專利名稱：機(jī)器魚能量拾取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有非接觸充電功能的機(jī)器魚能量拾取 裝置。
背景技術(shù)：
仿生學(xué)是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一門綜合性邊緣學(xué)科，它由生命科學(xué)與工程技術(shù)科學(xué)相 互滲透、相互結(jié)合而成。仿生學(xué)將有關(guān)生物學(xué)原理應(yīng)用到工程系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)當(dāng)今日 益發(fā)展的仿生機(jī)器人科學(xué)起到了極大的推動(dòng)作用。對(duì)機(jī)器魚的研究上作可分為兩個(gè)階段；二
十世紀(jì)九十年代以前主要集中于基礎(chǔ)理論的研究，九十年代以后隨著機(jī)器人學(xué)、新型材料和 驅(qū)動(dòng)裝置的發(fā)展，人們開始機(jī)器魚的研制。
現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)器魚完成游動(dòng)功能都需要由電池來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成游動(dòng)動(dòng)作。而目前機(jī)器 魚所用的電池主要為充電電池或干電池兩種，使用干電池需要經(jīng)常更換電池，而使用充電電 池需要經(jīng)常將機(jī)器魚拿出來(lái)，拆出電池或充電接口進(jìn)行充電，這樣就會(huì)增加工作人員的工作
量；而且，時(shí)常拆卸機(jī)器魚勢(shì)必使得機(jī)器魚的壽命縮短，增加機(jī)器魚的維護(hù)成本；同時(shí)，拆 換的廢舊電池也會(huì)污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種不需要經(jīng)常更換電池，就可實(shí) 現(xiàn)非接觸充電功能的機(jī)器魚能量拾取裝置。
本發(fā)明的目的是采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的-
機(jī)器魚能量拾取裝置，其特點(diǎn)在于，包括設(shè)于機(jī)器魚內(nèi)的非接觸充電感應(yīng)線圈和設(shè)于魚 缸底部的主動(dòng)線圈陣列；
所述主動(dòng)線圈陣列通過(guò)電源控制板和插頭與外接電源連通，電源控制板上設(shè)置有用于將 交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換為特定頻率交流電的轉(zhuǎn)換電路；連接主動(dòng)線圈陣列的 多路切換電路和電流檢測(cè)電路，所述主動(dòng)線圈陣列用于產(chǎn)生電磁波；
所述非接觸充電感應(yīng)線圈可與主動(dòng)線圈陣列的各線圈耦合，該非接觸充電感應(yīng)線圈的輸出通過(guò)一個(gè)可以將交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓直流電的整流穩(wěn)壓電路模塊與可充電電池相連，用于將 從主動(dòng)線圈感應(yīng)到的電磁波能量轉(zhuǎn)換為直流電，給機(jī)器魚提供電源能量。
這樣，采用本發(fā)明裝置的機(jī)器魚，當(dāng)機(jī)器魚內(nèi)的充電電池電量耗完后，由于失去動(dòng)力， 故機(jī)器魚會(huì)下沉到魚缸底部主動(dòng)線圈陣列的某個(gè)線圈上方，此時(shí)電源控制板將對(duì)應(yīng)線圈通電， 外接的交流電經(jīng)過(guò)電源控制板轉(zhuǎn)化為特定頻率的交流電，并通往設(shè)于魚缸底部的主動(dòng)線圈， 主動(dòng)線圈產(chǎn)生電磁波，該電磁波被設(shè)于機(jī)器魚內(nèi)的非接觸充電感應(yīng)線圈感應(yīng)并被轉(zhuǎn)換為直流 電流，該直流電對(duì)充電電池充電，即可為機(jī)器魚補(bǔ)充電源能量進(jìn)行充電。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，可將所述非接觸充電感應(yīng)線圈設(shè)置于機(jī)器魚內(nèi)壁側(cè)面； 同時(shí)，機(jī)器魚內(nèi)腔再設(shè)置重心改變裝置。所述重心改變裝置，包括與充電電池相連的直流電 機(jī)、與該直流電機(jī)的輸出軸垂直固定連接的配重塊、套設(shè)于輸出軸上控制該配重塊的復(fù)位扭
簧；其中，所述直流電機(jī)軸向水平設(shè)置，所述配重塊由直流電機(jī)和復(fù)位扭簧控制位置，使配
重塊在充電電池?zé)o電時(shí)指向非接觸充電感應(yīng)線圈，在充電電池有電時(shí)指向機(jī)器魚下腹位置。
上述優(yōu)化的實(shí)質(zhì)是，可改變充電時(shí)主動(dòng)線圈與非接觸充電感應(yīng)線圈之間耦合關(guān)系的一種 優(yōu)化設(shè)置。如果按照常規(guī)慣性設(shè)計(jì)思維，非接觸充電感應(yīng)線圈往往會(huì)設(shè)置在魚腹底部的位置， 但申請(qǐng)人考慮到這類非接觸充電的要點(diǎn)是保證主動(dòng)線圈與感應(yīng)線圈的距離足夠近、有效耦合
面積足夠大；為了保證正常游動(dòng)，機(jī)器魚往往是利用類似不倒翁的原理，通過(guò)配重保持魚腹 向下狀態(tài)的，失去動(dòng)力時(shí)，機(jī)器魚會(huì)保持腹部向下，沉到水底，這時(shí)才可以進(jìn)行非接觸式充 電；如果把非接觸充電感應(yīng)線圈設(shè)置于魚腹底部，那么，由于魚腹底部是狹長(zhǎng)的，非接觸感 應(yīng)線圈也必然是狹長(zhǎng)的，與主動(dòng)線圈的有效耦合面積很小，充電效率低下；如果將非接觸感 應(yīng)線圈配置于機(jī)器魚側(cè)面，則無(wú)法保證充電時(shí)非接觸感應(yīng)線圈和主動(dòng)線圈的距離足夠小。而 在上述優(yōu)化結(jié)構(gòu)中，非接觸充電感應(yīng)線圈是設(shè)置在機(jī)器魚內(nèi)壁的側(cè)面上，同時(shí)申請(qǐng)人創(chuàng)造性 地在機(jī)器魚內(nèi)腔中增設(shè)了一個(gè)重心改變裝置，該重心改變裝置可保證當(dāng)充電電池?zé)o電時(shí)，機(jī) 器魚的重心方向會(huì)立即轉(zhuǎn)變?yōu)榕c非接觸充電感應(yīng)線圈所在方向重合。這樣就保證了機(jī)器魚側(cè) 躺充電時(shí)，恰好是非接觸充電感應(yīng)線圈所在的側(cè)面向下，使得非接觸充電感應(yīng)線圈與主動(dòng)線 圈之間的距離大大縮減、有效耦合面積足夠大；進(jìn)而保證了充電的進(jìn)行并大大增快了充電速 度，避免了電能的浪費(fèi)。
作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述主動(dòng)線圈陣列為均勻分布于魚缸底部的多個(gè)均勻排列的線圈；所 述電源控制板中還設(shè)置有控制器，所述控制器即主要包括電流檢測(cè)電路和多路切換電路，用 于決策和控制主動(dòng)線圈陣列(1)中的每個(gè)主動(dòng)線圈的通、斷電。這樣，即可根據(jù)機(jī)器魚降落 的具體位置，通過(guò)控制器來(lái)選擇位于機(jī)器魚下方的主動(dòng)線圈通電來(lái)產(chǎn)生電磁波給機(jī)器魚充電。采用本發(fā)明技術(shù)方案，主要具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 機(jī)器魚通過(guò)非接觸式充電，不需要更換電池，從而解決了工作人員時(shí)常給機(jī)器魚更換 電池的麻煩，也使得機(jī)器魚平時(shí)的維護(hù)成本減少，并且無(wú)污染。
2、 本發(fā)明由于進(jìn)一步增設(shè)了重心改變裝置，可保證機(jī)器魚在充電電池電能耗盡的情況下， 使安裝有非接觸充電感應(yīng)線圈的側(cè)面向下，與均勻分設(shè)于魚缸底部的主動(dòng)線圈對(duì)應(yīng)；當(dāng)主動(dòng) 線圈通電時(shí)，由于非接觸充電感應(yīng)線圈與主動(dòng)線圈耦合面較大，可大大提高其充電效能。
3、 本發(fā)明只在檢測(cè)到需要充電時(shí)才接通主動(dòng)線圈陣列中的特定線圈，節(jié)能環(huán)保。
4、 本發(fā)明機(jī)器魚能量拾取裝置可廣泛用作研究型機(jī)器魚，也可用作觀賞用的機(jī)器魚和其 他適用的水下移動(dòng)系統(tǒng)。


圖1是安裝有發(fā)明的機(jī)器魚在魚缸中正常游動(dòng)狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是安裝有發(fā)明的機(jī)器魚處于充電狀態(tài)時(shí)的俯視圖，為清除顯示其結(jié)構(gòu)，圖中不含魚 缸，但本狀態(tài)時(shí)，機(jī)器魚是側(cè)躺在魚缸底部。 圖3是圖2中的A-A向局部視圖。 圖4是本發(fā)明的電路原理框圖。 圖5是本發(fā)明的主動(dòng)線圈陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6是本發(fā)明的主動(dòng)線圈陣列的控制原理框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示， 一種機(jī)器魚能量拾取裝置，包括設(shè)于機(jī)器魚9內(nèi)的非接觸充電感應(yīng)線圈 3，以及設(shè)于魚缸10底部的主動(dòng)線圈陣列1。
參見圖2至圖6，所述主動(dòng)線圈陣列1通過(guò)電源控制板2和插頭與外接電源連通，電源 控制板上設(shè)置有用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換為特定頻率交流電的轉(zhuǎn)換電路； 以及主要由連接主動(dòng)線圈陣列1的多路切換電路和電流檢測(cè)電路構(gòu)成的控制器；所述主動(dòng)線 圈用于產(chǎn)生電磁波；所述非接觸充電感應(yīng)線圈3可分別與主動(dòng)線圈陳列的各線圈耦合，該非 接觸充電感應(yīng)線圈3的輸出通過(guò)一個(gè)可以將交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓直流電的整流穩(wěn)壓電路模塊與 可充電電池4相連，用于將從主動(dòng)線圈感應(yīng)到的電磁波能量轉(zhuǎn)換為直流電，給機(jī)器魚提供電 源能量。其中，所述非接觸充電感應(yīng)線圈3設(shè)置于機(jī)器魚9內(nèi)壁側(cè)面；同時(shí)，機(jī)器魚9內(nèi)腔還設(shè)置有重心改變裝置，所述重心改變裝置，包括與充電電池4相連的直流電機(jī)5、與該直 流電機(jī)5的輸出軸6垂直固定連接的配重塊7、套設(shè)于輸出軸6上控制該配重塊7的復(fù)位扭 簧8;其中，所述直流電機(jī)5軸向水平設(shè)置，所述配重塊7由直流電機(jī)5和復(fù)位扭簧8控制 位置，使配重塊7在充電電池4無(wú)電時(shí)指向非接觸充電感應(yīng)線圈3，在充電電池4有電時(shí)指 向機(jī)器魚9下腹位置。
當(dāng)裝有本發(fā)明的機(jī)器魚處于正常游動(dòng)狀態(tài)時(shí)，如圖1所示，此時(shí)配重塊7在直流電機(jī)5 的作用的指向機(jī)器魚9的下腹位置，可使機(jī)器魚保持直立的狀態(tài)在魚缸10中游動(dòng)。當(dāng)機(jī)器魚 9在充電電池4無(wú)電或處于充電狀態(tài)時(shí)，機(jī)器魚9下落并側(cè)躺在魚缸10底部，此時(shí)如圖2和 圖3所示，配重塊7在復(fù)位扭簧8的作用下指向非接觸充電感應(yīng)線圈3。當(dāng)電池充滿后，機(jī) 器魚恢復(fù)正常游動(dòng)。
具體實(shí)施時(shí)，所述主動(dòng)線圈陳列l(wèi)由多個(gè)均勻分布于魚缸10底部的線圈構(gòu)成，所述電源 控制板2中設(shè)置有控制器，所述控制器通過(guò)多路切換電路和電流檢測(cè)電路每隔一定時(shí)間給主 動(dòng)線圈陣列中的每個(gè)線圈進(jìn)行極短時(shí)間的輪流供電，并檢測(cè)電流，利用變壓器原邊電流隨負(fù) 載變化而變化的原理判斷是否有機(jī)器魚處于某個(gè)線圈的上方等待充電，通過(guò)控制主動(dòng)線圈陳 列l(wèi)的各個(gè)主動(dòng)線圈通、斷電來(lái)完成充電過(guò)程。這樣即可根據(jù)機(jī)器魚9降落的具體位置，通 過(guò)控制器來(lái)選擇位于機(jī)器魚9下方的主動(dòng)線圈通電來(lái)產(chǎn)生電磁波給機(jī)器魚9充電，具體實(shí)施 時(shí)，如圖5和圖6所示，在控制器與主動(dòng)線圈列陣之間還連接有選擇開關(guān)，所述選擇開關(guān)可 分別控制各主動(dòng)線圈的通電和斷電，控制器通過(guò)控制選擇開關(guān)來(lái)對(duì)主動(dòng)線圈進(jìn)行控制。圖4 為具體實(shí)施時(shí)本發(fā)明的電路原理框圖，圖5是本發(fā)明的主動(dòng)線圈陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是 本發(fā)明的主動(dòng)線圈陣列的控制原理框圖，如圖所示，其中，外部電源與電源控制板連接為其 供電，電源控制板內(nèi)的轉(zhuǎn)換電路用于將市電轉(zhuǎn)換為特定頻率交流電，控制器可選擇給與其連 接的恰好處于降落的機(jī)器魚9下方的主動(dòng)線圈1通電來(lái)產(chǎn)生電磁波。非接觸充電感應(yīng)線圈與 主動(dòng)線圈耦合，用于接收電磁波并將其轉(zhuǎn)化為直流電，充電電池與非接觸充電感應(yīng)線圈通過(guò) 整流穩(wěn)壓模塊連接，接收轉(zhuǎn)化的直流電并進(jìn)行充電儲(chǔ)能。
值得指出的是，本發(fā)明對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)做出創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的地方在于為現(xiàn)有的機(jī)器魚設(shè)備， 增設(shè)了一個(gè)能量拾取裝置，使得機(jī)器魚能夠方便地進(jìn)行非接觸式充電。至于機(jī)器魚，包括魚 殼、控制模塊、無(wú)線通訊模塊、紅外傳感器、尾部電機(jī)、魚鰭電機(jī)、擺動(dòng)關(guān)節(jié)、固定骨架和 充電電池，以及給機(jī)器魚提供動(dòng)力使其游動(dòng)和上浮以及怎樣控制游動(dòng)等結(jié)構(gòu)和裝置，均可采 用成熟的現(xiàn)有技術(shù)，不屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、機(jī)器魚能量拾取裝置，其特征在于，包括設(shè)于機(jī)器魚(9)內(nèi)的非接觸充電感應(yīng)線圈(3)和設(shè)于魚缸(8)底部的主動(dòng)線圈陣列(1)；所述主動(dòng)線圈陣列(1)通過(guò)電源控制板(2)和插頭與外接電源連通，電源控制板(2)上設(shè)置有用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換為特定頻率交流電的轉(zhuǎn)換電路；連接主動(dòng)線圈陣列(1)的多路切換電路和電流檢測(cè)電路，所述主動(dòng)線圈陣列(1)用于產(chǎn)生電磁波；所述非接觸充電感應(yīng)線圈(3)可與主動(dòng)線圈陣列(1)的各線圈耦合，該非接觸充電感應(yīng)線圈(3)的輸出通過(guò)一個(gè)可以將交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓直流電的整流穩(wěn)壓電路模塊與可充電電池相連，用于將從主動(dòng)線圈感應(yīng)到的電磁波能量轉(zhuǎn)換為直流電，給機(jī)器魚提供電源能量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器魚能量拾取裝置，其特征在于，所述非接觸充電感應(yīng)線圈 (3)設(shè)置于機(jī)器魚(9)內(nèi)的任一側(cè)面；同時(shí)，機(jī)器魚(9)內(nèi)腔還設(shè)置有重心改變裝置，所述重心改變裝置，包括與充電電池(4)輸出相連的直流電機(jī)(5)、與該直流電機(jī)(5)的輸 出軸(6)垂直固定連接的配重塊(7)、套設(shè)于輸出軸(6)上控制該配重塊(7)的復(fù)位扭簧 (8);其中，所述直流電機(jī)(5)軸向水平設(shè)置，所述配重塊(7)由直流電機(jī)(5)和復(fù)位扭 簧(8)控制位置，使配重塊(7)在充電電池(4)無(wú)電時(shí)指向非接觸充電感應(yīng)線圈(3)，在 充電電池(4)有電時(shí)指向機(jī)器魚(9)下腹位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)器魚能量拾取裝置，其特征在于，所述主動(dòng)線圈陣列(1) 為均勻分布于魚缸(8)底部的多個(gè)均勻排列的線圈；所述電源控制板(2)通過(guò)電流檢測(cè)電 路和多路切換電路，決策和控制主動(dòng)線圈陣列(1)中的每個(gè)主動(dòng)線圈的通、斷電。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)器魚能量拾取裝置，其特點(diǎn)在于，包括設(shè)于機(jī)器魚內(nèi)的非接觸充電感應(yīng)線圈和設(shè)于魚缸底部的主動(dòng)線圈陣列；所述主動(dòng)線圈陣列通過(guò)電源控制板和插頭與外接電源連通；所述主動(dòng)線圈陣列用于產(chǎn)生電磁波；所述非接觸充電感應(yīng)線圈可與主動(dòng)線圈耦合，該非接觸充電感應(yīng)線圈的輸出通過(guò)一個(gè)可以將交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓直流電的整流穩(wěn)壓電路模塊與可充電電池相連，用于將從主動(dòng)線圈感應(yīng)到的電磁波能量轉(zhuǎn)換為直流電，給機(jī)器魚提供電源能量。機(jī)器魚通過(guò)本裝置可非常方便、有效地進(jìn)行非接觸式充電，不需要更換電池，從而解決了工作人員時(shí)常給機(jī)器魚更換電池的麻煩，也使得機(jī)器魚平時(shí)的維護(hù)成本減少，并且無(wú)污染。
文檔編號(hào)B63H23/00GK101590904SQ20091010425
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者楠 李, 王曉龍, 薛方正, 億 郭 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)