[发明专利]一种面向水质监测的仿生机器海豚

说明书

技术领域

本发明涉及一种水质监测机器人，更具体地涉及一种面向水质监测的仿生机器海豚。

背景技术

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，给人们的身体健康带来极大危害，严重破坏生态平衡，因此进行水质监测具有重大意义。传统水质监测方法主要包括人工监测及自动水质监测站点监测。前者主要依靠工作人员定时定点提取某断面或监测点的水样，完成离线或在线化验，耗时长、效率低且无法监测一定深度的水质；后者则成本高、周期长、范围局限并存在污染隐患。因此，有必要设计一种新型的水质监测系统，能够针对不同深度水域、不同作业任务完成机动灵活的、实时动态无污染的监测。

作为一种机动灵活的水下仿生机器人，仿生机器海豚为高性能水质监测系统的研制提供了新的思路和途径。在自然界，海豚经过漫长的自然进化，发展出非凡的水中游动能力。凭借优异的生理构造和本能的游动机制，海豚通过躯干上下及左右的强劲、协调拍动，表现出卓越的灵活性和机动性，能够轻易实现各种高机动运动，例如，急转、下潜、上浮等。作为仿生学及机电学高度发展相结合的产物，仿生机器海豚实现了海豚游动的优良性能。与传统基于螺旋桨推进的水下航行器相比，仿生机器海豚实现了推进器与舵的统一，具有高机动、低扰动、无污染等优点，从而更加适合在狭窄、复杂和动态的水下环境中执行水质监测等作业。

在申请号为201110158852.X的发明专利申请中，所述的基于机器海豚的水质监测系统重点在于原位式检测节点网、机器海豚动态节点和上位机系统的通讯连接上，没有涉及到适用于水质监测的机器海豚设计方面。

发明内容

有鉴于此，针对上述传统水质监测方式存在的不足，本发明提供一种面向水质监测的仿生机器海豚，以实现机动灵活、实时动态的水质监测。

为实现上述目的，本发明提出了一种面向水质监测的仿生机器海豚，包括仿生机器海豚和上位机监控系统；其中：所述仿生机器海豚与上位机监控系统采用无线射频方式实现信息交互，实时监测水质信息、位置信息、姿态信息，并无线发送给上位机监控系统，同时接收上位机监控系统发送的控制指令，执行相应的任务；

所述仿生机器海豚从位置功能上划分为：水质传感器模块、头部透明舱、胸鳍舱、主控舱和尾关节舱；

所述水质传感器模块采用独立悬挂方式，安装在所述仿生机器海豚的下侧，包括：水质传感器安装支架和水质传感器；

所述头部透明舱位于仿生机器海豚前端，舱内安装有至少一个传感器和第一信息采集模块，所述第一信息采集模块用于采集和处理所述头部透明舱中传感器信息；

所述胸鳍舱位于所述头部透明舱后方，所述胸鳍舱和所述头部透明舱之间采用密封圈固定；所述胸鳍舱内安装有胸鳍驱动模块，所述胸鳍驱动模块包括：胸鳍舵机、仿生胸鳍、第一传动轴，所述胸鳍舵机与所述仿生胸鳍通过第一传动轴相连，当所述胸鳍舵机往复运动时，通过第一传动轴来驱动仿生胸鳍往复运动；

所述主控舱位于胸鳍舱后方，包括：背鳍驱动模块和尾关节驱动模块；所述背鳍驱动模块包括：背鳍舵机、仿生背鳍、第二传动轴；所述背鳍舵机与所述仿生背鳍通过第二传动轴相连，当背鳍舵机往复运动时，通过第二传动轴来驱动仿生背鳍往复运动；所述尾关节驱动模块包括第一电机驱动模块、第一电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮、第一转轴；第一电机驱动模块与第一电机连接，第一主动齿轮安装于第一电机的输出轴末端并与安装于第一转轴上的第一从动齿轮齿合；第一转轴与尾关节舱固定相连；当第一电机驱动模块驱动第一电机往复运动时，带动第一主动齿轮、第一从动齿轮转动，从而带动尾关节舱上下拍动；

所述尾关节舱位于主控舱的后方，包括尾鳍驱动模块和仿生尾鳍；所述尾鳍驱动模块包括第二电机驱动模块、第二电机、第二主动齿轮、第二从动齿轮；第二电机驱动模块与第二电机相连，第二主动齿轮安装于第二电机输出轴末端并与安装于第二转轴上的第二从动齿轮齿合，另外第二转轴与仿生尾鳍固定相连，当仿生尾鳍电极驱动模块驱动仿生尾鳍电机往复转动时，带动仿生尾鳍主动齿轮、仿生尾鳍从动齿轮往复转动，从而带动仿生尾鳍往复拍动。

其中，所述监控计算机和所述第二无线射频收发模块通过串口相连。所述第二无线射频收发模块与所述第一无线射频收发模块通过无线方式通讯。所述控制模块II将仿生机器海豚的位置信息、姿态信息和水质信息通过无线方式发送给所述监控计算机进行实时显示，同时也将所述监控计算机下发的控制指令发送给各个驱动模块，实现仿生机器海豚的上浮、下潜、偏航和横滚等功能。