[发明专利]一种双驱动仿生机器鱼系统及多模态冗余控制方法

说明书

本发明提供一种双驱动仿生机器鱼系统及多模态冗余控制方法，用于围网巡检，包括依次连接的头部结构、身体结构、腰部结构和尾部结构；头部结构包括头部本体、主控制单元、数据采集单元、胸鳍、胸鳍舵机及腰部电机控制器；身体结构包括身体本体、腰部电机、第一传动模块、腰部摆杆、背鳍及腹鳍；腰部结构包括腰部本体、尾部电机驱动器、尾部电机、第二传动模块及尾部摆杆；尾部结构包括尾部本体、尾部推进器控制器、尾部推进器及尾鳍；主控制单元根据运行数据生成控制指令，控制胸鳍舵机、腰部电机控制器、尾部电机驱动器和尾部推进器控制器，实现仿生机器鱼上浮下潜、左右转弯及直游倒游运动，增强了仿生机器鱼的抗干扰能力，并提高了机动性能。

技术领域

本发明涉及水产养殖领域，特别是涉及一种用于围网巡检的双驱动仿生机器鱼系统及多模态冗余控制方法。

背景技术

随着我国水产养殖行业的迅猛发展，越来越多的水产养殖企业部署大型围网养殖场，其具有集约化程度高、养殖密度大，鱼类生长速度快等优点。但定期潜水监测围网状况若仍采用人工作业方式，不仅效率低且存在一定的安全隐患。

传统的遥控水下机器人和自主式水下机器人大多采用较为成熟的“螺旋桨”作为推进器，利用螺旋桨推进器产生推力，采用这种推进模式的水下机器人存在着机动性能差、能源利用率低、对鱼群干扰大等缺点。为了克服以上缺陷，人类根据鱼类优异的生理结构和非凡的运动性能设计出仿生机器鱼，国内外实验室如英国埃塞克斯大学、美国MIT、中科院自动化所机器鱼团队、北京大学等都对仿生机器鱼已经有了大量的研究，现有的机器鱼仅仅通过腰部和尾部摆动或者是胸鳍的摆动来提供推力，但通过胸鳍、尾部单个电机推进或重心调节系统控制上浮下潜的速度较慢，抗扰动能力差，不能够满足深远海的海浪环境需求。

基于上述问题，亟需一种新的围网巡检装置以提高抗干扰能力和机动性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于围网巡检的双驱动仿生机器鱼系统及多模态冗余控制方法，可增强仿生机器鱼的抗干扰能力，并提高机动性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种双驱动仿生机器鱼系统，用于围网巡检，所述双驱动仿生机器鱼系统包括依次连接的头部结构、身体结构、腰部结构和尾部结构；

所述头部结构包括头部本体、主控制单元、数据采集单元、两个胸鳍、两个胸鳍舵机及腰部电机控制器；所述主控制单元、所述数据采集单元、所述胸鳍舵机及所述腰部电机控制器均设置在所述头部本体内；两个胸鳍分别设置在所述头部本体外部的相对两侧；所述数据采集单元、所述胸鳍舵机及所述腰部电机控制器均与所述主控制单元连接；每个胸鳍对应连接一个胸鳍舵机；所述数据采集单元用于采集运行数据；所述主控制单元用于根据所述运行数据，生成控制指令；所述胸鳍舵机用于根据所述控制指令控制对应的胸鳍运动；

所述身体结构包括身体本体、腰部电机、第一传动模块、腰部摆杆、背鳍及腹鳍；所述腰部电机、所述第一传动模块及所述腰部摆杆均设置在所述身体本体内；所述背鳍和所述腹鳍分别设置在所述身体本体外部的相对两侧；所述身体本体的前端与所述头部本体的后端连接；所述腰部电机与所述腰部电机控制器及所述第一传动模块连接；所述第一传动模块与所述腰部摆杆连接；所述腰部电机控制器用于根据所述控制指令，控制所述腰部电机运动；所述腰部电机运动时带动所述第一传动模块转动，进而通过所述腰部摆杆带动所述腰部结构运动；

所述腰部结构包括腰部本体、依次连接的尾部电机驱动器、尾部电机、第二传动模块及尾部摆杆；所述尾部电机驱动器、所述尾部电机、所述第二传动模块及所述尾部摆杆均设置在所述腰部本体内；所述腰部本体的前端与所述身体本体的后端连接；所述尾部电机驱动器还与所述主控制单元连接；所述尾部电机驱动器用于根据所述控制指令，控制所述尾部电机运动；所述尾部电机运动时带动所述第二传动模块转动，进而通过尾部摆杆带动所述尾部结构运动；