機器魚能量拾取裝置的製作方法

2023-12-02 11:09:11

專利名稱：機器魚能量拾取裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於仿生機器人技術領域，具體涉及一種具有非接觸充電功能的機器魚能量拾取 裝置。
背景技術：
仿生學是20世紀60年代出現的一門綜合性邊緣學科，它由生命科學與工程技術科學相 互滲透、相互結合而成。仿生學將有關生物學原理應用到工程系統的研究設計中，對當今日 益發展的仿生機器人科學起到了極大的推動作用。對機器魚的研究上作可分為兩個階段；二
十世紀九十年代以前主要集中於基礎理論的研究，九十年代以後隨著機器人學、新型材料和 驅動裝置的發展，人們開始機器魚的研製。
現有技術中，機器魚完成遊動功能都需要由電池來驅動電機完成遊動動作。而目前機器 魚所用的電池主要為充電電池或乾電池兩種，使用乾電池需要經常更換電池，而使用充電電 池需要經常將機器魚拿出來，拆出電池或充電接口進行充電，這樣就會增加工作人員的工作
量；而且，時常拆卸機器魚勢必使得機器魚的壽命縮短，增加機器魚的維護成本；同時，拆 換的廢舊電池也會汙染環境。

發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種不需要經常更換電池，就可實 現非接觸充電功能的機器魚能量拾取裝置。
本發明的目的是採用如下技術方案來實現的-
機器魚能量拾取裝置，其特點在於，包括設於機器魚內的非接觸充電感應線圈和設於魚 缸底部的主動線圈陣列；
所述主動線圈陣列通過電源控制板和插頭與外接電源連通，電源控制板上設置有用於將 交流電轉換為直流電，再將直流電轉換為特定頻率交流電的轉換電路；連接主動線圈陣列的 多路切換電路和電流檢測電路，所述主動線圈陣列用於產生電磁波；
所述非接觸充電感應線圈可與主動線圈陣列的各線圈耦合，該非接觸充電感應線圈的輸出通過一個可以將交流電轉換為穩壓直流電的整流穩壓電路模塊與可充電電池相連，用於將 從主動線圈感應到的電磁波能量轉換為直流電，給機器魚提供電源能量。
這樣，採用本發明裝置的機器魚，當機器魚內的充電電池電量耗完後，由於失去動力， 故機器魚會下沉到魚缸底部主動線圈陣列的某個線圈上方，此時電源控制板將對應線圈通電， 外接的交流電經過電源控制板轉化為特定頻率的交流電，並通往設於魚缸底部的主動線圈， 主動線圈產生電磁波，該電磁波被設於機器魚內的非接觸充電感應線圈感應並被轉換為直流 電流，該直流電對充電電池充電，即可為機器魚補充電源能量進行充電。
作為上述技術方案的進一步優化，可將所述非接觸充電感應線圈設置於機器魚內壁側面； 同時，機器魚內腔再設置重心改變裝置。所述重心改變裝置，包括與充電電池相連的直流電 機、與該直流電機的輸出軸垂直固定連接的配重塊、套設於輸出軸上控制該配重塊的復位扭
簧；其中，所述直流電機軸向水平設置，所述配重塊由直流電機和復位扭簧控制位置，使配
重塊在充電電池無電時指向非接觸充電感應線圈，在充電電池有電時指向機器魚下腹位置。
上述優化的實質是，可改變充電時主動線圈與非接觸充電感應線圈之間耦合關係的一種 優化設置。如果按照常規慣性設計思維，非接觸充電感應線圈往往會設置在魚腹底部的位置， 但申請人考慮到這類非接觸充電的要點是保證主動線圈與感應線圈的距離足夠近、有效耦合
面積足夠大；為了保證正常遊動，機器魚往往是利用類似不倒翁的原理，通過配重保持魚腹 向下狀態的，失去動力時，機器魚會保持腹部向下，沉到水底，這時才可以進行非接觸式充 電；如果把非接觸充電感應線圈設置於魚腹底部，那麼，由於魚腹底部是狹長的，非接觸感 應線圈也必然是狹長的，與主動線圈的有效耦合面積很小，充電效率低下；如果將非接觸感 應線圈配置於機器魚側面，則無法保證充電時非接觸感應線圈和主動線圈的距離足夠小。而 在上述優化結構中，非接觸充電感應線圈是設置在機器魚內壁的側面上，同時申請人創造性 地在機器魚內腔中增設了一個重心改變裝置，該重心改變裝置可保證當充電電池無電時，機 器魚的重心方向會立即轉變為與非接觸充電感應線圈所在方向重合。這樣就保證了機器魚側 躺充電時，恰好是非接觸充電感應線圈所在的側面向下，使得非接觸充電感應線圈與主動線 圈之間的距離大大縮減、有效耦合面積足夠大；進而保證了充電的進行並大大增快了充電速 度，避免了電能的浪費。
作為進一步優化，所述主動線圈陣列為均勻分布於魚缸底部的多個均勻排列的線圈；所 述電源控制板中還設置有控制器，所述控制器即主要包括電流檢測電路和多路切換電路，用 於決策和控制主動線圈陣列(1)中的每個主動線圈的通、斷電。這樣，即可根據機器魚降落 的具體位置，通過控制器來選擇位於機器魚下方的主動線圈通電來產生電磁波給機器魚充電。採用本發明技術方案，主要具有以下優點
1、 機器魚通過非接觸式充電，不需要更換電池，從而解決了工作人員時常給機器魚更換 電池的麻煩，也使得機器魚平時的維護成本減少，並且無汙染。
2、 本發明由於進一步增設了重心改變裝置，可保證機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線圈的側面向下，與均勻分設於魚缸底部的主動線圈對應；當主動 線圈通電時，由於非接觸充電感應線圈與主動線圈耦合面較大，可大大提高其充電效能。
3、 本發明只在檢測到需要充電時才接通主動線圈陣列中的特定線圈，節能環保。
4、 本發明機器魚能量拾取裝置可廣泛用作研究型機器魚，也可用作觀賞用的機器魚和其 他適用的水下移動系統。


圖1是安裝有發明的機器魚在魚缸中正常遊動狀態時的結構示意圖。 圖2是安裝有發明的機器魚處於充電狀態時的俯視圖，為清除顯示其結構，圖中不含魚 缸，但本狀態時，機器魚是側躺在魚缸底部。 圖3是圖2中的A-A向局部視圖。 圖4是本發明的電路原理框圖。 圖5是本發明的主動線圈陣列的結構示意圖。 圖6是本發明的主動線圈陣列的控制原理框圖。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
和附圖對本發明作進一步說明。
如圖1所示， 一種機器魚能量拾取裝置，包括設於機器魚9內的非接觸充電感應線圈 3，以及設於魚缸10底部的主動線圈陣列1。
參見圖2至圖6，所述主動線圈陣列1通過電源控制板2和插頭與外接電源連通，電源 控制板上設置有用於將交流電轉換為直流電，再將直流電轉換為特定頻率交流電的轉換電路； 以及主要由連接主動線圈陣列1的多路切換電路和電流檢測電路構成的控制器；所述主動線 圈用於產生電磁波；所述非接觸充電感應線圈3可分別與主動線圈陳列的各線圈耦合，該非 接觸充電感應線圈3的輸出通過一個可以將交流電轉換為穩壓直流電的整流穩壓電路模塊與 可充電電池4相連，用於將從主動線圈感應到的電磁波能量轉換為直流電，給機器魚提供電 源能量。其中，所述非接觸充電感應線圈3設置於機器魚9內壁側面；同時，機器魚9內腔還設置有重心改變裝置，所述重心改變裝置，包括與充電電池4相連的直流電機5、與該直 流電機5的輸出軸6垂直固定連接的配重塊7、套設於輸出軸6上控制該配重塊7的復位扭 簧8;其中，所述直流電機5軸向水平設置，所述配重塊7由直流電機5和復位扭簧8控制 位置，使配重塊7在充電電池4無電時指向非接觸充電感應線圈3，在充電電池4有電時指 向機器魚9下腹位置。
當裝有本發明的機器魚處於正常遊動狀態時，如圖1所示，此時配重塊7在直流電機5 的作用的指向機器魚9的下腹位置，可使機器魚保持直立的狀態在魚缸10中遊動。當機器魚 9在充電電池4無電或處於充電狀態時，機器魚9下落並側躺在魚缸10底部，此時如圖2和 圖3所示，配重塊7在復位扭簧8的作用下指向非接觸充電感應線圈3。當電池充滿後，機 器魚恢復正常遊動。
具體實施時，所述主動線圈陳列l由多個均勻分布於魚缸10底部的線圈構成，所述電源 控制板2中設置有控制器，所述控制器通過多路切換電路和電流檢測電路每隔一定時間給主 動線圈陣列中的每個線圈進行極短時間的輪流供電，並檢測電流，利用變壓器原邊電流隨負 載變化而變化的原理判斷是否有機器魚處於某個線圈的上方等待充電，通過控制主動線圈陳 列l的各個主動線圈通、斷電來完成充電過程。這樣即可根據機器魚9降落的具體位置，通 過控制器來選擇位於機器魚9下方的主動線圈通電來產生電磁波給機器魚9充電，具體實施 時，如圖5和圖6所示，在控制器與主動線圈列陣之間還連接有選擇開關，所述選擇開關可 分別控制各主動線圈的通電和斷電，控制器通過控制選擇開關來對主動線圈進行控制。圖4 為具體實施時本發明的電路原理框圖，圖5是本發明的主動線圈陣列的結構示意圖，圖6是 本發明的主動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，電源控制板內的轉換電路用於將市電轉換為特定頻率交流電，控制器可選擇給與其連 接的恰好處於降落的機器魚9下方的主動線圈1通電來產生電磁波。非接觸充電感應線圈與 主動線圈耦合，用於接收電磁波並將其轉化為直流電，充電電池與非接觸充電感應線圈通過 整流穩壓模塊連接，接收轉化的直流電並進行充電儲能。
值得指出的是，本發明對於現有技術做出創造性貢獻的地方在於為現有的機器魚設備， 增設了一個能量拾取裝置，使得機器魚能夠方便地進行非接觸式充電。至於機器魚，包括魚 殼、控制模塊、無線通訊模塊、紅外傳感器、尾部電機、魚鰭電機、擺動關節、固定骨架和 充電電池，以及給機器魚提供動力使其遊動和上浮以及怎樣控制遊動等結構和裝置，均可採 用成熟的現有技術，不屬於本發明保護範圍。
權利要求
1、機器魚能量拾取裝置，其特徵在於，包括設於機器魚(9)內的非接觸充電感應線圈(3)和設於魚缸(8)底部的主動線圈陣列(1)；所述主動線圈陣列(1)通過電源控制板(2)和插頭與外接電源連通，電源控制板(2)上設置有用於將交流電轉換為直流電，再將直流電轉換為特定頻率交流電的轉換電路；連接主動線圈陣列(1)的多路切換電路和電流檢測電路，所述主動線圈陣列(1)用於產生電磁波；所述非接觸充電感應線圈(3)可與主動線圈陣列(1)的各線圈耦合，該非接觸充電感應線圈(3)的輸出通過一個可以將交流電轉換為穩壓直流電的整流穩壓電路模塊與可充電電池相連，用於將從主動線圈感應到的電磁波能量轉換為直流電，給機器魚提供電源能量。
2、 根據權利要求1所述的機器魚能量拾取裝置，其特徵在於，所述非接觸充電感應線圈 (3)設置於機器魚(9)內的任一側面；同時，機器魚(9)內腔還設置有重心改變裝置，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(5)、與該直流電機(5)的輸 出軸(6)垂直固定連接的配重塊(7)、套設於輸出軸(6)上控制該配重塊(7)的復位扭簧 (8);其中，所述直流電機(5)軸向水平設置，所述配重塊(7)由直流電機(5)和復位扭 簧(8)控制位置，使配重塊(7)在充電電池(4)無電時指向非接觸充電感應線圈(3)，在 充電電池(4)有電時指向機器魚(9)下腹位置。
3、 根據權利要求1或2所述的機器魚能量拾取裝置，其特徵在於，所述主動線圈陣列(1) 為均勻分布於魚缸(8)底部的多個均勻排列的線圈；所述電源控制板(2)通過電流檢測電 路和多路切換電路，決策和控制主動線圈陣列(1)中的每個主動線圈的通、斷電。
全文摘要
本發明提供一種機器魚能量拾取裝置，其特點在於，包括設於機器魚內的非接觸充電感應線圈和設於魚缸底部的主動線圈陣列；所述主動線圈陣列通過電源控制板和插頭與外接電源連通；所述主動線圈陣列用於產生電磁波；所述非接觸充電感應線圈可與主動線圈耦合，該非接觸充電感應線圈的輸出通過一個可以將交流電轉換為穩壓直流電的整流穩壓電路模塊與可充電電池相連，用於將從主動線圈感應到的電磁波能量轉換為直流電，給機器魚提供電源能量。機器魚通過本裝置可非常方便、有效地進行非接觸式充電，不需要更換電池，從而解決了工作人員時常給機器魚更換電池的麻煩，也使得機器魚平時的維護成本減少，並且無汙染。
文檔編號B63H23/00GK101590904SQ20091010425
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月3日 優先權日2009年7月3日
發明者楠 李, 王曉龍, 薛方正, 億 郭 申請人:重慶大學