本實(shí)用新型涉及仿真機(jī)器人，具體涉及仿生機(jī)器魚。

背景技術(shù)：

2016年是人工智能元年，谷歌的AlphaGo震驚世界。機(jī)器是人工智能技術(shù)的載體，由此，世界各地的研究所或者公司也推出多款機(jī)器人，從類人機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人到軍方的戰(zhàn)備機(jī)器人，可以說機(jī)器人行正如當(dāng)年的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)一樣蓬勃火熱發(fā)展。市面上的機(jī)器人多以工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人為主，這些機(jī)器人一般是按照特定的功能定制的，比如焊接機(jī)器人，掃地機(jī)器人等，要在這些機(jī)器人上做進(jìn)一步修改升級(jí)就相當(dāng)困難，基本上都要重新設(shè)計(jì)。而一般的機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)入門又比較高，而且基本都是大公司壟斷，價(jià)格昂貴，一些小的企業(yè)或個(gè)人基本上不會(huì)考慮。那些小的機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)往往只提供一些開發(fā)板或開發(fā)模組，只適合用來學(xué)習(xí)或做簡易的玩具。目前，急需一種開發(fā)簡便、模塊化程度高的機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)。在機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)中，運(yùn)動(dòng)處理是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的核心，如何從單一重復(fù)性的動(dòng)作到智能化高仿真動(dòng)作，都是目前研究領(lǐng)域的空白。

以往的機(jī)器魚設(shè)計(jì)復(fù)雜，完成動(dòng)作單一，仿生程度低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供仿生機(jī)器魚，本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)控制靈活，機(jī)器人動(dòng)作仿真程度高。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

仿生機(jī)器魚，包括機(jī)器魚,所述的機(jī)器魚包括外殼、頭部、魚鰭、骨架、運(yùn)動(dòng)控制單元；所述的外殼包裹所述的骨架；所述的頭部安裝與所述外殼一端；所述的魚鰭連接于外殼上；所述的骨架上安裝有動(dòng)作執(zhí)行元件；所述的動(dòng)作執(zhí)行元件由運(yùn)動(dòng)控制單元控制，所述的頭部、魚鰭、骨架分別與所述的動(dòng)作執(zhí)行元件連接；所述的運(yùn)動(dòng)控制單元控制動(dòng)作執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)所述的頭部完成開合動(dòng)作、轉(zhuǎn)向動(dòng)作，帶動(dòng)所述的魚鰭完成擺動(dòng)動(dòng)作，帶動(dòng)所述的骨架尾部完成擺動(dòng)動(dòng)作。

進(jìn)一步的，所述的機(jī)器魚還包括沉浮裝置；所述的沉浮裝置包括沉浮控制器、水泵盒、壓力罐；所述的水泵盒內(nèi)設(shè)有水泵、閥體；所述的壓力罐內(nèi)設(shè)有水囊，所述的水囊與壓力罐之間密封連接；所述的水囊與壓力罐之間密封有氣體；所述的水泵、閥體與沉浮控制器連接；所述的水泵與水囊通過管路連接；所述的水泵與壓力罐之間的管路上設(shè)有閥體；所述的沉浮控制器控制水泵進(jìn)水、控制閥體開關(guān)。

進(jìn)一步的，所述的機(jī)器魚還包括避障裝置；所述的避障裝置包括避障控制器、距離檢測器、轉(zhuǎn)向裝置；所述的避障控制器與距離檢測器、轉(zhuǎn)向裝置連接；所述的距離檢測器檢測水平平面內(nèi)距離值并反饋給所述的避障控制器，所述的避障控制器根據(jù)距離值判斷并控制轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)向。

進(jìn)一步的，所述的骨架包括多個(gè)鉸接在一起骨架關(guān)節(jié)；所述骨架關(guān)節(jié)包括一第一支撐部、一第二支撐部及一連接部，所述第一支撐部與第二支撐部相互平行，所述連接部的兩端分別與所述第一支撐部及第二支撐部垂直連接；相鄰兩個(gè)骨架關(guān)節(jié)的兩個(gè)第一支撐部上下疊置且通過豎向設(shè)置的銷軸鉸接，相鄰兩個(gè)骨架關(guān)節(jié)的兩個(gè)第二支撐部上下疊置且通過豎向設(shè)置的銷軸鉸接。

進(jìn)一步的，所述的外殼包括若干外殼關(guān)節(jié)；相鄰兩節(jié)所述的外殼關(guān)節(jié)中，靠近頭部側(cè)的外殼關(guān)節(jié)后端設(shè)有一凸起，所述凸起的厚度小于外殼關(guān)節(jié)的厚度，相鄰兩節(jié)外殼關(guān)節(jié)中遠(yuǎn)離頭部側(cè)的外殼關(guān)節(jié)的前端設(shè)有一凹槽，所述凸起收容于所述凹槽內(nèi)，所述凸起的厚度小于所述凹槽的厚度使相鄰兩節(jié)外殼關(guān)節(jié)之間形成一間隙。

進(jìn)一步的，所述每一外殼關(guān)節(jié)包括一殼體及至少一固定于所述殼體內(nèi)壁上的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，每一所述骨架關(guān)節(jié)與兩所述外殼關(guān)節(jié)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)固定連接并位于兩所述外殼關(guān)節(jié)之間。

進(jìn)一步的，所述的動(dòng)作執(zhí)行元件包括電機(jī)、繞線輪安裝座、繞線輪；所述的繞線輪通過繞線輪安裝座與電機(jī)連接；所述的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)所述的繞線輪轉(zhuǎn)向；導(dǎo)線一端固定于繞線輪上，另一端固定于骨架或魚鰭上；所述的動(dòng)作執(zhí)行元件還包括動(dòng)力舵機(jī)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)、輔助舵機(jī)；所述的動(dòng)力舵機(jī)與所述的骨架尾部連接；所述的轉(zhuǎn)向舵機(jī)所述的骨架頭部連接；所述的輔助舵機(jī)與魚鰭連接。

進(jìn)一步的，所述的機(jī)器魚還包括導(dǎo)線裝置；所述的導(dǎo)線裝置包括出線導(dǎo)輪、過線導(dǎo)輪；所述的出線導(dǎo)輪安裝于動(dòng)作執(zhí)行元件出導(dǎo)線位置的骨架上，所述的過線導(dǎo)輪安裝于非動(dòng)作執(zhí)行元件出導(dǎo)線位置的骨架上。

進(jìn)一步的，所述的魚鰭包括一魚鰭骨架、一魚鰭外殼；所述魚鰭外殼包覆于所述魚鰭骨架；所述魚鰭骨架包括一基板，所述基板設(shè)有至少一凹槽；所述魚鰭骨架還包括若干限位結(jié)構(gòu)，所述限位結(jié)構(gòu)從所述基板延伸而出，所述限位結(jié)構(gòu)限制所述凹槽的彎折程度。

本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型提供仿生機(jī)器魚，包括機(jī)器魚，所述的機(jī)器魚包括外殼、頭部、魚鰭、骨架、運(yùn)動(dòng)控制單元；所述的外殼包裹所述的骨架；所述的頭部安裝與所述外殼一端；所述的魚鰭連接于外殼上；所述的骨架上安裝有動(dòng)作執(zhí)行元件；所述的動(dòng)作執(zhí)行元件由運(yùn)動(dòng)控制單元控制，所述的頭部、魚鰭、骨架分別與所述的動(dòng)作執(zhí)行元件連接；所述的運(yùn)動(dòng)控制單元控制動(dòng)作執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)所述的頭部完成開合動(dòng)作、轉(zhuǎn)向動(dòng)作，帶動(dòng)所述的魚鰭完成擺動(dòng)動(dòng)作，帶動(dòng)所述的骨架尾部完成擺動(dòng)動(dòng)作。本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)控制靈活，控制精準(zhǔn)度高，極大的提高了仿生機(jī)器魚動(dòng)作的仿真程度。

上述說明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本實(shí)用新型的仿生機(jī)器魚立體分解示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的仿生機(jī)器魚外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的仿生機(jī)器魚骨架上沉浮裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型的水泵盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型的沉浮裝置原理示意圖；

圖6是本實(shí)用新型的沉浮裝置管路示意圖；

圖7是本實(shí)用新型的動(dòng)作執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)分解示意圖；

圖8是本實(shí)用新型的導(dǎo)向裝置與骨架關(guān)節(jié)裝配示意圖；

圖9是本實(shí)用新型的導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本實(shí)用新型的避障裝置避障原理示意圖；

圖11是本實(shí)用新型的仿生機(jī)器魚轉(zhuǎn)向原理示意圖；

圖12為所述仿生機(jī)器魚魚身結(jié)構(gòu)的右半邊外殼的一立體圖。

圖13為圖12所示仿生機(jī)器魚魚身結(jié)構(gòu)的右半邊外殼的另一角度的立體圖。

圖14為仿生機(jī)器魚魚身結(jié)構(gòu)的一外殼關(guān)節(jié)的通用外殼的一立體圖。

圖15為仿生機(jī)器魚魚身結(jié)構(gòu)的一外殼關(guān)節(jié)的魚鰭處外殼的一立體圖。

圖16為仿生機(jī)器魚魚身結(jié)構(gòu)的一外殼關(guān)節(jié)的配合型外殼的一立體圖。

圖17為仿生機(jī)器魚魚身結(jié)構(gòu)的一外殼關(guān)節(jié)與對(duì)應(yīng)骨架關(guān)節(jié)的裝配圖。

圖18為仿生機(jī)器魚魚身結(jié)構(gòu)的一節(jié)完整的裝配圖。

圖19為仿生機(jī)器魚魚身結(jié)構(gòu)的相鄰兩節(jié)外殼的立體圖。

圖20是本實(shí)用新型的一種仿生機(jī)器魚交互系統(tǒng)流程示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)：1、外殼；10、外殼關(guān)節(jié)；10a、通用外殼；10b、魚鰭處外殼；10c、配合外殼；11、殼體；12、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)；121、連接孔；122、固定孔；123、鏤空；13、鍵；14、安裝孔；15、前置外殼；151、凸起；16、后置外殼；161、凹槽；2、頭部；21、下顎；22、距離檢測器；23、檢測區(qū)域；3、尾部；4、仿生魚鰭；41、魚鰭骨架；5、骨架；511、第一支撐部；512、第二支撐部；513、連接部；6、動(dòng)作執(zhí)行元件；60、動(dòng)力舵機(jī)；61、繞線輪安裝座；62、繞線輪；63、轉(zhuǎn)向舵機(jī)；64、輔助舵機(jī)；7、沉浮裝置；71、水泵盒；72、壓力罐；711、水泵；712、壓力傳感器；713、閥體；721、水囊；722、氣體；81、出線導(dǎo)輪；82、過線導(dǎo)輪；83、導(dǎo)線；100、機(jī)器魚。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。

參照?qǐng)D1-20所示，仿生機(jī)器魚，如圖1所示，為機(jī)器魚100結(jié)構(gòu)分解示意圖，機(jī)器魚100包括外殼1、頭部2、尾部3、仿生魚鰭4、骨架5，如圖2所示，骨架5上安裝有動(dòng)作執(zhí)行元件6，包括動(dòng)力舵機(jī)60、轉(zhuǎn)向舵機(jī)63、輔助舵機(jī)64，骨架5中部與尾部各安裝有一動(dòng)力舵機(jī)60；所述的轉(zhuǎn)向舵機(jī)63響應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制單元發(fā)出的方向指令；所述的動(dòng)力舵機(jī)60響應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制單元發(fā)出的前進(jìn)指令。骨架5還安裝有4臺(tái)輔助舵機(jī)64；4臺(tái)輔助舵機(jī)64呈前后各一對(duì)仿生魚鰭4對(duì)稱布置；所述的輔助舵機(jī)64連接仿生魚鰭4；如圖6所示，機(jī)器魚100轉(zhuǎn)向時(shí)，單側(cè)輔助舵機(jī)64運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)單側(cè)仿生魚鰭4運(yùn)動(dòng)，如機(jī)器魚100向右轉(zhuǎn)向時(shí)，左側(cè)輔助舵機(jī)64運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)左側(cè)仿生魚鰭4運(yùn)動(dòng)，完成輔助向右轉(zhuǎn)向；向左轉(zhuǎn)向原理同上。同時(shí)，仿生魚鰭4還作為輔助動(dòng)力舵機(jī)，當(dāng)機(jī)器魚100不執(zhí)行轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩側(cè)輔助舵機(jī)64帶動(dòng)兩側(cè)仿生魚鰭4運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方式為同步游動(dòng)與異步游動(dòng)。

下面結(jié)合圖3-圖6詳細(xì)說明沉浮裝置7的沉浮控制：

如圖3、圖4所示，沉浮裝置7，包括沉浮控制器、水泵盒71、壓力罐72，水泵盒71內(nèi)設(shè)有水泵711、閥體713；壓力罐72內(nèi)設(shè)有水囊721，水囊721與壓力罐72之間密封連接；水囊721與壓力罐72之間密封有氣體722；水泵711、閥體713與沉浮控制器連接；水泵711與水囊721通過管路連接；水泵711與壓力罐72之間的管路上設(shè)有閥體713；如圖2所示，沉浮控制器安裝于水泵盒71內(nèi)；沉浮控制器控制水泵711進(jìn)水、控制閥體713開關(guān)。

優(yōu)選地，閥體713為電磁單向閥。

優(yōu)選地，壓力罐72的數(shù)量為2個(gè)以上。閥體713的數(shù)量為壓力罐72的數(shù)量的兩倍。

優(yōu)選地，水泵盒71還設(shè)有流量計(jì)；流量計(jì)一端通過管路與水泵711連接，另一端通過管路與外界水域連通；流量計(jì)與沉浮控制器電連接。

優(yōu)選地水泵盒71還設(shè)有壓力傳感器712；壓力傳感器712由沉浮控制器控制。

水泵盒71和兩個(gè)壓力罐72通過連接管路組成整個(gè)沉浮系統(tǒng)，水泵盒71里裝有沉浮控制器，通過骨架5上設(shè)有的深度傳感器檢測機(jī)器魚100當(dāng)前所在的深度和實(shí)際設(shè)置的深度來調(diào)節(jié)兩個(gè)儲(chǔ)水罐的充放水，改變機(jī)器魚100的重力和浮力的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚100在水中的上浮和下潛。

沉浮控制流程如下：深度傳感器先檢測當(dāng)前深度值，然后跟主控板發(fā)送過來的設(shè)置深度值比較，當(dāng)設(shè)置深度比當(dāng)前深度值小時(shí)，閥體73開啟，壓力罐72中氣體722壓力大于水囊721中水壓，水囊721中水被擠出，機(jī)器魚100上浮，并每隔0.2s檢測機(jī)器魚100上浮的速度，當(dāng)上浮速度小于1cm/s，繼續(xù)排水，浮力慢慢比重力大，上浮速度逐漸加大，當(dāng)上浮深度值等于1cm/s時(shí)，閥體73關(guān)閉，水囊721停止排水。當(dāng)上浮速度大于1cm/s時(shí)，水泵711開啟，水囊721進(jìn)水，重力逐漸大于浮力，上浮速度減慢，控制機(jī)器魚100以1cm/s的速度上浮，在沒有到達(dá)設(shè)定深度時(shí)，水囊721動(dòng)態(tài)充放水，以接近1cm/s的上浮速度上浮到設(shè)定深度。到達(dá)設(shè)定深度后，檢測當(dāng)前的速度，若當(dāng)前上浮速度值大于0.1cm/s,水囊721進(jìn)水，若下沉速度大于0.1cm/s,水囊721放水，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，讓機(jī)器魚100穩(wěn)定在設(shè)置深度值附近；當(dāng)設(shè)置深度比當(dāng)前深度值大時(shí)，水泵711開啟，閥體73開啟，水囊721進(jìn)水，重力大于浮力，機(jī)器魚100下沉，每隔200ms檢測下沉的深度，當(dāng)下沉的速度大于2cm/s時(shí)出水閥開啟，水囊721排水，當(dāng)下沉速度等于2cm/s，水泵711關(guān)閉，閥體73關(guān)閉，機(jī)器魚100以約2cm/s的速度下沉，到達(dá)設(shè)定深度附近，水囊721開始動(dòng)態(tài)充放水，控制上浮速度和下沉速度都在0.1cm/s，讓機(jī)器魚100懸浮在設(shè)置深度附近。

如圖3所示，一種優(yōu)選的方案，浮沉裝置安裝與骨架5上，水泵盒71安裝與骨架5中部。骨架5上設(shè)有2個(gè)壓力罐72，分別位于骨架5尾段與骨架5頭段。并配備一個(gè)高壓大流量的水泵711，通過快速改變壓力罐72中水囊721內(nèi)水的多少，調(diào)節(jié)機(jī)器魚100身體的重力和浮力之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚100上浮下潛的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)水囊721充水，機(jī)器魚100身體的重力大機(jī)器魚100浮力，機(jī)器魚100依靠重力的作用下沉，差別越大，加速度越大。當(dāng)水囊721排水時(shí)，浮力大于重力，機(jī)器魚100依靠浮力的作用上浮。當(dāng)重力和浮力相等且機(jī)器魚100的速度等于0時(shí)，機(jī)器魚100可自由懸浮在水中。在實(shí)際的控制過程中，通過水深傳感器檢測機(jī)器魚100當(dāng)前所在的深度，通過當(dāng)前深度和設(shè)置的深度比較，當(dāng)設(shè)置深度大于當(dāng)前深度時(shí)，沉浮控制器打開水泵711和閥體73，對(duì)水囊721加水，讓機(jī)器魚100身重力大機(jī)器魚100浮力，實(shí)現(xiàn)下潛，在下潛的過程中實(shí)時(shí)檢測下沉的速度，當(dāng)下潛過快時(shí)沉浮控制器控制水泵711放水，控制機(jī)器魚100身的下潛速度，當(dāng)機(jī)器魚100下潛到設(shè)定位置附近時(shí)，水泵711通過不停地充放水，讓機(jī)器魚100在設(shè)定深度附近上下小幅波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚100懸浮在水中某一深度。當(dāng)設(shè)定的深度小于當(dāng)前深度時(shí)，沉浮控制器控制水泵711放水，上浮到設(shè)定深度，然后懸浮在該深度附近。

采用雙罐控制的原因是為了讓機(jī)器魚100在水中上浮下沉的姿態(tài)更加逼真。上浮時(shí)機(jī)器魚100頭部附近的壓力罐72先放水，讓頭部先浮上來，當(dāng)機(jī)器魚100頭上浮的角度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的角度時(shí)，尾段壓力罐72開始放水，機(jī)器魚100尾跟著浮起來，給人感覺上浮時(shí)，機(jī)器魚100頭先抬起來，慢慢游上來，上浮過程形象逼真。下沉?xí)r也是機(jī)器魚100頭段壓力罐72先進(jìn)水，機(jī)器魚100頭先下沉，接著尾段壓力罐72進(jìn)水，機(jī)器魚100尾部跟著下沉，整體下沉過程形象逼真。

如圖3、圖4、圖5所示，機(jī)器魚100骨架上前后兩個(gè)壓力罐72，骨架中間裝設(shè)有水泵盒71，水泵711和控制流向的閥體73都裝在水泵盒71里密封，水泵711和通過兩根管路與兩壓力罐72連接，中間一根短管與外界水域連通，短管作為水泵711進(jìn)水口。沉浮是通過兩個(gè)壓力罐72內(nèi)的水囊721體積大小來控制的。壓力罐72內(nèi)裝有一個(gè)水囊721，水囊721和壓力罐72外壁間密封有一定壓力的氣體722，水泵711將外界水泵入壓力罐72后水囊721體積增大，壓縮周圍氣體722，使得機(jī)器魚100整體浮力減小。排水過程通過壓力罐72內(nèi)壓縮氣體722的壓力將水?dāng)D出壓力罐72，增加浮力。壓力罐72內(nèi)氣體722的壓力是可調(diào)節(jié)的，以便適應(yīng)不同的水域，例如在10M水深的環(huán)境中，壓力罐72內(nèi)氣壓需要0.15～0.2MP方能將管內(nèi)水體擠出，在20M深的環(huán)境下壓力罐72內(nèi)氣體需要0.2～0.3MP。

管路循環(huán)如圖6所示，壓力罐72分為水罐A、水罐B，閥體73設(shè)有4個(gè)，分別為閥a、閥b、閥c、閥d，在兩條回路上各設(shè)有一個(gè)流量計(jì)，在給水罐A進(jìn)水的階段，閥a、閥b、閥d均關(guān)閉、閥c打開，在水泵711的作用下，外界水域中的水通過左邊的流量計(jì)再經(jīng)過水泵711、閥3進(jìn)入水罐A。水罐A放水過程中，關(guān)閉閥b、閥c、閥d并打開閥a，水罐A中的水在罐內(nèi)氣壓的作用下排出，并通過流量計(jì)排入外部水域。B罐的進(jìn)水、排水同理。當(dāng)水罐A進(jìn)水、水罐B排水同時(shí)進(jìn)行，關(guān)閉閥a、閥d，打開閥b、閥c，在水泵711的作用下，外界水域中的水通過左邊的流量計(jì)再經(jīng)過水泵711、閥c進(jìn)入水罐A；水罐A排水、水罐B進(jìn)水同理；水罐A、水罐B同時(shí)進(jìn)水時(shí)，關(guān)閉閥a、閥b，打開閥c、閥d，在水泵711的作用下，外界水域中的水通過左邊的流量計(jì)再經(jīng)過水泵711、閥c、閥d進(jìn)入水罐A、水罐B；水罐A、水罐B同時(shí)排水時(shí)，關(guān)閉閥c、閥d，打開閥a、閥b，水罐A、水罐B中的水在罐內(nèi)氣壓的作用下排出，并通過流量計(jì)排入外部水域。

結(jié)合圖7-圖11詳細(xì)說明機(jī)器魚100避障裝置：

優(yōu)選地，如圖1所示，機(jī)器魚100頭部2內(nèi)還設(shè)有開合機(jī)構(gòu)，所述的開合機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有壓力傳感器。一種優(yōu)選方案為，壓力傳感器設(shè)于開合機(jī)構(gòu)的牙齒內(nèi)，開合機(jī)構(gòu)閉合時(shí)壓力傳感器感受不到壓力變化，當(dāng)開合機(jī)構(gòu)咬住物體時(shí)，壓力傳感器感受到壓力變化，反饋給避障控制器，避障控制器控制開合機(jī)構(gòu)打開，松開物體，以免影響避障裝置工作。

如圖4、圖6、圖7、圖11所示，轉(zhuǎn)向裝置包括轉(zhuǎn)向舵機(jī)63、導(dǎo)線83，所述的轉(zhuǎn)向舵機(jī)63安裝于骨架5上，所述的動(dòng)作執(zhí)行元件6包括電機(jī)、繞線輪安裝座61、繞線輪62，所述的導(dǎo)線83一端與繞線輪62固定并纏繞與繞線輪62上，所述的導(dǎo)線83另一端固定于骨架5前部。組裝所述繞線輪62時(shí)，一導(dǎo)線83穿過線孔，可減小所述導(dǎo)線83的磨損。使用所述繞線輪62時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)向動(dòng)作執(zhí)行元件63轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)所述繞線輪62旋轉(zhuǎn)時(shí)，一側(cè)旋入拉緊，一側(cè)旋出處于松弛狀態(tài)，使機(jī)器魚100轉(zhuǎn)彎，實(shí)現(xiàn)魚身的左右擺動(dòng)，效果逼真。

如圖9所示，所述的轉(zhuǎn)向裝置還包括導(dǎo)線輪，所述的導(dǎo)線輪包括出線導(dǎo)輪81、過線導(dǎo)輪82；所述的出線導(dǎo)輪81安裝于轉(zhuǎn)向動(dòng)作執(zhí)行元件63出導(dǎo)線83位置的骨架5上，所述的過線導(dǎo)輪82安裝于非轉(zhuǎn)向動(dòng)作執(zhí)行元件63出導(dǎo)線83位置的骨架5上。優(yōu)選地，所述的導(dǎo)線83分為動(dòng)力導(dǎo)線與轉(zhuǎn)向?qū)Ь€。

所述的水下避障裝置與機(jī)器魚100動(dòng)力裝置連接，所述的機(jī)器魚100動(dòng)力裝置包括動(dòng)力舵機(jī)60。所述的機(jī)器魚100動(dòng)力裝置還包括動(dòng)力導(dǎo)線、導(dǎo)線輪；所述的動(dòng)力導(dǎo)線一端固定于動(dòng)力舵機(jī)60，另一端固定于骨架5尾部；所述的導(dǎo)線輪包括出線導(dǎo)輪81、過線導(dǎo)輪82；所述的出線導(dǎo)輪81安裝于動(dòng)力動(dòng)作執(zhí)行元件60出動(dòng)力導(dǎo)線位置的骨架5上，所述的過線導(dǎo)輪82安裝于非動(dòng)力舵機(jī)60出動(dòng)力導(dǎo)線位置的骨架5上。如圖3所示，機(jī)器魚100中部，尾部各設(shè)有一動(dòng)力動(dòng)作執(zhí)行元件60，動(dòng)力動(dòng)作執(zhí)行元件60轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)所述繞線輪62旋轉(zhuǎn)時(shí)，一側(cè)旋入拉緊，一側(cè)旋出處于松弛狀態(tài)，使機(jī)器魚100尾部擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚100前進(jìn)，效果逼真。

如圖10所示，所述的距離檢測器22為聲吶傳感器或超聲波傳感器或紅外線傳感器。優(yōu)選地，聲吶傳感器的數(shù)量為2個(gè)以上，兩個(gè)所述的聲吶傳感器分別安裝于下顎21底面兩側(cè)；聲吶傳感器是一種專門應(yīng)用在水中測距用的傳感器，聲吶信號(hào)在水中傳播不容易衰減，信號(hào)的穩(wěn)定性好。兩個(gè)聲吶傳感器安裝在下顎21的下方，兩個(gè)聲吶的夾角約20度，形成兩個(gè)檢測區(qū)域23，分別用來檢測左前方和右前方的距離變化。仿真機(jī)器游動(dòng)時(shí)，避障控制器間歇式控制聲吶傳感器發(fā)射聲吶信號(hào)，并實(shí)時(shí)接收聲吶的返回信號(hào)，優(yōu)選地，發(fā)射聲吶信號(hào)發(fā)射間隔設(shè)為10hz-50hz，通過計(jì)算聲吶發(fā)射后接收的時(shí)間差和聲吶在水中的傳輸速度，即可算出仿真機(jī)器1和障礙物之間的距離，聲吶從發(fā)射到收到反射信號(hào)這段時(shí)間就是聲吶一個(gè)來回的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間與聲吶在水中傳輸速度的乘積結(jié)果除以2就是實(shí)際的距離值。避障控制器實(shí)時(shí)判斷距離的變化，提前控制仿真機(jī)器1的左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)避開障礙物的功能。

優(yōu)選地，一種避障裝置的控制方法流程如下：

距離檢測初始化，測試距離檢測器工作是否正常；距離值設(shè)定，設(shè)定警戒距離值；距離值檢測，檢測水下避障裝置當(dāng)前兩側(cè)距離值；兩側(cè)距離比較，比較當(dāng)前兩側(cè)距離值大小；距離值比較，比較兩側(cè)距離值中較小則與警戒距離值；轉(zhuǎn)向舵機(jī)轉(zhuǎn)向，根據(jù)距離值比較判斷轉(zhuǎn)向方向。

優(yōu)先地，避障裝置的控制方法還包括：速度值設(shè)定，設(shè)定最大避障速度；速度檢測，檢測當(dāng)前前進(jìn)速度；速度比較，比較當(dāng)前速度與最大避障速度大小。根據(jù)所述的速度比較，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向舵機(jī)轉(zhuǎn)向幅度。

優(yōu)選地，所述的水下避障裝置的控制方法還包括壓力檢測，檢測水下避障裝置有無纏繞障礙物。

優(yōu)選地，兩側(cè)距離比較后，左側(cè)距離值小，比較左側(cè)距離值與警戒距離值2m；左側(cè)距離值小于等于警戒距離值2m，轉(zhuǎn)向舵機(jī)63向右旋轉(zhuǎn)；左側(cè)距離值大于警戒距離值2m，轉(zhuǎn)向舵機(jī)63不工作；所述的兩側(cè)距離比較后，右側(cè)距離值小，比較右側(cè)距離值與警戒距離值2m；右側(cè)距離值小于等于警戒距離值2m，轉(zhuǎn)向舵機(jī)63向左旋轉(zhuǎn)；右側(cè)距離值大于警戒距離值2m，轉(zhuǎn)向舵機(jī)63不工作；所述的兩側(cè)距離比較后，所述的兩側(cè)距離相等，比較兩側(cè)距離值與警戒距離值2m；右側(cè)距離值小于等于警戒距離值2m，隨機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，轉(zhuǎn)向舵機(jī)63按隨機(jī)旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)；兩側(cè)距離值大于警戒距離值2m，轉(zhuǎn)向舵機(jī)63不工作。當(dāng)兩側(cè)距離值小于等于警戒距離值2m時(shí)，檢測當(dāng)前前進(jìn)速度，當(dāng)前前進(jìn)速度大于最大避障速度，降低動(dòng)力動(dòng)作執(zhí)行元件60轉(zhuǎn)速同時(shí)增大轉(zhuǎn)向舵機(jī)轉(zhuǎn)向幅度。

如圖1、圖12、圖13所示，為本實(shí)用新型的機(jī)器魚100魚身結(jié)構(gòu)，包括一外殼1及一骨架5。為了方便對(duì)所述機(jī)器魚100魚身結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，首先建立一直角坐標(biāo)系，并規(guī)定X方向沿魚前進(jìn)的方向并且為水平方向，Y方向與X方向垂直且為水平方向，Z方向?yàn)樨Q直方向，魚沿著Z方向上升或下潛。

所述外殼1在Y方向上為左右對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)以右半邊外殼為例對(duì)所述外殼1進(jìn)行描述。所述外殼1沿X方向包括若干外殼關(guān)節(jié)10，由于所述外殼1的整體形狀是根據(jù)古生物的外形進(jìn)行設(shè)計(jì)的，所以沿X方向的不同位置處的外殼關(guān)節(jié)10的形狀與結(jié)構(gòu)是不同的，可以分為通用外殼10a、魚鰭處外殼10b、配合型外殼10c三種。現(xiàn)以通用外殼10a為例，對(duì)所述外殼關(guān)節(jié)10的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體描述。

如圖14所示，為所述外殼關(guān)節(jié)10的一通用外殼10a結(jié)構(gòu)示意圖。所述通用外殼10a包括一殼體11及設(shè)置于所述殼體11內(nèi)壁上的一加強(qiáng)結(jié)構(gòu)12，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)12與所述殼體11一體成型，或者所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)12焊接于所述殼體11上。所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)12沿Y方向設(shè)有一連接孔121及一固定孔122，所述連接孔121貫穿所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)12及殼體11。所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)12沿X方向設(shè)有一鏤空123，所述鏤空123內(nèi)安放有浮子用來調(diào)整機(jī)器魚的浮態(tài)。所述通用外殼10a結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)12，分別位于所述殼體11內(nèi)壁的上下兩端。所述殼體11的上下邊緣均設(shè)有一鍵13，與之對(duì)稱的左側(cè)殼體11的相應(yīng)位置處設(shè)有一與所述鍵13匹配的槽(圖未示)。

如圖15所示，為所述外殼關(guān)節(jié)10的一魚鰭處外殼10b結(jié)構(gòu)示意圖。該魚鰭處外殼10b與上述通用外殼10a的區(qū)別在于，其殼體11的下端沒有設(shè)置所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)12，而是設(shè)有一安裝孔14，所述安裝孔14用來安裝魚鰭，如圖1所示。

如圖16所示，為所述外殼關(guān)節(jié)10的一配合型外殼10c結(jié)構(gòu)示意圖。該配合型外殼10c與上述通用外殼10a的區(qū)別在于，其僅在殼體11內(nèi)壁上端設(shè)置了加強(qiáng)結(jié)構(gòu)12。

如圖17所示，所述骨架5包括多個(gè)鉸接在一起以形成該骨架5的骨架關(guān)節(jié)51。所述骨架關(guān)節(jié)51呈U型，包括呈片狀且水平設(shè)置的第一支撐部511，與第一支撐部511平行且呈片狀的第二支撐部512以及兩端分別與所述第一支撐部511及第二支撐部512垂直連接的連接部513。所述骨架關(guān)節(jié)51還包括至少一限位件和至少一連接軸，所述限位件與所述第一支撐部511或第二支撐部512之間通過螺紋固定連接，所述限位件上設(shè)有一限位孔，所述連接軸插置于所述限位孔內(nèi)。所述連接部513在靠近所述第一支撐部511的端部開設(shè)有一過口，相鄰的兩個(gè)骨架關(guān)節(jié)51的其中一個(gè)骨架關(guān)節(jié)51中的第一支撐部511插入另一個(gè)骨架關(guān)節(jié)51的連接部513上的過口內(nèi)，并且兩個(gè)第一支撐部511相抵靠并通過豎直方向設(shè)置的銷軸鉸接，相鄰的兩個(gè)骨架關(guān)節(jié)51的第二支撐部512上下分布并相互抵觸且通過豎直方向設(shè)置的銷軸鉸接，這樣就實(shí)現(xiàn)了相鄰的兩個(gè)骨架關(guān)節(jié)51之間的鉸接連接，并且相鄰的兩個(gè)骨架關(guān)節(jié)51以它們之間的銷軸為轉(zhuǎn)軸左右擺動(dòng)。

如圖8、圖18所示，所述外殼關(guān)節(jié)10與對(duì)應(yīng)的骨架關(guān)節(jié)51之間的裝配方式為：所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)12上的固定孔122設(shè)有內(nèi)螺紋，所述連接軸設(shè)有外螺紋，所述連接軸插入所述固定孔122內(nèi)，并通過螺紋將所述外殼關(guān)節(jié)10與對(duì)應(yīng)的骨架關(guān)節(jié)51固定連接。左右兩個(gè)對(duì)稱的外殼關(guān)節(jié)10之間通過鍵槽結(jié)構(gòu)緊密連接，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)12上的連接孔121設(shè)有內(nèi)螺紋，一設(shè)有外螺紋的螺釘(圖未示)穿過兩對(duì)稱的外殼關(guān)節(jié)10上的連接孔121，并通過螺紋將左右對(duì)稱關(guān)節(jié)10固定連接，使左右兩個(gè)外殼關(guān)節(jié)10形成一個(gè)環(huán)形整體，保證外觀的完整性，同時(shí)形成一個(gè)完整的剛性外殼。所述外殼關(guān)節(jié)10與對(duì)應(yīng)的骨架關(guān)節(jié)51之間的裝配方式可以有效地保證所述外殼關(guān)節(jié)10在運(yùn)動(dòng)過程中與其對(duì)應(yīng)的骨架關(guān)節(jié)51保持相對(duì)靜止，并隨所述骨架關(guān)節(jié)51左右擺動(dòng)而擺動(dòng)。

如圖19所示，為了便于描述相鄰兩節(jié)外殼關(guān)節(jié)10之間的裝配關(guān)系，將相鄰兩節(jié)外殼關(guān)節(jié)10中靠近魚頭的一節(jié)稱為前置外殼15，靠近魚尾的一節(jié)稱為后置外殼16。所述前置外殼15的后端設(shè)有一凸起151，所述凸起151的厚度小于所述前置外殼15的厚度。所述后置外殼16的前端設(shè)有一凹槽161，所述凸起151收容于所述凹槽161內(nèi)，所述凸起151的厚度小于所述凹槽161的厚度使所述前置外殼15與后置外殼16之間形成一間隙。所述凸起151與凹槽161同時(shí)設(shè)于所述外殼關(guān)節(jié)10的內(nèi)壁或同時(shí)設(shè)于所述外殼關(guān)節(jié)10的外壁。在本實(shí)施例中，所述凸起151設(shè)置于所述前置外殼15的內(nèi)壁，所述凹槽161設(shè)置于所述后置外殼16的內(nèi)壁。所述前置外殼15與后置外殼16分別固定安裝于對(duì)應(yīng)的骨架關(guān)節(jié)51上，由于所述前置外殼15與后置外殼16之間形成一間隙，這樣當(dāng)相鄰的骨架關(guān)節(jié)51左右擺動(dòng)時(shí)，所述前置外殼15與所述后置外殼16隨之相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，這樣多節(jié)外殼關(guān)節(jié)10相互配合就能形成魚身整體左右擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)效果。

優(yōu)選地，魚鰭4包括一魚鰭骨架41及一魚鰭外殼。

所述魚鰭骨架41為聚丙烯薄板。所述魚鰭骨架41包括連接板及一基板。所述連接板與所述基板一體成型，所述基板設(shè)有兩凹槽。所述凹槽的延伸方向與所述魚身的長度方向垂直。在所述連接板上設(shè)有一盲孔，所述盲孔孔徑方向與所述凹槽延伸方向垂直。所述魚鰭骨架41通過所述盲孔與所述機(jī)器魚魚身的骨架相連。所述魚鰭骨架41還包括六個(gè)限位結(jié)構(gòu)。所述限位結(jié)構(gòu)從所述基板延伸而出，每一所述限位結(jié)構(gòu)均包括兩限位單元。所述兩限位單元之間形成一間隙，所述間隙位于所述凹槽中央。當(dāng)所述凹槽發(fā)生彎折時(shí)，每一所述限位結(jié)構(gòu)的兩所述限位單元相抵觸，限制所述凹槽的彎折程度，防止所述魚鰭4在所述凹槽處折斷。所述魚鰭骨架41上還包括若干加強(qiáng)筋，增強(qiáng)所述魚鰭骨架41的強(qiáng)度。優(yōu)選的，所述加強(qiáng)筋延伸方向與所述凹槽的延伸方向垂直。所述魚鰭骨架41上還設(shè)有若干通孔15，減輕所述魚鰭骨架41的重量。

所述魚鰭外殼為一端開口，另一端封閉的殼體。所述魚鰭外殼包括一連接部，所述連接部呈波紋管狀，便于與機(jī)器魚魚身相連。

所述魚鰭外殼包覆于所述魚鰭骨架41。所述魚鰭骨架41的外側(cè)邊緣與所述魚鰭外殼的內(nèi)壁抵觸，支撐所述魚鰭外殼的外形。所述魚鰭4對(duì)稱安裝于所述機(jī)器魚魚身上，作為前鰭及后鰭，控制機(jī)器魚的上浮下潛及行進(jìn)方向。所述連接部套接于所述機(jī)器魚魚身，所述魚鰭骨架41通過所述盲孔與一伺服電機(jī)的輸出軸相連，在所述伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，所述魚鰭骨架41前后擺動(dòng)，控制機(jī)器魚的行進(jìn)方向、上浮下潛及行進(jìn)速度。由于所述凹槽處薄板厚度比所述本體122的薄板厚度小，所述仿真魚鰭運(yùn)動(dòng)時(shí)受水流沖擊在所述凹陷121處發(fā)生彎折，配合所述伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)所述魚鰭4模擬魚鰭的擺動(dòng)。

優(yōu)選地，機(jī)器魚100內(nèi)設(shè)有的傳感器包括陀螺儀傳感器、加速度傳感器、距離傳感器、角度傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、水壓傳感器、電流傳感器、霍爾傳感器；所述的陀螺儀傳感器感應(yīng)機(jī)器魚位姿信息反饋至運(yùn)動(dòng)控制單元；所述的加速度傳感器感應(yīng)機(jī)器魚運(yùn)動(dòng)加速度信息反饋至運(yùn)動(dòng)控制單元；所述的距離傳感器包括紅外測距傳感器、超聲波測距傳感器、聲吶測距傳感器；所述的距離傳感器感應(yīng)機(jī)器魚與外界環(huán)境的距離信息反饋至運(yùn)動(dòng)控制單元；所述的角度傳感器感應(yīng)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度信息反饋至運(yùn)動(dòng)控制單元；所述的濕度傳感器感應(yīng)舵機(jī)內(nèi)濕度信息反饋至運(yùn)動(dòng)控制單元；所述的溫度傳感器感應(yīng)舵機(jī)內(nèi)溫度信息反饋至運(yùn)動(dòng)控制單元；所述的水壓傳感器感應(yīng)沉浮動(dòng)作單元內(nèi)水壓信息反饋至運(yùn)動(dòng)控制單元；所述的電流傳感器感應(yīng)舵機(jī)中相電流信息反饋至運(yùn)動(dòng)控制單元；所述的霍爾傳感器感應(yīng)舵機(jī)內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息反饋至運(yùn)動(dòng)控制單元。聲吶傳感器是一種專門應(yīng)用在水中測距用的傳感器，聲吶信號(hào)在水中傳播不容易衰減，信號(hào)的穩(wěn)定性好。在應(yīng)用中把兩個(gè)聲吶傳感器安裝在魚頭的下方，兩個(gè)聲吶的夾角約20度，分別用來檢測左前方和右前方的距離變化。機(jī)器魚游動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制單元間歇式控制聲吶傳感器發(fā)射聲吶信號(hào)，并實(shí)時(shí)接收聲吶的返回信號(hào)，通過計(jì)算聲吶發(fā)射后接收的時(shí)間差和聲吶在水中的傳輸速度，即可算出機(jī)器魚和障礙物之間的距離，聲吶從發(fā)射到收到反射信號(hào)這段時(shí)間就是聲吶一個(gè)來回的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間與聲吶在水中傳輸速度的乘積結(jié)果除以2就是實(shí)際的距離值。運(yùn)動(dòng)控制單元實(shí)時(shí)判斷距離的變化，提前控制機(jī)器魚100的左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)避開障礙物的功能。陀螺儀傳感器,加速度傳感器,水壓傳感器,配合兩個(gè)方向的聲納測距(前方和下方),可以實(shí)時(shí)檢測機(jī)器魚100運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑。流量計(jì)用來計(jì)量儲(chǔ)水罐的進(jìn)水量和出水量,液位計(jì)用來檢測機(jī)器魚在水池中的深度,水壓傳感器用來檢測儲(chǔ)水罐中的蓄水量。機(jī)器魚100身體兩側(cè)各安裝若干個(gè)可見光感應(yīng)器,感應(yīng)器可以檢測光照強(qiáng)度，機(jī)器魚通過對(duì)比兩側(cè)光強(qiáng)，控制前進(jìn)方向,實(shí)現(xiàn)趨光或避光運(yùn)動(dòng)。機(jī)器魚身體安裝激光接收器,用于接收經(jīng)過特殊調(diào)制的激光束，用戶使用激光筆照射不同接收器可以觸發(fā)機(jī)器魚作出對(duì)應(yīng)的動(dòng)作；機(jī)器魚100的某些運(yùn)動(dòng)部位有可能接觸或傷害到人和其他動(dòng)物,在這些部位加入了壓力傳感器和微動(dòng)開關(guān),可以防止意外事故的發(fā)生；電流傳感器檢測舵機(jī)內(nèi)無刷電機(jī)的相電流，霍爾傳感器舵機(jī)內(nèi)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，溫度傳感器檢測電機(jī)模塊溫度，濕度傳感器檢測舵機(jī)內(nèi)電機(jī)是否進(jìn)水,磁角度傳感器檢測舵機(jī)內(nèi)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度。

優(yōu)選地，傳感器通信采用總線通信協(xié)議進(jìn)行傳輸。傳感器中定義一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體struct{data1；data2；data3；data4；data5；data6；data7；data8}；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體里面有8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)分別為傳感數(shù)值A(chǔ)+傳感數(shù)值B+故障位+優(yōu)先權(quán)位+指令+預(yù)留位A+傳感預(yù)留位B+傳感預(yù)留位C，在不同的傳感單元中，每個(gè)字節(jié)所表示的意義也有所不同：

(1)聲吶傳感器：data1字節(jié)表示聲吶測量的距離；data2字節(jié)表示聲吶的電流；data3字節(jié)表示聲吶模塊的故障信息；data4表示聲吶模塊的ID；data5表示命令，data6，data7，data8預(yù)留。

(2)視頻傳感器：data1字節(jié)表示圖像的顏色；data2字節(jié)表示圖像的亮度；data3字節(jié)表示視頻模塊的故障信息；data4表示視頻模塊的ID；data5表示命令，data6，data7，data8預(yù)留。

(3)超聲波測距傳感器：data1字節(jié)表示實(shí)測距離的高8位；data2字節(jié)表示表示實(shí)測距離的低8位；data3字節(jié)表示超聲波模塊的故障信息；data4表示超聲波模塊的ID；data5表示命令，data6，data7，data8預(yù)留。

(4)紅外測距傳感器：data1字節(jié)表示實(shí)測距離的高8位；data2字節(jié)表示表示實(shí)測距離的低8位；data3字節(jié)表示紅外模塊的故障信息；data4表示紅外模塊的ID；data5表示命令，data6，data7，data8預(yù)留。

(5)溫濕度檢測傳感器：data1字節(jié)表示測量溫度值；data2字節(jié)表示表示測量濕度值；data3字節(jié)表示溫濕度模塊的故障信息；data4表示溫濕度模塊的ID；data5表示命令，data6，data7，data8預(yù)留。

優(yōu)選地，運(yùn)動(dòng)控制單元包含動(dòng)作響應(yīng)方法、運(yùn)動(dòng)通信方法，所述的動(dòng)作響應(yīng)方法包含用戶動(dòng)作響應(yīng)、自由動(dòng)作響應(yīng)；所述的用戶動(dòng)作響應(yīng)用于響應(yīng)用戶側(cè)定義的動(dòng)作指令；所述的自由動(dòng)作響應(yīng)用于響應(yīng)機(jī)器魚空閑狀態(tài)自由動(dòng)作指令；所述的運(yùn)動(dòng)通信采用總線通信協(xié)議進(jìn)行傳輸；所述的運(yùn)動(dòng)通信包括指令發(fā)送、指令接收；所述的指令接收用于接收所述的動(dòng)作指令；所述的指令發(fā)送以動(dòng)作指令格式發(fā)送。

優(yōu)選地，所述的用戶動(dòng)作響應(yīng)包含以下步驟：變量初始化，解析動(dòng)作指令(動(dòng)作類型判斷、動(dòng)作狀態(tài)判斷、發(fā)送動(dòng)作指令、執(zhí)行動(dòng)作指令、動(dòng)作同步判斷、動(dòng)作超時(shí)判斷、動(dòng)作循環(huán)判斷)判斷是否是實(shí)時(shí)測試動(dòng)作，根據(jù)分類，對(duì)待解析動(dòng)作結(jié)構(gòu)體指針賦予不同的指針值。接下來一步步解析動(dòng)作，根據(jù)動(dòng)作類型，超時(shí)，動(dòng)作重復(fù)次數(shù)，每個(gè)動(dòng)作狀態(tài)的同步位，動(dòng)作控制模式等，設(shè)定舵機(jī)角度，舵機(jī)速度等，執(zhí)行完一次動(dòng)作解析后，將會(huì)判斷動(dòng)作類型，釋放信號(hào)量，告訴運(yùn)動(dòng)控制單元可以開始繼續(xù)運(yùn)行，更新機(jī)器魚狀態(tài)，錯(cuò)誤判斷并刪除動(dòng)作指令。

優(yōu)選地，所述的自由動(dòng)作響應(yīng)流程如下：首先，優(yōu)先級(jí)上，情景模式這種特殊情況優(yōu)先級(jí)最高，檢測傳感單元數(shù)據(jù)，綜合判斷，符合某一情景模式的話，將直接執(zhí)行該情景模式設(shè)置的動(dòng)作命令，當(dāng)沒有符合的情景模式時(shí)，先去判斷傳感單元值，進(jìn)行避障操作，如果不需要避障，則判斷當(dāng)前機(jī)器魚狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，如果為自由狀態(tài)，則首先生成在動(dòng)作指令數(shù)量范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，同時(shí)計(jì)算隨機(jī)數(shù)執(zhí)行概率來決定是否執(zhí)行該動(dòng)作，到達(dá)出現(xiàn)次數(shù)后，執(zhí)行對(duì)應(yīng)隨機(jī)數(shù)的命令。

運(yùn)動(dòng)通信包括數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收，運(yùn)動(dòng)通信以動(dòng)作指令數(shù)據(jù)包傳輸，如表1所示，動(dòng)作指令數(shù)據(jù)包格式為幀頭+機(jī)器代號(hào)+指令類型+數(shù)據(jù)長度+子命令+子命令數(shù)據(jù)+校驗(yàn)幀+幀尾。

表1

用戶端數(shù)據(jù)包格式說明：

(1)幀頭，用兩個(gè)字節(jié)表示,分別是0xfe、0xef；

(2)機(jī)器代號(hào)，不同的設(shè)備，定義不同的代號(hào)來區(qū)分；

(3)指令類型，用于表示這個(gè)數(shù)據(jù)包所要執(zhí)行的功能，可以自行定義；

(4)數(shù)據(jù)長度，除去幀頭，幀尾四個(gè)字節(jié)后的數(shù)據(jù)長度；

(5)子命令，指令類型下面的子命令類，即二級(jí)命令；

(6)子數(shù)據(jù)，傳輸?shù)挠脩舳藬?shù)據(jù)；

(7)校驗(yàn)幀，采用CRC校驗(yàn)，幀頭后到CRC校驗(yàn)值前的數(shù)據(jù)經(jīng)CRC計(jì)算后的結(jié)果值。

(8)幀尾，用兩個(gè)字節(jié)表示,分別是0xfd、0xdf。

優(yōu)選地，數(shù)據(jù)發(fā)送根據(jù)用戶側(cè)的發(fā)送請(qǐng)求，按照動(dòng)作指令數(shù)據(jù)格式將數(shù)據(jù)組成一串?dāng)?shù)據(jù)包，并把該串?dāng)?shù)據(jù)包通過無線發(fā)送出去，等待應(yīng)答標(biāo)志接收，開啟等待應(yīng)答超時(shí)計(jì)數(shù)。若超時(shí)計(jì)數(shù)完成未收到應(yīng)答標(biāo)志或者收到的應(yīng)答標(biāo)志錯(cuò)誤則重新發(fā)送數(shù)據(jù)，若接收應(yīng)答標(biāo)志正確，且未超時(shí)，則結(jié)束本次發(fā)送。

數(shù)據(jù)接收端接收到第一個(gè)字節(jié)后判斷該字節(jié)是否是0xfe，如果是則繼續(xù)接收第二個(gè)字節(jié)，判斷第二個(gè)字節(jié)是0xef，幀頭正確，開始保存后面收到的有效數(shù)據(jù)，并記錄接收的數(shù)據(jù)長度。當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)是0xfd，且下一個(gè)收到的數(shù)據(jù)是0xdf時(shí)，表示收到幀尾，該數(shù)據(jù)包結(jié)束，比較數(shù)據(jù)包里的長度值和接收記錄的長度值是否相等，如果不相等，說明數(shù)據(jù)在發(fā)送過程中有丟失，該數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)有誤，不能使用。如果兩者長度相等則表明數(shù)據(jù)包長度正確，再通過CRC計(jì)算校驗(yàn)值，把計(jì)算的校驗(yàn)值和數(shù)據(jù)包里的CRC校驗(yàn)值對(duì)比，若相等，說明數(shù)據(jù)正確，若不等，說明數(shù)據(jù)在發(fā)送過程中由于其他原因出錯(cuò)，該數(shù)據(jù)包不可用，請(qǐng)求重新發(fā)送。若收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過檢驗(yàn)正確則返回正確的應(yīng)答標(biāo)志，反之返回錯(cuò)誤的應(yīng)答標(biāo)志，請(qǐng)求發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)，確保每一次通信的數(shù)據(jù)都是正確的。

表2中為指令類型。

表2

表3中為子命令類型。

表3

優(yōu)選地，動(dòng)作數(shù)據(jù)包中定義一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體struct{data1；data2；data3；data4；data5；data6；data7；data8}；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體里面有8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)分別為動(dòng)作執(zhí)行數(shù)值A(chǔ)+動(dòng)作執(zhí)行數(shù)值B+動(dòng)作執(zhí)行數(shù)值C+優(yōu)先權(quán)位+故障位+指令+動(dòng)作執(zhí)行預(yù)留位A+動(dòng)作執(zhí)行預(yù)留位B，在不同的動(dòng)作執(zhí)行元件中，每個(gè)字節(jié)所表示的意義也有所不同：

(1)舵機(jī)執(zhí)行模塊：data1表示舵機(jī)的角度；data2表示舵機(jī)的速度；data3表示舵機(jī)的電流；data4表示舵機(jī)模塊的ID；data5表示命令，data6表示舵機(jī)的故障信息，data7，data8預(yù)留。

(2)伺服電機(jī)執(zhí)行模塊：data1表示伺服電機(jī)的角度；data2表示伺服電機(jī)的速度；data3表示伺服電機(jī)的電流；data4表示伺服電機(jī)模塊ID；data5表示命令，data6表示伺服電機(jī)的故障信息，data7，data8預(yù)留。

(3)步進(jìn)電機(jī)模塊：data1表示步進(jìn)電機(jī)的角度；data2表示步進(jìn)電機(jī)的速度；data3表示步進(jìn)電機(jī)的電流；data4表示步進(jìn)電機(jī)模塊的ID；data5表示命令，data6表示步進(jìn)電機(jī)的故障信息，data7，data8預(yù)留。

下以如圖3所示的一種機(jī)器魚為例，前進(jìn)動(dòng)作指令代碼如下：

FE FF 00 06 45 00 32 00 00 BF FB 00 00 00 00 40 00 02 00 02 00 00 00 03 00 18 00 03 00 40 0D 07 00 00 00 01 50 3C 00 02 3C 32 00 03 1E 14 00 03 00 18 00 03 00 40 0D 07 00 00 00 01 50 C4 FF 02 3C CE FF 03 1E EC FF 00 00 00 DA F3 9A 40 FD DF

這條命令通過控制機(jī)器魚100魚頭方向舵機(jī)63以速度30，角度范圍-20度至20度，機(jī)器魚100魚身動(dòng)力舵機(jī)60以速度60，角度范圍-50度至50度，機(jī)器魚100魚尾動(dòng)力舵機(jī)60以速度80，角度范圍-60度至60度的設(shè)定進(jìn)行擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)游行前進(jìn)。

在總線空閑時(shí)，所有的動(dòng)作執(zhí)行元件都可以發(fā)送數(shù)據(jù)，最先訪問的先獲得控制權(quán)。在總線協(xié)議中，所有的消息都以固定的格式發(fā)送?？偩€空閑時(shí)，所有與總線相連的動(dòng)作執(zhí)行元件都可以開始發(fā)送新消息。兩個(gè)以上的動(dòng)作執(zhí)行元件同時(shí)開始發(fā)送消息時(shí)，根據(jù)標(biāo)識(shí)符ID決定優(yōu)先級(jí)。ID并不是表示發(fā)送的目的地址，而是表示訪問總線的消息的優(yōu)先級(jí)。兩個(gè)以上的單元同時(shí)開始發(fā)送消息時(shí)，對(duì)各消息ID的每個(gè)位進(jìn)行逐個(gè)仲裁比較。仲裁獲勝(被判定為優(yōu)先級(jí)最高)的單元可繼續(xù)發(fā)送消息，仲裁失利的單元?jiǎng)t立刻停止發(fā)送而進(jìn)行接收工作。當(dāng)多個(gè)動(dòng)作執(zhí)行元件同時(shí)發(fā)送信息時(shí)，對(duì)各消息ID的每個(gè)位進(jìn)行逐個(gè)仲裁比較。仲裁獲勝(被判定為優(yōu)先級(jí)最高)的動(dòng)作執(zhí)行元件可繼續(xù)發(fā)送反饋信息給主控模塊，仲裁失利的動(dòng)作執(zhí)行元件則立刻停止發(fā)送而進(jìn)入接收狀態(tài)。

總線可以判斷出錯(cuò)誤的類型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤(如外部噪聲等)還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤(如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線等)。由此功能，當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，可將引起此故障的單元從總線上隔離出去。總線是可同時(shí)連接多個(gè)單元的總線?？蛇B接的單元總數(shù)理論上是沒有限制的。但實(shí)際上可連接的單元數(shù)受總線上的時(shí)間延遲及電氣負(fù)載的限制。降低通信速度，可連接的單元數(shù)增加；提高通信速度，則可連接的單元數(shù)減少。

通信時(shí)主動(dòng)作執(zhí)行元件按結(jié)構(gòu)體定義的數(shù)據(jù)包，通過總線的通信方式，把數(shù)據(jù)傳輸至總線上，掛載在總線上的從動(dòng)作執(zhí)行元件的總線過濾器會(huì)自動(dòng)識(shí)別該數(shù)據(jù)幀里包含的ID非主動(dòng)作執(zhí)行元件，該數(shù)據(jù)包會(huì)被過濾掉，不再接收后面的數(shù)據(jù)。如果過濾器識(shí)別出該幀數(shù)據(jù)ID是本主動(dòng)作執(zhí)行元件，則接收整幀數(shù)據(jù)，解析數(shù)據(jù)包里的命令功能，從動(dòng)作執(zhí)行元件根據(jù)命令碼和數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，并把反饋信息需要反饋給用戶側(cè)。

優(yōu)選地，用戶動(dòng)作響應(yīng)方式包括單一動(dòng)作響應(yīng)、連續(xù)動(dòng)作響應(yīng)；具體形式命令碼的格式，如表4所示：

表4

優(yōu)選地，連續(xù)動(dòng)作響應(yīng)時(shí)，用戶側(cè)想要生成需要的各種動(dòng)作組合，可以在工作控制窗口選中上面建立的命令碼中的某幾個(gè)組成一個(gè)動(dòng)作組，同樣可以選中多個(gè)動(dòng)作組形成相應(yīng)的組合命令碼。組合命令碼生成后你可以點(diǎn)擊測試按鈕，測試你生成的動(dòng)作有沒有達(dá)到你預(yù)想的效果，如果不符合，還可以調(diào)整上面的參數(shù)，直到達(dá)到你的要求為止。創(chuàng)建傳感器與動(dòng)作組聯(lián)系起來，當(dāng)傳感器的值符合設(shè)定的閾值范圍時(shí)，便執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作組命令碼。當(dāng)用戶生成一條符合要求的組合命令碼時(shí)要及時(shí)命名并保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫，同時(shí)下載其他用戶動(dòng)作組命令碼更新至本用戶的機(jī)器魚硬件平臺(tái)，而命令碼的翻譯工作在硬件系統(tǒng)中進(jìn)行。用戶也可以選擇將組合命令碼上傳到云服務(wù)器上共享或出售。

優(yōu)選地，交互系統(tǒng)包括，第一檢測模塊、語音模塊、第一判斷模塊、邀請(qǐng)模塊、第二判斷模塊和互動(dòng)模塊，主要工作流程如下：

所述第一檢測模塊，檢測工作信號(hào)；

優(yōu)選地，所述工作信號(hào)包括：人體信號(hào)、語音信號(hào)和無線電信號(hào)。

所述語音模塊，當(dāng)檢測模塊到所述工作信號(hào)時(shí)，發(fā)出問候語音；

優(yōu)選地，發(fā)出問候語音，具體包括：根據(jù)不同的節(jié)日和一天中的不同時(shí)段，發(fā)出不同的問候語音。

具體的，根據(jù)一天中的不同時(shí)段發(fā)出不同的語音，包括：早上好、下午好、晚上好等。

所述第一判斷模塊，判斷是否接收到與所述問候語音對(duì)應(yīng)的回復(fù)語音；

所述邀請(qǐng)模塊，當(dāng)接收到與所述問候語音對(duì)應(yīng)的回復(fù)語音時(shí)，發(fā)出邀請(qǐng)語音；

所述第二判斷模塊，判斷是否接收到與所述邀請(qǐng)語音對(duì)應(yīng)的互動(dòng)語音；

所述互動(dòng)模塊，當(dāng)接收到與所述邀請(qǐng)語音對(duì)應(yīng)的互動(dòng)語音時(shí)，根據(jù)所述互動(dòng)語音進(jìn)入對(duì)應(yīng)的互動(dòng)狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述互動(dòng)狀態(tài)包括：聊天狀態(tài)、表演狀態(tài)和游戲狀態(tài)等。

優(yōu)選地，所述互動(dòng)狀態(tài)還包括用戶自定義模式，可以根據(jù)用戶不同需求進(jìn)行二次開發(fā)。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括切換模塊。

所述切換模塊，根據(jù)接收到的切換語音切換互動(dòng)狀態(tài)。

具體的，在互動(dòng)過程中，如果接收到切換語音，則根據(jù)接收到的切換語言切換互動(dòng)狀態(tài)。

例如，在聊天過程中，接收到語音要求唱歌，則切換到唱歌狀態(tài)，根據(jù)用戶的需要開始唱歌，并支持點(diǎn)歌功能。

采集模塊，采集環(huán)境參數(shù)。

優(yōu)選地，所述環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度和光照度等。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括：

提醒模塊，根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)提醒用戶環(huán)境變化及注意事項(xiàng)。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括：

第二檢測模塊，當(dāng)檢測到待機(jī)信號(hào)或預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)接收不到語音，則進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；

優(yōu)選地，所述待機(jī)信號(hào)包括：再見語音、拜拜語音等。

優(yōu)選地，所述待機(jī)狀態(tài)的能耗非常低，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，可以最大限度的節(jié)約能源。

優(yōu)選地，機(jī)器魚交互方法如圖20所示，包括以下步驟：

步驟110、檢測工作信號(hào)，發(fā)出問候語音；

優(yōu)選地，所述工作信號(hào)包括：人體信號(hào)、語音信號(hào)和無線電信號(hào)。

優(yōu)選地，發(fā)出問候語音，具體包括：根據(jù)不同的節(jié)日和一天中的不同時(shí)段，發(fā)出不同的問候語音。

具體的，根據(jù)一天中的不同時(shí)段發(fā)出不同的語音，包括：早上好、下午好、晚上好等。

步驟120、判斷是否接收到與所述問候語音對(duì)應(yīng)的回復(fù)語音，若是，則發(fā)出邀請(qǐng)語音；

步驟130、判斷是否接收到與所述邀請(qǐng)語音對(duì)應(yīng)的互動(dòng)語音，若是，則根據(jù)所述互動(dòng)語音進(jìn)入對(duì)應(yīng)的互動(dòng)狀態(tài)；

優(yōu)選地，所述互動(dòng)狀態(tài)包括：聊天狀態(tài)、表演狀態(tài)和游戲狀態(tài)等。

優(yōu)選地，所述互動(dòng)還包括用戶自定義模式，可以根據(jù)用戶不同需求進(jìn)行二次開發(fā)。

優(yōu)選地，所述方法還包括：

步驟140、根據(jù)接收到的切換語音切換互動(dòng)狀態(tài)；

具體的，在互動(dòng)過程中，如果接收到切換語音，則根據(jù)接收到的切換語言切換互動(dòng)狀態(tài)。

例如，在聊天過程中，接收到語音要求唱歌，則切換到唱歌狀態(tài)，根據(jù)用戶的需要開始唱歌，并支持點(diǎn)歌功能。

優(yōu)選地，所述方法還包括：

步驟150、當(dāng)檢測到待機(jī)信號(hào)或預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)接收不到語音，則進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；

優(yōu)選地，所述待機(jī)信號(hào)包括：再見語音、拜拜語音等。

優(yōu)選地，所述待機(jī)狀態(tài)的能耗非常低，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，可以最大限度的節(jié)約能源。

優(yōu)選地，所述方法還包括：

采集環(huán)境參數(shù)，根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)提醒用戶環(huán)境變化及注意事項(xiàng)。

優(yōu)選地，所述環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度和光照度等。

本實(shí)用新型提供仿生機(jī)器魚，包括機(jī)器魚，所述的機(jī)器魚包括外殼、頭部、魚鰭、骨架、運(yùn)動(dòng)控制單元；所述的外殼包裹所述的骨架；所述的頭部安裝與所述外殼一端；所述的魚鰭連接于外殼上；所述的骨架上安裝有動(dòng)作執(zhí)行元件；所述的動(dòng)作執(zhí)行元件由運(yùn)動(dòng)控制單元控制，所述的頭部、魚鰭、骨架分別與所述的動(dòng)作執(zhí)行元件連接；所述的運(yùn)動(dòng)控制單元控制動(dòng)作執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)所述的頭部完成開合動(dòng)作、轉(zhuǎn)向動(dòng)作，帶動(dòng)所述的魚鰭完成擺動(dòng)動(dòng)作，帶動(dòng)所述的骨架尾部完成擺動(dòng)動(dòng)作。本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)控制靈活，控制精準(zhǔn)度高，極大的提高了仿生機(jī)器魚動(dòng)作的仿真程度。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制；凡本行業(yè)的普通技術(shù)人員均可按說明書附圖所示和以上所述而順暢地實(shí)施本實(shí)用新型；但是,凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而做出的些許更動(dòng)、修飾與演變的等同變化，均為本實(shí)用新型的等效實(shí)施例；同時(shí),凡依據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)技術(shù)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何等同變化的更動(dòng)、修飾與演變等，均仍屬于本實(shí)用新型的技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。