中一些实施例中，所述电机一的转轴位于通孔内的一端上设置有锥齿轮一，螺旋桨一的转轴上设置有与锥齿轮一配合的锥齿轮二。
23.在其中一些实施例中，所述仿生鱼体潜水器内设置有蓄电池，所述蓄电池对控制器供电，通过控制器对三个电机进行电源输出控制。
24.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
25.⑴
外形结构设计。就外形看，目前大部分潜水器是框架式或类似于潜艇的回转细长体，随着仿生技术的不断发展，仿鱼类形态甚至是运动方式的潜水器将会不断发展。本专利产品主体结构考虑清道夫鱼形的回转细长体。
26.⑵
动力与运动设计。为了保证仿生机器鱼能够实现直线前进与后退运动、左右转弯、快速上浮和下潜等各种游姿。本专利产品计划采用三台电机作为动力。其中两台安装在
尾部，通过电机的正反转实现鱼的前进与后退、左右转弯运动；另一台电机安装在鱼的中部重心处，并从中设置通道，通过电机的正反转实现鱼的上浮和下潜运动，本部分采用密封防水设计。
27.⑶
控制部分设计。本专利产品计划通过遥控的方式实现对三台电机的控制，控制部分采用密封防水设计。
28.⑷
通讯单元设计。本产品的通信分为控制通信与可视信息通信两部分。控制通信主要通过无线微波通信进行；水下可视信息通信主要用于水下图形图像的反馈，采用刚性有线电缆拖曳的方式进行通讯，本部分采用密封防水设计。
29.⑸
救援与互动部分设计。本仿生鱼在头部设计有磁力吸盘、挂钩、反向镜等附件。对于重量较轻和体积较小的物件可以在发现后直接获取。头部的连接与整体鱼的结构骨架是整体，不影响鱼的强度。
30.⑹
照明单元设计。在摄像头周围设计有6个led灯，并可调节亮度，本部分采用密封防水设计。
31.⑺
材料设计。除了电气和动力部分外，其余材料采用abs或ps塑料，以减轻重量，节约能源。
32.本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂，通过本技术的实施例对本技术进行详尽说明和了解。
附图说明
33.图1为本实用新型的仿生鱼体潜水器内部结构示意图；
34.图2为本实用新型的仿生鱼体潜水器俯视图；
35.图3为本实用新型的仿生鱼体潜水器左视图；
36.图4为本实用新型的仿生鱼体潜水器右视图；
37.图5为控制器与是三个电机之间的电气连接实施例。
38.图中：1、仿生鱼体潜水器；2、通信线缆；3、显示终端；4、遥控器；5、通孔；6、螺旋桨一；7、螺旋桨二；8、螺旋桨三；9、电机一；10、电机二；11、电机三；12、控制器；13、led灯；14、水下探头；15、锥齿轮一；16、锥齿轮二；17、蓄电池。
实施方式
39.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.请参阅图1至5，本实用新型提供一种技术方案：一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统，其特征在于：包括仿生鱼体潜水器、通信线缆、显示终端和遥控器，所述仿生鱼体潜水器其中部上下贯穿设置有通孔，所述通孔内转动设置螺旋桨一，所述仿生鱼体潜水器的尾部左右两侧对称分别转动设置有螺旋桨二和螺旋桨三，
41.所述仿生鱼体潜水器内部分别设置有电机一、电机二和电机三，电机一的转轴通过齿轮与螺旋桨一联动，电机二的转轴与螺旋桨二连接，电机三的转轴与螺旋桨三连接，
42.所述仿生鱼体潜水器的顶部设置有与通信线缆连接的防水接口，
43.所述仿生鱼体潜水器的内部设置有控制器，控制器的数据端与防水接口连接，控制器的输出端分别与电机一、电机二和电机三的控制端连接，
44.所述仿生鱼体潜水器的前端分别设置有led灯和水下探头，led灯和水下探头分别与控制器连接，
45.所述显示终端和遥控器分别通过通信线缆与控制器电连接，且通信线缆与外部电源连接。
46.通过遥控器输出控制信号，由控制器接收后对三个电机进行相应的运行控制，实现仿生鱼体潜水器，前进、后退、以及左右转弯，同时能够控制led灯打开关闭，通过水下探头将视频数据传输至显示终端进行显示，方便操作人员直观的看到水下情况，以便于下一步操作。
47.所述led灯在仿生鱼体潜水器的前端呈对称设置有两个，两个led灯能够起到形体美观，且增加照明区域。
48.所述水下探头设置在仿生鱼体潜水器的前端位于led灯的下方，探头能够更为清晰的采集水下画面。
49.所述仿生鱼体潜水器的外形设置为清道夫鱼体结构，主要目的是因为隐蔽性强，尤其是在做水下鱼情分析或近距离观察水生动植物时，不易引起被观察物的警觉，可实现更好的互动。
50.在实际应用中，电机输出轴处为密封圈设置，使得提高了潜水器内部的防水密封性，且同时实现电机与螺旋桨的转动控制。
51.所述电机一的转轴位于通孔内的一端上设置有锥齿轮一，螺旋桨一的转轴上设置有与锥齿轮一配合的锥齿轮二。
52.所述仿生鱼体潜水器内设置有蓄电池，所述蓄电池对控制器供电，通过控制器对三个电机进行电源输出控制。
53.在实际应用中，控制器与电机之间的电气连接电路，如图5所示，
54.其控制器采用at89c2051型单片机，同时每个电机上分别设置有6个三极管进行通断，其中pnp型三极管2个，npn型三极管4个，两个pnp形三极管的发射极相连并与电源端连接，两个pnp形三极管的集电极分别连接电机的其中一端，其中两个npn型三极管分别对应一个pnp型三极管处设置，相应的连接电路为对应处的pnp型三极管集电极连接npn型三极管集电极，npn型三极管发射极接地，另一侧的npn型三极管采用相同的连接方式，另外两个npn型三极管的基极分别连接单片机的控制端，且该两个npn型三极管的集电极分别对应相邻侧的pnp型三极管的基极连接，该两个npn型三极管的发射极分别对应远离侧的npn型三极管的基极连接，三个电机的连接电路相同，使得通过单片机输出控制信号控制对应的三极管导通或关断，实现相应电机的正反转，最后实现潜水器前进、后退、以及左右转弯。
55.通过本技术方案，
56.⑴
外形仿生。之所以造型是清道夫型仿生鱼，主要目的是因为隐蔽性强，尤其是在做水下鱼情分析或近距离观察水生动植物时，不易引起被观察物的警觉，可实现更好的互动；
57.⑵
动力推进。本仿生鱼的前进、后退、上下六个方向的运动均由螺旋桨产生推力，
结合可操控的舵面产生机动控制力；
58.⑶
水下搜救。尽管有大型潜水器在进行水下消防救援搜救、海上搜救打捞等工作，但出动一次价值不菲，对于江河湖泊乃至水井等狭小水下的搜救目前是空白；
59.⑷
水下安检。协助水警完成日常的水下安检、搜查物证、金属探测、水质探测、缉私、异常警情排查、搜索和物证打捞、证据拍摄留存、危险消除。与第
⑶
条一样，目前都是大中型潜水器完成，对于小微型环境的安检目前没有适合潜水器。
60.⑸
水下科普与渔情分析。有了这个体积小功能全价格低的仿生鱼，养殖户可精准对水下渔性进行分析，从而进行精准投喂或疾病的预防与早期治疗，将损失减到最低；也可以让大中小学生通过操控本仿生鱼实地实时近距离观察水生动植物的状态，将科普进行到底，增强人与自然的互动性。
61.⑹
适应低温作业。根据我国国家标准gb/t14440-1993《低温作业分级》的规定，作业人员在生产劳动过程中，其工作地点平均气温等于或低于5℃的作业即为低温作业。人体不能在在低温的水下环境长期作业，否则会有生命危险，而使用此仿生鱼就可无视这个问题。
62.⑺
搭载机械手、磁力吸盘、吊钩等模块实现搜寻打捞。对于在一定重量范围内的遗失物、投喂物等，可定制开发相应的末端机构，以增强功能性与互动性。
63.⑻
搭载多种搜寻、探测传感器，实现机器快速就位，查明水域深度、水下温度、水压、水流方向、流速、水质浑浊情况。
64.⑼
配备照明显示控制系统，使用户能够看清楚水下情况，以便于绘制水下地图；实现对水下图像的还原、增强、处理能力，可适应各种复杂黑暗水域的工作。
65.表1 本技术的清道夫型仿生鱼性能参数
[0066][0067]
基于本技术的技术方案，在实际应用中，
[0068]
（1）仿生鱼外观不一定是清道夫型，可以是任意一种水下生物。由于本实用新型仿生鱼应用范围广，既可进行水下摄影、拍照、探险等商业领域，又可服务于海洋环境探测、海洋救援、海洋渔业、城市船舶河道等领域，所以仿生是关键。
[0069]
（2）操作和控制简便的系统，任何工作人员很容易地操作它。
[0070]
（3）作业范围大。由于采用有线拖曳式，搜索的范围取决于这个数据线的长短；如果操作人员坐在船上进行操作，那范围就更大了。
[0071]
（4）之所以采用清道夫的轮廓形状，是因为其体型一方面减少水阻，节约能耗；另一方面，在进行鱼情调查或水下环境调查时，不易被其他品种的大鱼食用。所以在替代方案上只要符合这两方面要求的任意一款仿生物均可。
[0072]
（5）仿生鱼头上的末端附件可以进行拆卸改装，也可以适用于找不同物件、方便物品的打捞，还可以用于挂小型饵料进行投喂，有效实现互动。故而，末端附件可根据使用者要求进行定制设计开发，甚至加载机械手臂。
[0073]
（6）可视化。仿生鱼自带照明和水下的摄像头，当水中能见度低时可以人为调节光源亮度以看清水下状况，适用于所有水下场景。
[0074]
（7）噪音低、隐蔽性能高，与周围环境相融合。由于采用直流电源供电、单相直流电机为动力，使得在运动中仿生鱼的噪音低，隐蔽性强，在观察周边鱼情时不会让鱼四散逃跑。
[0075]
以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。
[0076]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统，其特征在于：包括仿生鱼体潜水器、通信线缆、显示终端和遥控器，所述仿生鱼体潜水器其中部上下贯穿设置有通孔，所述通孔内转动设置螺旋桨一，所述仿生鱼体潜水器的尾部左右两侧对称分别转动设置有螺旋桨二和螺旋桨三，所述仿生鱼体潜水器内部分别设置有电机一、电机二和电机三，电机一的转轴通过齿轮与螺旋桨一联动，电机二的转轴与螺旋桨二连接，电机三的转轴与螺旋桨三连接，所述仿生鱼体潜水器的顶部设置有与通信线缆连接的防水接口，所述仿生鱼体潜水器的内部设置有控制器，控制器的数据端与防水接口连接，控制器的输出端分别与电机一、电机二和电机三的控制端连接，所述仿生鱼体潜水器的前端分别设置有led灯和水下探头，led灯和水下探头分别与控制器连接，所述显示终端和遥控器分别通过通信线缆与控制器电连接，且通信线缆与外部电源连接。2.根据权利要求1所述的一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统，其特征在于：所述led灯在仿生鱼体潜水器的前端呈对称设置有两个。3.根据权利要求2所述的一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统，其特征在于：所述水下探头设置在仿生鱼体潜水器的前端位于led灯的下方。4.根据权利要求1所述的一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统，其特征在于：所述仿生鱼体潜水器的外形设置为清道夫鱼体结构。5.根据权利要求1所述的一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统，其特征在于：所述电机一的转轴位于通孔内的一端上设置有锥齿轮一，螺旋桨一的转轴上设置有与锥齿轮一配合的锥齿轮二。6.根据权利要求1所述的一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统，其特征在于：所述仿生鱼体潜水器内设置有蓄电池，所述蓄电池对控制器供电，通过控制器对三个电机进行电源输出控制。

技术总结
本实用新型涉及潜水器技术领域，尤其是一种无人通用型清道夫仿生鱼潜水器系统，包括仿生鱼体潜水器、通信线缆、显示终端和遥控器，所述仿生鱼体潜水器其中部上下贯穿设置有通孔，所述通孔内转动设置螺旋桨一，所述仿生鱼体潜水器的尾部左右两侧对称分别转动设置有螺旋桨二和螺旋桨三，所述仿生鱼体潜水器内部分别设置有电机一、电机二和电机三，所述仿生鱼体潜水器的内部设置有控制器，控制器的输出端分别与电机一、电机二和电机三的控制端连接，所述仿生鱼体潜水器的前端分别设置有LED灯和水下探头，所述显示终端和遥控器分别通过通信线缆与控制器电连接，本实用新型使用性能好，适应性强，且操作简单，适用于多种环境。适用于多种环境。适用于多种环境。


技术研发人员：贺双旭 易娜 张勇杰 赵泽钶 沈江阳翰 葛萌 刘焱东
受保护的技术使用者：浙江长征职业技术学院
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/6/27