CN113277049B - 一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼，包括：头部；安装仓，与所述头部固定相连，且所述安装仓内分隔为重心调节仓和升降仓；以及动力鱼尾，与所述安装仓密封铰接；其中，所述升降仓中至少设置有驱动组件，所述驱动组件能够驱动所述动力鱼尾进行往复摆动；所述重心调节仓的两侧壁内均嵌入有至少一个水质监测组件，用于对不同水域水质进行监测收集，并通过无线模块反馈至控制中心，所述控制中心能够控制仿生机器鱼继续在附近水域进行采集监测或移动至下一水域进行采集监测，之后，再送去实验室进行统一分类收集水体进行深度检测，从而利用自主检测和人工检测相结合，在保证检测的时效性的情况下，提升了检测的准确度。

Description

一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼

技术领域

本发明涉及仿生机器鱼技术领域，具体涉及一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼。

背景技术

水资源问题是当今全世界最受关注的问题之一，而随着我国经济的快速发展，工业污水、生活废水等污染物不断排放到河流湖泊中，严重破坏生态平衡，因此有必要进行定期的水质监测。

传统的水质监测过程中，通常是由专业工作人员在现场水域进行取样，将样本送回实验室使用专业仪器进行分析，完成离线或在线化验，其耗时长、效率低且无法监测一定深度的水质。

而仿生机器鱼作为一种新型的水质监测***，其能够针对不同深度水域实现实时动态无污染的监测，但是现有的仿生机器鱼，由于其空间结构的限制，导致其只能使用简易检测器，其监测的精确度较低；另外，单一动力的仿生机器鱼整体的机动性较差，无法快速的应对各种环境、情况，而多动力的仿生机器鱼则容易导致整体较为臃肿，结构布设的合理性较差，投入较多，并且其稳定性和安全性一般。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了克服现有技术不足，现提出一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼，解决了现有的仿生机器鱼机动性、稳定性较差，且检测精度低的问题。

(二)技术方案

本发明通过如下技术方案实现：一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼，包括：

头部；

安装仓，与所述头部固定相连，且所述安装仓内分隔为重心调节仓和升降仓；以及

动力鱼尾，与所述安装仓密封铰接；

其中，所述升降仓中至少设置有驱动组件，所述驱动组件能够驱动所述动力鱼尾进行往复摆动；

所述重心调节仓的两侧壁内均嵌入有至少一个水质监测组件，用于对不同水域水质进行监测收集。

进一步，作为优选，所述升降仓中嵌入有能够分隔其内部空间的多个分隔仓，所述分隔仓以及相邻的分隔仓之间均构成有储水空间；

靠近所述动力鱼尾一侧的分隔仓与所述安装仓之间构成有密封仓，用于密封安装所述驱动组件；

远离所述动力鱼尾一侧的分隔仓与所述安装仓之间构成有调节仓，所述调节仓中设置有泵体，所述泵体由正反转电机驱动，且泵体的一端与调节仓相连通，另一端伸出所述安装仓。

进一步，作为优选，位于中部的多个分隔仓、位于靠近所述泵体一侧的分隔仓上均开设有两个连通孔，从而沟通各个储水空间，且所述连通孔的高度为上下交错排布，且均不超过对应分隔仓高度的三分之二。

进一步，作为优选，所述驱动组件包括：

底座；

安装架，垂直固定于所述底座上；

曲柄，垂直转动设置于所述安装架上，且由驱动电机所驱动转动；

传动槽，其一端与所述曲柄远离安装架的一端转动相连，另一端转动设置在摆动杆上，所述摆动杆转动设置在所述底座以及安装架之间，且通过所述曲柄的转动能够带动所述摆动杆进行往复摆动；以及

摆动臂，其一端与所述摆动杆固定相连，另一端与动力鱼尾固定相连。

进一步，作为优选，所述升降仓的两侧还对称密封铰接有调节鱼鳍，所述调节鱼鳍位于所述升降仓的部分固定有浮块，所述浮块被配置为：当所述调节仓中充入水体使得仿生机器鱼呈下降趋势时，所述浮块驱动所述调节鱼鳍逐渐倾斜，当所述调节仓中排出水体使得仿生机器鱼呈上升趋势时，所述浮块驱动所述调节鱼鳍逐渐水平。

进一步，作为优选，所述重心调节仓中还设置有重心调节组件，所述重心调节组件包括：

安装框，固定在所述重心调节仓中；

铰接杆一，其一端与所述安装框转动相连，另一端与铰接板二转动相连；以及

重心调节块，与所述铰接板二相铰接，且滑动设置在所述重心调节仓中；

且，所述铰接杆一的转动动作由调节电机所控制；

且，通过调节所述重心调节块的位置，能够改变仿生机器鱼的重心位置，从而控制头部呈保持水平、上扬、下探趋势。

进一步，作为优选，所述安装仓上与所述水质监测组件相对应位置处开设有多个拦截条。

进一步，作为优选，所述水质监测组件包括：

监测仓，固定嵌入在安装仓的侧壁中；

进水仓，固定在所述监测仓中；

进水座，嵌入连通在所述进水仓的一端，且所述进水座靠近所述进水仓的一端具有锥形进水口；

密封塞，其形状与所述进水口相适配，且滑动设置在所述进水仓中，用于对进水口进行密封、解封；

至少一组丝杠螺母副机构，固定在监测仓中，且所述丝杠螺母副机构的输出端采用杆体穿过进水仓上开设的让位槽与所述密封塞相连；以及

检测器，嵌入于所述进水仓中，且所述检测器能够初步检测水体水质，并通过无线模块反馈至控制中心，所述控制中心能够控制仿生机器鱼继续在附近水域进行采集监测或移动至下一水域进行采集监测；

且，所述监测仓中还设置有清洁头。

进一步，作为优选，所述进水座的外侧采用连接头连接有涡轮机构，所述涡轮机构能够产生朝向安装仓方向的推力。

进一步，作为优选，所述头部上位于眼部位置处设置有图像采集头。

(三)有益效果

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明实施例中，通过重心调节组件、泵体以及动力鱼尾三者配合，能够提高其整体的机动性，能够在运动过程中进行快速反应，并且，利用水质监测组件能够初步检测水体水质，并通过无线模块实时反馈至控制中心，控制中心能够控制仿生机器鱼继续在附近水域进行采集监测或移动至下一水域进行采集监测，之后，再送去实验室进行统一分类收集水体进行深度检测，从而利用自主检测和人工检测相结合，在保证检测的时效性的情况下，提升了检测的准确度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼的立体结构示意图；

图2为一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼中升降仓部分剖视结构示意图；

图3为一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼中驱动组件的结构示意图；

图4为一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼中重心调节仓部分剖视结构示意图；

图5为一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼中水质监测组件的结构示意图；

图中：1、底座；2、安装臂；3、竖向调节机构；4、连接臂；5、伸缩缸；6、安装座；7、振荡压紧组件；8、分隔框；9、上下料机构；10、微型气泵；71、供气仓；72、传动仓；73、轴筒；74、转轴；75、振荡压紧机构；76、调节机构；751、安装盘；752、导向套筒；753、复位拉紧带；754、滑杆；755、伸缩杆；756、微振器；757、振荡弧板；761、调节座；762、缓冲囊；763、连接件；764、调节杆；91、滑座；92、丝杠；93、伺服电机；94、丝母座；95、放置板；96、限位导向链。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1～5，本发明提供了一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼，包括：

头部1；

安装仓2，与所述头部1固定相连，且所述安装仓2内分隔为重心调节仓和升降仓；以及

动力鱼尾4，与所述安装仓2密封铰接；

其中，所述升降仓中至少设置有驱动组件5，所述驱动组件5能够驱动所述动力鱼尾4进行往复摆动；

所述重心调节仓的两侧壁内均嵌入有至少一个水质监测组件，用于对不同水域水质进行监测收集。

需要解释的是，本发明实施例中的机器鱼为仿生机器鱼，在本实施例中，如图1，可采用仿生鲨鱼外形，而鲨鱼本身处于水域食物链顶端，利用其进行水质监测，在一定程度上提升了本装置的安全性；

另外，利用水质监测组件能够初步检测水体水质，并通过无线模块24反馈至控制中心，所述控制中心能够控制仿生机器鱼继续在附近水域进行采集监测或移动至下一水域进行采集监测，之后，再送去实验室进行统一分类收集水体进行深度检测。

本实施例中，如图2，所述升降仓中嵌入有能够分隔其内部空间的多个分隔仓6，所述分隔仓6以及相邻的分隔仓之间均构成有储水空间8；

靠近所述动力鱼尾4一侧的分隔仓6与所述安装仓2之间构成有密封仓9，用于密封安装所述驱动组件5；

远离所述动力鱼尾4一侧的分隔仓6与所述安装仓2之间构成有调节仓10，所述调节仓10中设置有泵体11，所述泵体11由正反转电机驱动，且泵体11的一端与调节仓10相连通，另一端伸出所述安装仓2，在实施时，通过正反转电机驱动泵体进行正反转运动，能够实现向调节仓10中进行充水，或将调节仓10中的水体抽走。

作为较佳的实施例，位于中部的多个分隔仓6、位于靠近所述泵体11一侧的分隔仓6上均开设有两个连通孔7，从而沟通各个储水空间8，且所述连通孔7的高度为上下交错排布，且均不超过对应分隔仓高度的三分之二，通过设置分隔仓6能够将内部水体进行分隔，减少仿生机器鱼在运动过程中导致的水体晃动，提升了运动的平稳性。

本实施例中，如图3，所述驱动组件5包括：

底座51；

安装架52，垂直固定于所述底座51上；

曲柄53，垂直转动设置于所述安装架52上，且由驱动电机54所驱动转动；

传动槽55，其一端与所述曲柄53远离安装架52的一端转动相连，另一端转动设置在摆动杆56上，所述摆动杆56转动设置在所述底座51以及安装架52之间，且通过所述曲柄53的转动能够带动所述摆动杆进行往复摆动；以及

摆动臂57，其一端与所述摆动杆56固定相连，另一端与动力鱼尾4固定相连，因此，通过动力鱼尾的往复摆动动作，能够为仿生机器鱼提供动力。

作为较佳的实施例，所述升降仓的两侧还对称密封铰接有调节鱼鳍12，所述调节鱼鳍12位于所述升降仓的部分固定有浮块，所述浮块被配置为：当所述调节仓10中充入水体使得仿生机器鱼呈下降趋势时，所述浮块驱动所述调节鱼鳍12逐渐倾斜，当所述调节仓10中排出水体使得仿生机器鱼呈上升趋势时，所述浮块驱动所述调节鱼鳍12逐渐水平。

另外，如图4，所述重心调节仓中还设置有重心调节组件，所述重心调节组件包括：

安装框15，固定在所述重心调节仓中；

铰接杆一14，其一端与所述安装框15转动相连，另一端与铰接板二16转动相连；以及

重心调节块17，与所述铰接板二16相铰接，且滑动设置在所述重心调节仓中；

且，所述铰接杆一14的转动动作由调节电机13所控制；

且，通过调节所述重心调节块17的位置，能够改变仿生机器鱼的重心位置，从而控制头部呈保持水平、上扬、下探趋势，因此，通过重心调节组件、泵体11以及动力鱼尾三者配合，能够提高其整体的机动性，能够在运动过程中进行快速反应。

本实施例中，所述安装仓2上与所述水质监测组件相对应位置处开设有多个拦截条3。

本实施例中，如图5，所述水质监测组件包括：

监测仓18，固定嵌入在安装仓2的侧壁中；

进水仓19，固定在所述监测仓18中；

进水座20，嵌入连通在所述进水仓19的一端，且所述进水座20靠近所述进水仓19的一端具有锥形进水口；

密封塞21，其形状与所述进水口相适配，且滑动设置在所述进水仓19中，用于对进水口进行密封、解封，需要注意的是，利用锥形进水口与锥形密封塞相配合，能够很好的实现密封效果，并且由于其特殊的形状结构，使得在向进水仓19中进水时，水流经过锥形密封塞的斜面缓冲后进入至进水仓19中，能够很好的控制水流冲击强度，有利于保护检测器等部件；

至少一组丝杠螺母副机构22，固定在监测仓18中，且所述丝杠螺母副机构22的输出端采用杆体穿过进水仓19上开设的让位槽与所述密封塞21相连，丝杠螺母副机构为现有结构，在此不再赘述；以及

检测器23，嵌入于所述进水仓19中，且所述检测器23能够初步检测水体水质，并通过无线模块24反馈至控制中心，所述控制中心能够控制仿生机器鱼继续在附近水域进行采集监测或移动至下一水域进行采集监测；

且，所述监测仓18中还设置有清洁头25，在实施时，先通过丝杠螺母副机构控制密封塞远离进水座20，使得水体在水压作用下流入进水仓19中，随后通过丝杠螺母副机构控制密封塞堵住进水座，即可实现对于该处水域水体的采集，此时检测器23能够初步检测水体水质，并通过无线模块24反馈至控制中心，所述控制中心能够控制仿生机器鱼继续在附近水域进行采集监测或移动至下一水域进行采集监测，再次采集时，则利用另一水质监测组件，从而实现独立采集，提高了后续监测的准确性，最后在实验室取出水体后，还可利用清洁头25对监测仓18的内部进行清洁，清洁头25的供水管可以穿过安装仓且在安装仓表面固定连接供水接头，通过外部水源供水即可。

作为较佳的实施例，所述进水座的外侧采用连接头26连接有涡轮机构27，所述涡轮机构能够产生朝向安装仓方向的推力，从而实现转向控制。

作为较佳的实施例，所述头部1上位于眼部位置处设置有图像采集头。

在具体实施时，通过曲柄53的转动带动摆动杆进行往复摆动从而带动动力鱼尾4进行往复摆动，为仿生机器鱼提供前进动力，另外，通过重心调节组件、泵体11以及动力鱼尾三者配合，能够提高其整体的机动性，最后，利用水质监测组件初步检测水体水质，并通过无线模块24反馈至控制中心，控制中心控制仿生机器鱼继续在附近水域进行采集监测或移动至下一水域进行采集监测，之后，再送去实验室进行统一分类收集水体进行深度检测即可。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼，其特征在于：包括：

头部(1)；

安装仓(2)，与所述头部(1)固定相连，且所述安装仓(2)内分隔为重心调节仓和升降仓；以及

动力鱼尾(4)，与所述安装仓(2)密封铰接；

其中，所述升降仓中至少设置有驱动组件(5)，所述驱动组件(5)能够驱动所述动力鱼尾(4)进行往复摆动；

所述重心调节仓的两侧壁内均嵌入有至少一个水质监测组件，用于对不同水域水质进行监测收集；

所述升降仓中嵌入有能够分隔其内部空间的多个分隔仓(6)，所述分隔仓(6)以及相邻的分隔仓之间均构成有储水空间(8)；

靠近所述动力鱼尾(4)一侧的分隔仓(6)与所述安装仓(2)之间构成有密封仓(9)，用于密封安装所述驱动组件(5)；

远离所述动力鱼尾(4)一侧的分隔仓(6)与所述安装仓(2)之间构成有调节仓(10)，所述调节仓(10)中设置有泵体(11)，所述泵体(11)由正反转电机驱动，且泵体(11)的一端与调节仓(10)相连通，另一端伸出所述安装仓(2)；

所述升降仓的两侧还对称密封铰接有调节鱼鳍(12)，所述调节鱼鳍(12)位于所述升降仓的部分固定有浮块，所述浮块被配置为：当所述调节仓(10)中充入水体使得仿生机器鱼呈下降趋势时，所述浮块驱动所述调节鱼鳍(12)逐渐倾斜，当所述调节仓(10)中排出水体使得仿生机器鱼呈上升趋势时，所述浮块驱动所述调节鱼鳍(12)逐渐水平；

所述重心调节仓中还设置有重心调节组件，所述重心调节组件包括：

安装框(15)，固定在所述重心调节仓中；

铰接杆一(14)，其一端与所述安装框(15)转动相连，另一端与铰接板二(16)转动相连；以及

重心调节块(17)，与所述铰接板二(16)相铰接，且滑动设置在所述重心调节仓中；

且，所述铰接杆一(14)的转动动作由调节电机(13)所控制；

且，通过调节所述重心调节块(17)的位置，能够改变仿生机器鱼的重心位置，从而控制头部呈保持水平、上扬、下探趋势；

所述水质监测组件包括：

监测仓(18)，固定嵌入在安装仓(2)的侧壁中；

进水仓(19)，固定在所述监测仓(18)中；

进水座(20)，嵌入连通在所述进水仓(19)的一端，且所述进水座(20)靠近所述进水仓(19)的一端具有锥形进水口；

密封塞(21)，其形状与所述进水口相适配，且滑动设置在所述进水仓(19)中，用于对进水口进行密封、解封；

至少一组丝杠螺母副机构(22)，固定在监测仓(18)中，且所述丝杠螺母副机构(22)的输出端采用杆体穿过进水仓(19)上开设的让位槽与所述密封塞(21)相连；以及

检测器(23)，嵌入于所述进水仓(19)中，且所述检测器(23)能够初步检测水体水质，并通过无线模块(24)反馈至控制中心，所述控制中心能够控制仿生机器鱼继续在附近水域进行采集监测或移动至下一水域进行采集监测；

且，所述监测仓(18)中还设置有清洁头(25)。

2.根据权利要求1所述的一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼，其特征在于：位于中部的多个分隔仓(6)、位于靠近所述泵体(11)一侧的分隔仓(6)上均开设有两个连通孔(7)，从而沟通各个储水空间(8)，且所述连通孔(7)的高度为上下交错排布，且均不超过对应分隔仓高度的三分之二。

3.根据权利要求1所述的一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼，其特征在于：所述驱动组件(5)包括：

底座(51)；

安装架(52)，垂直固定于所述底座(51)上；

曲柄(53)，垂直转动设置于所述安装架(52)上，且由驱动电机(54)所驱动转动；

传动槽(55)，其一端与所述曲柄(53)远离安装架(52)的一端转动相连，另一端转动设置在摆动杆(56)上，所述摆动杆(56)转动设置在所述底座(51)以及安装架(52)之间，且通过所述曲柄(53)的转动能够带动所述摆动杆进行往复摆动；以及

摆动臂(57)，其一端与所述摆动杆(56)固定相连，另一端与动力鱼尾(4)固定相连。

4.根据权利要求1所述的一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼，其特征在于：所述安装仓(2)上与所述水质监测组件相对应位置处开设有多个拦截条(3)。

5.根据权利要求1所述的一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼，其特征在于：所述进水座的外侧采用连接头(26)连接有涡轮机构(27)，所述涡轮机构能够产生朝向安装仓方向的推力。

6.根据权利要求1所述的一种面向水质监测的多功能仿生机器鱼，其特征在于：所述头部(1)上位于眼部位置处设置有图像采集头。

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