一种仿生机器鱼的制作方法

1.本发明涉及水下探测技术领域，尤其涉及一种仿生机器鱼。


背景技术：

2.近年来，随着陆地资源匮乏日益严重，人们越来越多的关注到丰富的海洋资源。由于原有的水下检测、作业、运载装置难以满足复杂水下作业任务的需求，因此加速了水下机器人的研发工作。仿生机器鱼作为鱼类推进机理和机器人技术的结合点，为研制新型的水下航行器提供了一种新思路，具有重要的研究价值和应用前景。
3.市场现有的仿生机器鱼大多都为单体式，为了能够加强对水下信息的探索，采取加强对机器的元件更新换代，如把小元件换成大元件，把芯片换成新的一代，把探测能力弱的声呐换成探测能力更强的声呐，把续航性差的载体换成强的载体
…
，这种方式大大提升了制造成本，且替换的元件往往为未损坏状态，容易造成资源浪费。且单体式仿生机器鱼的检测范围有限，不能快速完成对大块区域的快速信息采集，难以满足当前水下探测需求。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明提出一种仿生机器鱼，在仿生机器鱼内设置使用光信号通信的通信模块，通过该光信号与水下的其他仿生机器鱼组网形成去中心化的分布式结构，控制大量仿生机器鱼采集水下信息，不需要对元件更新换代即可提升水下信息的采集效率，制造成本低、探测速度快，且监测范围广，性价比高，满足了当前的水下探测需求。
5.为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案为：一种仿生机器鱼，所述仿生机器鱼包括：通信模块、采集模块、控制器以及驱动模块，所述控制器分别与所述通信模块、采集模块、驱动模块连接；所述通信模块、控制器在所述仿生机器鱼的鱼身内，所述采集模块设置在所述仿生机器鱼的鱼头内，所述控制器通过所述通信模块发出光信号以与水下的仿生机器鱼通信组网形成复合分布式架构，并利用所述采集模块采集水下信息；所述驱动模块设置在所述仿生机器鱼的鱼尾中，通过所述驱动模块驱动所述鱼尾摆动以推动所述仿生机器鱼运动。
6.进一步地，所述采集模块包括双目摄像头，所述双目摄像头设置在所述仿生机器鱼的鱼眼内，所述控制器与所述采集模块连接，通过所述采集模块获外部图像以识别水下物体和进行测距、信息采集。
7.进一步地，所述仿生机器鱼包括定位导航模块，所述定位导航模块设置在所述仿生机器鱼的鱼头中部，所述控制器与所述定位导航模块连接以获取定位导航信息。
8.进一步地，所述仿生机器鱼还包括存储模块，所述存储模块设置在所述鱼身内，与所述控制器通信连接。
9.进一步地，所述鱼身内还设置有电源模块，所述电源模块与所述控制器电连接，通过所述电源模块向所述仿生机器鱼供电。
10.进一步地，所述电源模块包括充电电路、供电电路，所述充电电路包括usb接口，通过所述usb接口获取输入的电能，并将电能传输给所述供电电路。
11.进一步地，所述驱动模块包括步进电机、舵机，所述控制器向所述步进电机、舵机输出pwm控制信号以驱动所述步进电机、舵机工作。
12.进一步地，所述控制器包括主控芯片、工作模式调试电路，所述主控芯片与所述工作模式调试电路连接以获取工作模式调试信息，主控芯片为单片机，型号为stm32f103c8t6，调试电路为swd调试电路，包括调试接口、第二电容，第二电容的一端接3v直流电，与调试接口的第一引脚连接，另一端接地，并与调试接口的第三引脚连接，调试接口的第二引脚、第四引脚与主控芯片连接。
13.进一步地，所述仿生机器鱼还包括复位电路，所述主控芯片分别与所述复位电路连接以获取复位信号。
14.进一步地，所述仿生机器鱼还包括晶振电路，所述主控芯片与所述晶振电路连接以获取时钟信号，晶振电路包括第五电容、第一晶振、第六电容、第四电容、第三电容、第三晶振、第六电阻，其中，第五电容的第一端接地，并与第六电容、第四电容、第三电容的第一端连接，第五电容的第二端与主控芯片的第四引脚、第一晶振的输出端连接，第一晶振的接地端接地，使能端与第六电容的第二端、主控芯片的第三引脚连接，第四电容的第二端与第三晶振的第一端、第六电阻的第一端以及主控芯片的第五引脚连接，第三电容的第二端与第三晶振的第二端、第六电阻的第二端以及主控芯片的第六引脚连接。
15.相比现有技术，本发明的有益效果在于：在仿生机器鱼内设置使用光信号通信的通信模块，通过该光信号与水下的其他仿生机器鱼组网形成去中心化的分布式结构，控制大量仿生机器鱼采集水下信息，不需要对元件更新换代即可提升水下信息的采集效率，制造成本低、探测速度快，且监测范围广，性价比高，满足了当前的水下探测需求。
附图说明
16.图1为本发明仿生机器鱼一实施例的结构图；
17.图2为本发明仿生机器鱼另一实施例的结构图；
18.图3为本发明仿生机器鱼一实施例的示意图；
19.图4为本发明仿生机器鱼中控制器的主控芯片一实施例的电路图；
20.图5为本发明仿生机器鱼控制器的工作模式调试电路一实施例的电路图；
21.图6为本发明仿生机器鱼的晶振电路一实施例的电路图；
22.图7为本发明仿生机器鱼中电源模块的充电电路一实施例的电路图；
23.图8为本发明仿生机器鱼中复位模块一实施例的电路图；
24.图9为本发明仿生机器鱼中电源模块的供电电路一实施例的电路图；
25.图10为本发明仿生机器鱼中采集模块的一个摄像头芯片一实施例的电路图；
26.图11为本发明仿生机器鱼中驱动模块的驱动芯片一实施例的电路图；
27.图12为本发明仿生机器鱼中定位导航模块一实施例的电路图；
28.图13为本发明仿生机器鱼中存储模块一实施例的电路图；
29.图14为本发明仿生机器鱼中通信模块一实施例的电路图。
30.图中：r1、第一电阻；j1、第一连接器；r2、第二电阻；c5、第五电容；x1、第一晶振；
c6、第六电容；c4、第四电容；c3、第三电容；x3、第三晶振；r6、第六电阻；k2、复位开关；c8、第八电容；c11、第十一电容；u11、稳压电源；c12、第十二电容；c13、第十三电容；c14、第十四电容；p3、接线端子；dc1、电源插座；r7、第七电阻；r8、第八电阻；r9、第九电阻；sw2、滑动开关；r11、第十一电阻；r10、第十电阻；q3、第三场效应管；c7、第七电容；led1、第一发光二极管；led2、第二发光二极管；led3、第三发光二极管；led4、第四发光二极管；r4、第四电阻；r5、第五电阻；r12、第十二电阻；r13、第十三电阻；j2、调试接口；c2、第二电容；u3、驱动芯片。
具体实施方式
31.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，通常在此处附图中描述和示出的各本公开实施例在不冲突的前提下，可相互组合，其中的结构部件或功能模块可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
32.在本技术公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
33.请参阅图1-14，其中，图1为本发明仿生机器鱼一实施例的结构图；图2为本发明仿生机器鱼另一实施例的结构图；图3为本发明仿生机器鱼一实施例的示意图；图4为本发明仿生机器鱼中控制器的主控芯片一实施例的电路图；
34.图5为本发明仿生机器鱼控制器的工作模式调试电路一实施例的电路图；图6为本发明仿生机器鱼的晶振电路一实施例的电路图；图7为本发明仿生机器鱼中电源模块的充电电路一实施例的电路图；图8为本发明仿生机器鱼中复位模块一实施例的电路图；图9为本发明仿生机器鱼中电源模块的供电电路一实施例的电路图；图10为本发明仿生机器鱼中采集模块的摄像头芯片一实施例的电路图；图11为本发明仿生机器鱼中驱动模块的驱动芯片一实施例的电路图；图12为本发明仿生机器鱼中定位导航模块一实施例的电路图；图13为本发明仿生机器鱼中存储模块一实施例的电路图；图14为本发明仿生机器鱼中通信模块一实施例的电路图。结合图1-14对本发明的仿生机器鱼作详细说明。
35.在本实施例中，仿生机器鱼包括：通信模块、采集模块、控制器以及驱动模块，控制器分别与通信模块、采集模块、驱动模块连接；通信模块、控制器在仿生机器鱼的鱼身内，采集模块设置在仿生机器鱼的鱼头内，控制器通过通信模块发出光信号以与水下的仿生机器鱼通信组网形成复合分布式架构，并利用采集模块采集水下信息；驱动模块设置在仿生机器鱼的鱼尾中，通过驱动模块驱动鱼尾摆动以推动仿生机器鱼运动。
36.本发明利用了水下光通信技术具有高速率、低成本、低功耗、不受电磁辐射和核辐射影响等特点，并以数量群的优势弥补了单个体的不足，以此实现仿生鱼水下集群通信功
能，极大提高了水下工作的隐蔽性、安全性以及高效性。
37.在本实施例中，仿生机器鱼使用集群通信，控制器包括主控芯片、工作模式调试电路，主控芯片与工作模式调试电路连接以获取工作模式调试信息，从而根据工作模式调试信息调试工作模式。
38.在一个具体的实施例中，主控芯片为单片机，其型号为stm32f103c8t6，工作模式调试电路包括第一电阻r1、第一连接器j1以及第二电阻r2，第一电阻r1的第一端与主控芯片的第四十四引脚连接，第二端与第一连接器j1的第三引脚连接，第一连接器j1的第五、第六引脚接地，第一、第二引脚与3v直流电源连接，第二电阻r2的一端与第一连接器j1的第四引脚连接，另一端与主控芯片的第十九引脚连接。
39.在本实施例中仿生机器鱼还包括晶振电路，主控芯片与晶振电路连接以获取时钟信号。
40.在一个具体的实施例中，晶振电路包括第五电容c5、第一晶振x1、第六电容c6、第四电容c4、第三电容c3、第三晶振x3、第六电阻r6，其中，第五电容c5的第一端接地，并与第六电容c6、第四电容c4、第三电容c3的第一端连接，第五电容c5的第二端与主控芯片的第四引脚、第一晶振x1的输出端连接，第一晶振x1的接地端接地，使能端与第六电容c6的第二端、主控芯片的第三引脚连接，第四电容c4的第二端与第三晶振x3的第一端、第六电阻r6的第一端以及主控芯片的第五引脚连接，第三电容c3的第二端与第三晶振x3的第二端、第六电阻r6的第二端以及主控芯片的第六引脚连接。
41.在本实施例中，采集模块包括双目摄像头，双目摄像头设置在仿生机器鱼的鱼眼内，控制器与采集模块连接，通过采集模块获外部图像以识别水下物体和进行测距、信息采集。
42.在一个具体的实施例中，采集模块使用摄像头的数量为两个，其型号为ov7670，通过该摄像头拍摄图像，并将摄像头与控制器的主控芯片连接，将图像传输给控制器。
43.在本实施例中，仿生机器鱼还包括复位电路，主控芯片分别与复位电路连接以获取复位信号。
44.在一个具体的实施例中，复位电路包括复位开关k2、第一电容c1、第三电阻r3，其中，复位开关k2的第一端接地，第二端与第一电容c1的第一端、第三电阻r3的第二端连接，第一电容c1的第二端接地，第三电阻r3的第一端接入3v直流电。
45.在本实施例中，仿生机器鱼还包括存储模块，该存储模块设置在仿生机器鱼的鱼身内，与控制器通信连接。
46.在一个具体的实施例中，存储模块通过sd卡存储信息，并设置有放置sd卡的卡座，该卡座的型号为tf-01a，主控芯片与存储模块通过spi协议通信连接。
47.在本实施例中，仿生机器鱼包括定位导航模块，定位导航模块设置在仿生机器鱼的鱼头中部，控制器与定位导航模块连接以获取定位导航信息。其中，定位导航模块可以通过gps导航、基站定位等方式获取定位导航信息。控制器与通信模块、定位导航模块通过串口通信的方式连接。
48.在一个具体的实施例中，定位导航模块设置有卫星定位芯片，该卫星定位芯片的型号为atgm336h-5n11，卫星定位芯片与主控芯片连接以将卫星定位信息传输给主控芯片。
49.仿生机器鱼的鱼身内还设置有电源模块，电源模块与控制器电连接，通过电源模
块向仿生机器鱼中的所有用电元件供电。其中，电源模块包括充电电路、供电电路，充电电路包括usb接口，通过usb接口获取输入的电能，并将电能传输给供电电路。电源模块还包括电池，供电电路、充电电路均与电池连接，以通过电池储存电能和将电能传输给供电电路。
50.在一个具体的实施例中，供电电路包括第八电容c8、第十一电容c11、稳压电源u11、第十二电容c12、第十三电容c13以及第十四电容c14。第八电容c8、第十一电容c11的第一端接地，第二端充电电路的输出端、稳压电源u11的电源输入端连接，稳压电源u11的接地端接地，输出端与第十二电容c12、第十三电容c13、第十四电容c14的第一端连接，第十二电容c12、第十三电容c13、第十四电容c14的第二端接地。通过稳压电源u11的输出端输出3v直流电。
51.充电电路包括接线端子p3、电源插座dc1、usb接口、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、滑动开关sw2、第十一电阻r11、第十电阻r10、第三场效应管q3以及第七电容c7，其中，usb接口的第一数据引脚与第七电阻r7的第一端连接，第七电阻r7的第二端与主控芯片的第三十二引脚连接，第八电阻r8的第二端与主控芯片的第三十三引脚、第九电阻r9的第一端连接，第一端与usb接口的第二数据引脚连接，第二电阻r2的第二端接地，滑动开关sw2的输入端与接线端子p3、电源插座dc1、以及usb接口的电压引脚连接，输出端输出5v直流电压，并与第十一电阻r11的第一端连接，第十一电阻r11的第二端与第三场效应管q3的栅极、第十电阻r10的第一端、第七电容c7的第一端连接，第三场效应管q3的漏极、第十电阻r10的第二端以及第七电容c7的第二端接地，第三场效应管q3的源极与usb接口的接地引脚连接。
52.在本实施例中，通信模块置于仿生机器鱼的鱼身上部，连接控制器，用于与组网的其他仿生机器鱼的水下光通信，能够实现一定距离的信息传输。
53.在一个具体的实施例中，通信模块包括第一发光二极管led1、第二发光二极管led2、第三发光二极管led3、第四发光二极管led4、第四电阻r4、第五电阻r5、第十二电阻r12以及第十三电阻r13，其中，第一发光二极管led1、第二发光二极管led2、第三发光二极管led3、第四发光二极管led4的阳极与供电电路连接以接入3v直流电，第一发光二极管led1的阴极通过第四电阻r4与主控芯片连接，第二发光二极管led2的阴极通过第五电阻r5与主控芯片连接，第三发光二极管led3的阴极通过第十二电阻r12通过主控芯片连接，第四发光二极管led4的阴极通过第十三电阻r13与主控芯片连接。
54.仿生机器鱼还包括调试电路，控制器通过调试电路接收调试代码。
55.在一个具体的实施例中，调试电路为swd调试电路，包括调试接口j2、第二电容c2，第二电容c2的一端接3v直流电，与调试接口j2的第一引脚连接，另一端接地，并与调试接口j2的第三引脚连接，调试接口j2的第二引脚、第四引脚与主控芯片连接。
56.在本实施例中，驱动模块包括步进电机、舵机，控制器向步进电机、舵机输出pwm控制信号以驱动步进电机、舵机工作，从而产生驱动仿生机器鱼向前游动的推进力。
57.在一个实施例中，驱动模块还包括驱动芯片u3，驱动芯片u3与主控芯片、步进电机、舵机连接，主控芯片通过驱动芯片u3驱动步进电机、舵机工作。
58.有益效果：本发明在仿生机器鱼内设置使用光信号通信的通信模块，通过该光信号与水下的其他仿生机器鱼组网形成去中心化的分布式结构，控制大量仿生机器鱼采集水下信息，不需要对元件更新换代即可提升水下信息的采集效率，制造成本低、探测速度快，且监测范围广，性价比高，满足了当前的水下探测需求。
59.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
60.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。