一种水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法和控制方法

1.本发明涉及仿生机器鱼的技术领域，尤其是涉及一种水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法和控制方法。


背景技术：

2.机器鱼是外形像鱼的机器人，它能够在水中持续游动。机器鱼可用于环境监测或军事探测等领域，例如配备有化学传感器的自主机器鱼，它能够在水中游数小时，用以发现污染物质，并绘制监测区域的实时三维图，从而表明当前海水中存在什么化学物质以及位于什么地方。现有技术中，机器鱼通常使用常规电机和基于活塞往复运动的驱动器作为动力装置。
3.由于常用的电机主要是基于电磁驱动原理，利用螺旋线圈中的电流产生电磁力，电流越大驱动力越大，然而电流越大产生的热损耗也越大；常用的活塞式驱动器存在活塞摩擦，也会产生较大的热能量损耗，因此上述两种机器鱼的驱动方式功耗均较高；另外，现有的机器鱼还存在控制复杂，质量大，结构复杂，不易制作等问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法和控制方法。
5.为实现上述目的，本发明的水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法和控制方法的具体技术方案如下：
6.一种水下电缆巡视的多关节机器鱼，包括鱼头、鱼身、鱼尾以及鱼皮；
7.所述鱼头内部设置有电源、控制模块和通信模块，电源、控制模块和通信模块依次靠近鱼头与鱼身的连接处；
8.所述鱼身由舵机和连接件组成，舵机通过连接件与鱼头连接；
9.所述鱼尾活动安装在鱼身远离鱼头的一端；
10.所述鱼皮覆盖在鱼身、鱼头和鱼尾的外侧。
11.进一步，所述鱼身内部设置有密度控制模块，用于控制机器鱼的整体密度，以调整机器鱼的潜水深度。
12.进一步，所述舵机和固定件相连接，固定件和连接件之间留有供舵机左右摆动的空间。
13.本发明还提供一种水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法，包括如下步骤：
14.s1、用泡沫板制作准内模模具，模具的尺寸为120*47*72mm；
15.s2、将caso4·
2h2o、h2o、粘合剂、c
14h24
n2按10:3:0.1:0.01的比例混合搅拌均匀后倒入准内模模具内，所述粘合剂用于避免caso4
·
2h2o干燥过程中开裂，所述c
14h24
n2用于避免在caso4·
2h2o干燥过程中表面氧化强度降低；
16.s3、石膏固化后，取出准内模，对准内模进行切割打磨；
17.s4、利用准内模开外模，标注准内模的放置位置；
18.s5、将准内模等比例切割打磨成内模，内膜的尺寸为120*35*60mm；
19.s6、在内模和外模的表面均匀地涂上一层凡士林，主要用来最后脱模；
20.s7、在内模上包裹一层布纤维，均匀刷上环氧树脂，重复该步骤3-4次；
21.s8、将环氧树脂倒入外模中，将包裹布纤维的内模放入外模中，放入位置与开外模放置的位置一致；
22.s9、6-9小时后，取出鱼头毛坯；
23.s10、在鱼头毛坯的表面刷一层配置好的原子灰，用于进行光滑处理，其中原子灰与固化剂的质量比为100:2，固化1-2小时后打磨直至光滑，喷漆处理；
24.s11、在鱼头顶部与两侧钻孔。
25.以下为本发明提供的第二种水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法，包括如下步骤：
26.s1、使用cad软件制作机器鱼头套件的尺寸图；
27.s2、用环氧板进行加工制作；
28.s3、利用测量工具对套件需要打孔固定的地方进行描点标记；
29.s4、利用钻台在描点处打出自攻孔；
30.s5、在每个自攻孔中渗入ab胶，然后用自攻螺丝拼接组装；
31.s6、组装完成后在缝隙处用原子灰进行密封；
32.s7、对密封好的鱼头进行防水测试，不漏水，进行下一步，漏水则返回步骤s6再次密封；
33.s8、对耳机插头进行正负极线延长，延长后的导线为两倍鱼头的长度；
34.s9、在组装好的鱼头顶部，用电钻打出耳机插头孔以及通气孔，孔的尺寸小于插头和硬塑料管的直径用于与插头和硬塑料管过盈配合；
35.s10、嵌入耳机插头和硬塑料管，并在接口处用ab胶密封；
36.s11、对鱼头再次进行防水测试，不漏水，机器鱼头完成，漏水则返回步骤s10再次密封。
37.本发明还提供一种水下电缆巡视的多关节机器鱼的控制方法，包括如下步骤：
38.s1、设备启动，初始化机器鱼的参数，机器鱼通过通信模块与外部控制器建立连接，其中，通信模块内搭载有游动控制软件，游动控制软件用于控制机器鱼的运动模式，游动控制软件包括自动块子程序、手动块子程序和通讯块子程序，手动块子程序包括游动算法组件，游动算法组件用于将远程控制指令转换为机器鱼的游动动作；
39.s2、控制模块运行通讯块子程序，并判断外部控制器是否发送指令，若无指令，则运行自动块子程序，机器鱼在自动块子程序的控制下自由游动，并按照预设频率监控是否接收到控制指令，接收到控制指令时进入下一步；
40.s3、控制模块接收到控制指令后运行手动块子程序，手动块子程序调用游动算法组件拆解控制指令，并转化为机器鱼的游动动作信号。
41.进一步，步骤s3中的游动算法组件包括方向控制和速度控制，游动算法组件设置有三个数据组，分别为方向参数、游动摆幅参数和游动频率参数，方向参数、游动摆幅参数和游动频率参数内分别包含15个数据，游动算法组件将控制指令解析成方向值和速度值，
方向控制的方法是直接读取方向值并与方向参数数据组中的数据匹配，速度控制的方法是将游动摆幅参数值和游动频率参数值进行两两乘法操作，直至与速度值相同，根据匹配的方向参数数值、游动摆幅参数数值和游动频率参数数值控制机器鱼的舵机运动过程。
42.进一步，所述控制指令包括起始码、验证码、控制码和终止码，验证码用于外部控制器识别和验证机器鱼的id，控制码用于传递控制内容信号。
43.进一步，控制方法还包括延迟保护控制，延迟保护控制通过控制模块实现，用于监测机器鱼接收指令至执行指令动作的延迟时间，当延迟时间超过预设阈值时，通过通信模块向外部控制器发送警报，延迟保护控制在控制模块接收到控制指令后启动工作。
44.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
45.鱼身的各机构布置合理，这样鱼身才可以在水下通过控制模块实现模拟真实鱼类的水下游动动作，可以通过机器鱼的动作模拟降低机器鱼的水下能耗问题，且通过控制逻辑实现机器鱼的动作指令。通过模拟鱼类结构的设置，能够起到通过程序设定使其模拟鱼类的动作，增加了其水下工作的灵敏度，避免了因结构问题导致的鱼身工作过热耗能的结果。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
47.图1为本发明的电流设计图；
48.图2为本发明的电源电路设计图；
49.图3为本发明的软件逻辑框图；
具体实施方式
50.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图和具体较佳实施方式，对本发明一种水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法和控制方法做进一步详细的描述。
51.实施例1：
52.请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种水下电缆巡视的多关节机器鱼，包括鱼头、鱼身、鱼尾以及鱼皮；
53.所述鱼头内部设置有电源、控制模块和通信模块，电源、控制模块和通信模块依次靠近鱼头与鱼身的连接处；
54.所述鱼身由舵机和连接件组成，舵机通过连接件与鱼头连接；
55.所述鱼尾活动安装在鱼身远离鱼头的一端；
56.所述鱼皮覆盖在鱼身、鱼头和鱼尾的外侧。
57.进一步，所述鱼身内部设置有密度控制模块，用于控制机器鱼的整体密度，以调整机器鱼的潜水深度。
58.进一步，所述舵机和固定件相连接，固定件和连接件之间留有供舵机左右摆动的空间。
59.本发明还提供一种水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法，包括如下步骤：
60.s1、用泡沫板制作准内模模具，模具的尺寸为120*47*72mm；
61.s2、将caso4·
2h2o、h2o、粘合剂、c
14h24
n2按10:3:0.1:0.01的比例混合搅拌均匀后倒入准内模模具内，所述粘合剂用于避免caso4
·
2h2o干燥过程中开裂，所述c
14h24
n2用于避免在caso4·
2h2o干燥过程中表面氧化强度降低；
62.s3、石膏固化后，取出准内模，按照所需尺寸对准内模进行切割打磨；
63.s4、利用准内模开外模，标注准内模的放置位置；
64.s5、将准内模等比例切割打磨成内模，内膜的尺寸为120*35*60mm；
65.s6、在内模和外模的表面均匀地涂上一层凡士林，主要用来最后脱模；
66.s7、在内模上包裹一层布纤维，均匀刷上环氧树脂，重复该步骤3-4次；
67.s8、将环氧树脂倒入外模中，将包裹布纤维的内模放入外模中，放入位置与开外模放置的位置一致；
68.s9、6-9小时后，取出鱼头毛坯；
69.s10、在鱼头毛坯的表面刷一层配置好的原子灰，用于进行光滑处理，其中原子灰与固化剂的质量比为100:2，固化1-2小时后打磨直至光滑，喷漆处理；
70.s11、按照机械装配要求在鱼头顶部与两侧钻孔。
71.以下为本发明提供的第二种水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法，包括如下步骤：
72.s1、使用cad软件制作机器鱼头套件的尺寸图；
73.s2、用环氧板进行加工制作；
74.s3、利用游标卡尺等测量工具对套件需要打孔固定的地方进行描点标记；
75.s4、利用钻台在描点处打出自攻孔；
76.s5、在每个自攻孔中渗入ab胶，然后用自攻螺丝拼接组装；
77.s6、组装完成后在缝隙处用原子灰进行密封；
78.s7、对密封好的鱼头进行防水测试，不漏水，进行下一步，漏水则返回步骤s6再次密封；
79.s8、对耳机插头进行正负极线延长，延长后的导线为两倍鱼头的长度；
80.s9、在组装好的鱼头顶部，用电钻打出耳机插头孔以及通气孔，孔的尺寸小于插头和硬塑料管的直径用于与插头和硬塑料管过盈配合；
81.s10、嵌入耳机插头和硬塑料管，并在接口处用ab胶密封；
82.s11、对鱼头再次进行防水测试，不漏水，机器鱼头完成，漏水则返回步骤s10再次密封。
83.本发明还提供一种水下电缆巡视的多关节机器鱼的控制方法，包括如下步骤：
84.s1、设备启动，初始化机器鱼的参数，机器鱼通过通信模块与外部控制器建立连接，其中，通信模块内搭载有游动控制软件，游动控制软件用于控制机器鱼的运动模式，游动控制软件包括自动块子程序、手动块子程序和通讯块子程序，手动块子程序包括游动算法组件，游动算法组件用于将远程控制指令转换为机器鱼的游动动作；
85.s2、控制模块运行通讯块子程序，并判断外部控制器是否发送指令，若无指令，则运行自动块子程序，机器鱼在自动块子程序的控制下自由游动，并按照预设频率监控是否
接收到控制指令，接收到控制指令时进入下一步；
86.s3、控制模块接收到控制指令后运行手动块子程序，手动块子程序调用游动算法组件拆解控制指令，并转化为机器鱼的游动动作信号。
87.进一步，步骤s3中的游动算法组件包括方向控制和速度控制，游动算法组件设置有三个数据组，分别为方向参数、游动摆幅参数和游动频率参数，方向参数、游动摆幅参数和游动频率参数内分别包含15个数据，游动算法组件将控制指令解析成方向值和速度值，方向控制的方法是直接读取方向值并与方向参数数据组中的数据匹配，速度控制的方法是将游动摆幅参数值和游动频率参数值进行两两乘法操作，直至与速度值相同，根据匹配的方向参数数值、游动摆幅参数数值和游动频率参数数值控制机器鱼的舵机运动过程。
88.进一步，所述控制指令包括起始码、验证码、控制码和终止码，验证码用于外部控制器识别和验证机器鱼的id，控制码用于传递控制内容信号。
89.进一步，控制方法还包括延迟保护控制，延迟保护控制通过控制模块实现，用于监测机器鱼接收指令至执行指令动作的延迟时间，当延迟时间超过预设阈值时，通过通信模块向外部控制器发送警报，延迟保护控制在控制模块接收到控制指令后启动工作。
90.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

技术特征：
1.一种水下电缆巡视的多关节机器鱼，其特征在于：包括鱼头、鱼身、鱼尾以及鱼皮；所述鱼头内部设置有电源、控制模块和通信模块，电源、控制模块和通信模块依次靠近鱼头与鱼身的连接处；所述鱼身由舵机和连接件组成，舵机通过连接件与鱼头连接；所述鱼尾活动安装在鱼身远离鱼头的一端；所述鱼皮覆盖在鱼身、鱼头和鱼尾的外侧。2.根据权利要求1所述的水下电缆巡视的多关节机器鱼，其特征在于，所述鱼身内部设置有密度控制模块，用于控制机器鱼的整体密度，以调整机器鱼的潜水深度。3.根据权利要求1所述的水下电缆巡视的多关节机器鱼，其特征在于，所述舵机和固定件相连接，固定件和连接件之间留有供舵机左右摆动的空间。4.权利要求1-3任一所述的水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法，其特征在于，步骤如下：s1、用泡沫板制作准内模模具，模具的尺寸为120*47*72mm；s2、将caso4·
2h2o、h2o、粘合剂、c
14
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24
n2按10:3:0.1:0.01的比例混合搅拌均匀后倒入准内模模具内，所述粘合剂用于避免caso4
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2h2o干燥过程中开裂，所述c
14
h
24
n2用于避免在caso4·
2h2o干燥过程中表面氧化强度降低；s3、石膏固化后，取出准内模，对准内模进行切割打磨；s4、利用准内模开外模，标注准内模的放置位置；s5、将准内模等比例切割打磨成内模，内膜的尺寸为120*35*60mm；s6、在内模和外模的表面均匀地涂上一层凡士林，主要用来最后脱模；s7、在内模上包裹一层布纤维，均匀刷上环氧树脂，重复该步骤3-4次；s8、将环氧树脂倒入外模中，将包裹布纤维的内模放入外模中，放入位置与开外模放置的位置一致；s9、6-9小时后，取出鱼头毛坯；s10、在鱼头毛坯的表面刷一层配置好的原子灰，用于进行光滑处理，其中原子灰与固化剂的质量比为100:2，固化1-2小时后打磨直至光滑，喷漆处理；s11、在鱼头顶部与两侧钻孔。5.权利要求1-3任一所述的水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法，其特征在于，步骤如下：s1、使用cad软件制作机器鱼头套件的尺寸图；s2、用环氧板进行加工制作；s3、利用测量工具对套件需要打孔固定的地方进行描点标记；s4、利用钻台在描点处打出自攻孔；s5、在每个自攻孔中渗入ab胶，然后用自攻螺丝拼接组装；s6、组装完成后在缝隙处用原子灰进行密封；s7、对密封好的鱼头进行防水测试，不漏水，进行下一步，漏水则返回步骤s6再次密封；s8、对耳机插头进行正负极线延长，延长后的导线为两倍鱼头的长度；s9、在组装好的鱼头顶部，用电钻打出耳机插头孔以及通气孔，孔的尺寸小于插头和硬塑料管的直径用于与插头和硬塑料管过盈配合；
s10、嵌入耳机插头和硬塑料管，并在接口处用ab胶密封；s11、对鱼头再次进行防水测试，不漏水，机器鱼头完成，漏水则返回步骤s10再次密封。6.权利要求1-3任一所述的水下电缆巡视的多关节机器鱼的控制方法，其特征在于，步骤如下：s1、设备启动，初始化机器鱼的参数，机器鱼通过通信模块与外部控制器建立连接，其中，通信模块内搭载有游动控制软件，游动控制软件用于控制机器鱼的运动模式，游动控制软件包括自动块子程序、手动块子程序和通讯块子程序，手动块子程序包括游动算法组件，游动算法组件用于将远程控制指令转换为机器鱼的游动动作；s2、控制模块运行通讯块子程序，并判断外部控制器是否发送指令，若无指令，则运行自动块子程序，机器鱼在自动块子程序的控制下自由游动，并按照预设频率监控是否接收到控制指令，接收到控制指令时进入下一步；s3、控制模块接收到控制指令后运行手动块子程序，手动块子程序调用游动算法组件拆解控制指令，并转化为机器鱼的游动动作信号。7.根据权利要求6所述的水下电缆巡视的多关节机器鱼的控制方法，其特征在于，步骤s3中的游动算法组件包括方向控制和速度控制，游动算法组件设置有三个数据组，分别为方向参数、游动摆幅参数和游动频率参数，方向参数、游动摆幅参数和游动频率参数内分别包含15个数据，游动算法组件将控制指令解析成方向值和速度值，方向控制的方法是直接读取方向值并与方向参数数据组中的数据匹配，速度控制的方法是将游动摆幅参数值和游动频率参数值进行两两乘法操作，直至与速度值相同，根据匹配的方向参数数值、游动摆幅参数数值和游动频率参数数值控制机器鱼的舵机运动过程。8.根据权利要求6所述的水下电缆巡视的多关节机器鱼的控制方法，其特征在于，所述控制指令包括起始码、验证码、控制码和终止码，验证码用于外部控制器识别和验证机器鱼的id，控制码用于传递控制内容信号。9.根据权利要求6所述的水下电缆巡视的多关节机器鱼的控制方法，其特征在于，控制方法还包括延迟保护控制，延迟保护控制通过控制模块实现，用于监测机器鱼接收指令至执行指令动作的延迟时间，当延迟时间超过预设阈值时，通过通信模块向外部控制器发送警报，延迟保护控制在控制模块接收到控制指令后启动工作。

技术总结
本发明公开了一种水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法和控制方法，包括鱼头、鱼身、鱼尾以及鱼皮；所述鱼头内部设置有电源、控制模块和通信模块，电源、控制模块和通信模块依次靠近鱼头与鱼身的连接处；所述鱼身由舵机和连接件组成，舵机通过连接件与鱼头连接；所述鱼尾活动安装在鱼身远离鱼头的一端；所述鱼皮覆盖在鱼身、鱼头和鱼尾的外侧。本发明设计了一种水下电缆巡视的多关节机器鱼的制作方法和控制方法，解决了现有的机器鱼的驱动方式功耗较高、控制复杂、质量大、结构复杂、不易制作的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：夏庆锋 花国祥 肖杨 谢梦炜 朱佳悦
受保护的技术使用者：无锡学院
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/3/14