机器鱼能量拾取装置.pdf

本发明提供一种机器鱼能量拾取装置，其特点在于，包括：设于机器鱼内的非接触充电感应线圈和设于鱼缸底部的主动线圈阵列；所述主动线圈阵列通过电源控制板和插头与外接电源连通；所述主动线圈阵列用于产生电磁波；所述非接触充电感应线圈可与主动线圈耦合，该非接触充电感应线圈的输出通过一个可以将交流电转换为稳压直流电的整流稳压电路模块与可充电电池相连，用于将从主动线圈感应到的电磁波能量转换为直流电，给机器鱼提供电源能量。机器鱼通过本装置可非常方便、有效地进行非接触式充电，不需要更换电池，从而解决了工作人员时常给机器鱼更换电池的麻烦，也使得机器鱼平时的维护成本减少，并且无污染。

1、  机器鱼能量拾取装置，其特征在于，包括：设于机器鱼(9)内的非接触充电感应线圈(3)和设于鱼缸(8)底部的主动线圈阵列(1)；
所述主动线圈阵列(1)通过电源控制板(2)和插头与外接电源连通，电源控制板(2)上设置有用于将交流电转换为直流电，再将直流电转换为特定频率交流电的转换电路；连接主动线圈阵列(1)的多路切换电路和电流检测电路，所述主动线圈阵列(1)用于产生电磁波；
所述非接触充电感应线圈(3)可与主动线圈阵列(1)的各线圈耦合，该非接触充电感应线圈(3)的输出通过一个可以将交流电转换为稳压直流电的整流稳压电路模块与可充电电池相连，用于将从主动线圈感应到的电磁波能量转换为直流电，给机器鱼提供电源能量。

2、  根据权利要求1所述的机器鱼能量拾取装置，其特征在于，所述非接触充电感应线圈(3)设置于机器鱼(9)内的任一侧面；同时，机器鱼(9)内腔还设置有重心改变装置，所述重心改变装置，包括与充电电池(4)输出相连的直流电机(5)、与该直流电机(5)的输出轴(6)垂直固定连接的配重块(7)、套设于输出轴(6)上控制该配重块(7)的复位扭簧(8)；其中，所述直流电机(5)轴向水平设置，所述配重块(7)由直流电机(5)和复位扭簧(8)控制位置，使配重块(7)在充电电池(4)无电时指向非接触充电感应线圈(3)，在充电电池(4)有电时指向机器鱼(9)下腹位置。

3、  根据权利要求1或2所述的机器鱼能量拾取装置，其特征在于，所述主动线圈阵列(1)为均匀分布于鱼缸(8)底部的多个均匀排列的线圈；所述电源控制板(2)通过电流检测电路和多路切换电路，决策和控制主动线圈阵列(1)中的每个主动线圈的通、断电。

机器鱼能量拾取装置
技术领域
本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种具有非接触充电功能的机器鱼能量拾取装置。
背景技术
仿生学是20世纪60年代出现的一门综合性边缘学科，它由生命科学与工程技术科学相互渗透、相互结合而成。仿生学将有关生物学原理应用到工程系统的研究设计中，对当今日益发展的仿生机器人科学起到了极大的推动作用。对机器鱼的研究上作可分为两个阶段；二十世纪九十年代以前主要集中于基础理论的研究，九十年代以后随着机器人学、新型材料和驱动装置的发展，人们开始机器鱼的研制。
现有技术中，机器鱼完成游动功能都需要由电池来驱动电机完成游动动作。而目前机器鱼所用的电池主要为充电电池或干电池两种，使用干电池需要经常更换电池，而使用充电电池需要经常将机器鱼拿出来，拆出电池或充电接口进行充电，这样就会增加工作人员的工作量；而且，时常拆卸机器鱼势必使得机器鱼的寿命缩短，增加机器鱼的维护成本；同时，拆换的废旧电池也会污染环境。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种不需要经常更换电池，就可实现非接触充电功能的机器鱼能量拾取装置。
本发明的目的是采用如下技术方案来实现的：
机器鱼能量拾取装置，其特点在于，包括设于机器鱼内的非接触充电感应线圈和设于鱼缸底部的主动线圈阵列；
所述主动线圈阵列通过电源控制板和插头与外接电源连通，电源控制板上设置有用于将交流电转换为直流电，再将直流电转换为特定频率交流电的转换电路；连接主动线圈阵列的多路切换电路和电流检测电路，所述主动线圈阵列用于产生电磁波；
所述非接触充电感应线圈可与主动线圈阵列的各线圈耦合，该非接触充电感应线圈的输出通过一个可以将交流电转换为稳压直流电的整流稳压电路模块与可充电电池相连，用于将从主动线圈感应到的电磁波能量转换为直流电，给机器鱼提供电源能量。
这样，采用本发明装置的机器鱼，当机器鱼内的充电电池电量耗完后，由于失去动力，故机器鱼会下沉到鱼缸底部主动线圈阵列的某个线圈上方，此时电源控制板将对应线圈通电，外接的交流电经过电源控制板转化为特定频率的交流电，并通往设于鱼缸底部的主动线圈，主动线圈产生电磁波，该电磁波被设于机器鱼内的非接触充电感应线圈感应并被转换为直流电流，该直流电对充电电池充电，即可为机器鱼补充电源能量进行充电。
作为上述技术方案的进一步优化，可将所述非接触充电感应线圈设置于机器鱼内壁侧面；同时，机器鱼内腔再设置重心改变装置。所述重心改变装置，包括与充电电池相连的直流电机、与该直流电机的输出轴垂直固定连接的配重块、套设于输出轴上控制该配重块的复位扭簧；其中，所述直流电机轴向水平设置，所述配重块由直流电机和复位扭簧控制位置，使配重块在充电电池无电时指向非接触充电感应线圈，在充电电池有电时指向机器鱼下腹位置。
上述优化的实质是，可改变充电时主动线圈与非接触充电感应线圈之间耦合关系的一种优化设置。如果按照常规惯性设计思维，非接触充电感应线圈往往会设置在鱼腹底部的位置，但申请人考虑到这类非接触充电的要点是保证主动线圈与感应线圈的距离足够近、有效耦合面积足够大；为了保证正常游动，机器鱼往往是利用类似不倒翁的原理，通过配重保持鱼腹向下状态的，失去动力时，机器鱼会保持腹部向下，沉到水底，这时才可以进行非接触式充电；如果把非接触充电感应线圈设置于鱼腹底部，那么，由于鱼腹底部是狭长的，非接触感应线圈也必然是狭长的，与主动线圈的有效耦合面积很小，充电效率低下；如果将非接触感应线圈配置于机器鱼侧面，则无法保证充电时非接触感应线圈和主动线圈的距离足够小。而在上述优化结构中，非接触充电感应线圈是设置在机器鱼内壁的侧面上，同时申请人创造性地在机器鱼内腔中增设了一个重心改变装置，该重心改变装置可保证当充电电池无电时，机器鱼的重心方向会立即转变为与非接触充电感应线圈所在方向重合。这样就保证了机器鱼侧躺充电时，恰好是非接触充电感应线圈所在的侧面向下，使得非接触充电感应线圈与主动线圈之间的距离大大缩减、有效耦合面积足够大；进而保证了充电的进行并大大增快了充电速度，避免了电能的浪费。
作为进一步优化，所述主动线圈阵列为均匀分布于鱼缸底部的多个均匀排列的线圈；所述电源控制板中还设置有控制器，所述控制器即主要包括电流检测电路和多路切换电路，用于决策和控制主动线圈阵列(1)中的每个主动线圈的通、断电。这样，即可根据机器鱼降落的具体位置，通过控制器来选择位于机器鱼下方的主动线圈通电来产生电磁波给机器鱼充电。
采用本发明技术方案，主要具有以下优点：
1、机器鱼通过非接触式充电，不需要更换电池，从而解决了工作人员时常给机器鱼更换电池的麻烦，也使得机器鱼平时的维护成本减少，并且无污染。
2、本发明由于进一步增设了重心改变装置，可保证机器鱼在充电电池电能耗尽的情况下，使安装有非接触充电感应线圈的侧面向下，与均匀分设于鱼缸底部的主动线圈对应；当主动线圈通电时，由于非接触充电感应线圈与主动线圈耦合面较大，可大大提高其充电效能。
3、本发明只在检测到需要充电时才接通主动线圈阵列中的特定线圈，节能环保。
4、本发明机器鱼能量拾取装置可广泛用作研究型机器鱼，也可用作观赏用的机器鱼和其他适用的水下移动系统。
附图说明
图1是安装有发明的机器鱼在鱼缸中正常游动状态时的结构示意图。
图2是安装有发明的机器鱼处于充电状态时的俯视图，为清除显示其结构，图中不含鱼缸，但本状态时，机器鱼是侧躺在鱼缸底部。
图3是图2中的A-A向局部视图。
图4是本发明的电路原理框图。
图5是本发明的主动线圈阵列的结构示意图。
图6是本发明的主动线圈阵列的控制原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种机器鱼能量拾取装置，包括：设于机器鱼9内的非接触充电感应线圈3，以及设于鱼缸10底部的主动线圈阵列1。
参见图2至图6，所述主动线圈阵列1通过电源控制板2和插头与外接电源连通，电源控制板上设置有用于将交流电转换为直流电，再将直流电转换为特定频率交流电的转换电路；以及主要由连接主动线圈阵列1的多路切换电路和电流检测电路构成的控制器；所述主动线圈用于产生电磁波；所述非接触充电感应线圈3可分别与主动线圈陈列的各线圈耦合，该非接触充电感应线圈3的输出通过一个可以将交流电转换为稳压直流电的整流稳压电路模块与可充电电池4相连，用于将从主动线圈感应到的电磁波能量转换为直流电，给机器鱼提供电源能量。其中，所述非接触充电感应线圈3设置于机器鱼9内壁侧面；同时，机器鱼9内腔还设置有重心改变装置，所述重心改变装置，包括与充电电池4相连的直流电机5、与该直流电机5的输出轴6垂直固定连接的配重块7、套设于输出轴6上控制该配重块7的复位扭簧8；其中，所述直流电机5轴向水平设置，所述配重块7由直流电机5和复位扭簧8控制位置，使配重块7在充电电池4无电时指向非接触充电感应线圈3，在充电电池4有电时指向机器鱼9下腹位置。
当装有本发明的机器鱼处于正常游动状态时，如图1所示，此时配重块7在直流电机5的作用的指向机器鱼9的下腹位置，可使机器鱼保持直立的状态在鱼缸10中游动。当机器鱼9在充电电池4无电或处于充电状态时，机器鱼9下落并侧躺在鱼缸10底部，此时如图2和图3所示，配重块7在复位扭簧8的作用下指向非接触充电感应线圈3。当电池充满后，机器鱼恢复正常游动。
具体实施时，所述主动线圈陈列1由多个均匀分布于鱼缸10底部的线圈构成，所述电源控制板2中设置有控制器，所述控制器通过多路切换电路和电流检测电路每隔一定时间给主动线圈阵列中的每个线圈进行极短时间的轮流供电，并检测电流，利用变压器原边电流随负载变化而变化的原理判断是否有机器鱼处于某个线圈的上方等待充电，通过控制主动线圈陈列1的各个主动线圈通、断电来完成充电过程。这样即可根据机器鱼9降落的具体位置，通过控制器来选择位于机器鱼9下方的主动线圈通电来产生电磁波给机器鱼9充电，具体实施时，如图5和图6所示，在控制器与主动线圈列阵之间还连接有选择开关，所述选择开关可分别控制各主动线圈的通电和断电，控制器通过控制选择开关来对主动线圈进行控制。图4为具体实施时本发明的电路原理框图，图5是本发明的主动线圈阵列的结构示意图，图6是本发明的主动线圈阵列的控制原理框图，如图所示，其中，外部电源与电源控制板连接为其供电，电源控制板内的转换电路用于将市电转换为特定频率交流电，控制器可选择给与其连接的恰好处于降落的机器鱼9下方的主动线圈1通电来产生电磁波。非接触充电感应线圈与主动线圈耦合，用于接收电磁波并将其转化为直流电，充电电池与非接触充电感应线圈通过整流稳压模块连接，接收转化的直流电并进行充电储能。
值得指出的是，本发明对于现有技术做出创造性贡献的地方在于为现有的机器鱼设备，增设了一个能量拾取装置，使得机器鱼能够方便地进行非接触式充电。至于机器鱼，包括鱼壳、控制模块、无线通讯模块、红外传感器、尾部电机、鱼鳍电机、摆动关节、固定骨架和充电电池，以及给机器鱼提供动力使其游动和上浮以及怎样控制游动等结构和装置，均可采用成熟的现有技术，不属于本发明保护范围。