[0001] 本发明涉及水下检测装置技术领域，尤其是涉及一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统。

[0002] 仿生鱼是科学家们按照仿生学的原理设计，游动方式相似于普通的鲤鱼，鱼身在发动机的推动下来回摆动，并且利用鱼鳍和鱼尾来改变游动的方向，其游动速度可以达到每秒半米，这种仿生鱼的内部设置有探测传感器，可以自动检测水域中的各种污染物和采集水域其他物质的数据，当一条仿生鱼检测到某个水域中的污染物质时，仿生鱼就会通过GPS装置将数据实时传送给研究人员，研究人员会利用这些数据绘制实时的水域污染3D图，使环保部门能够采取最方便快捷的方法来清除污染的水域，仿生鱼也能够在水下搜寻和识别物品。

[0003] 现阶段，虽然仿生鱼拥有许多技术优点，但是在需考虑环境因素和设备要求的前提下，仿生鱼普遍存在如下缺点：

[0004] 1、仿生鱼操作系统的运行速率低，仿生鱼是集数据采集、图像识别和运动控制于一体的产物，其系统模块所承受的负担极大，需要配置成本昂贵的高性能系统模块；

[0005] 2、仿生鱼水下运动的灵活性不足，急速的水流会影响仿生鱼的行进，仿生鱼如果无法灵活地避开或者利用水流，就无法进行良好的检测和搜寻，甚至会被水流冲击力损坏；

[0006] 3、仿生鱼的水下密封性能不足，仿生鱼采用高度仿生设计，按照普通鱼的游动方式进行运动，鱼身摆动的关节处一般会采用柔性材料，利于仿生鱼游动前进，但是在水流、水压以及自身来回摆动的影响下，柔性材料容易受到一定程度的磨损，当柔性材料破损之后，水就会进入仿生鱼的内部，内部装置会被水浸泡损坏。

[0007] 4、仿生鱼的工作效率低，单个仿生鱼在搜寻水下目标物品时,搜寻耗时长且搜寻准确度低，不适合大批量或者大范围的水下作业；

[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更进一步的描述。

[0039] 如图1所示，本发明一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统，包括有鱼头1、鱼身2和鱼尾3，鱼身2的一端连接鱼头1，鱼身2的另一端连接鱼尾3，鱼身2设有背鳍201，本发明的形状按照鱼类的外形来设计，本发明能够模仿鱼类的游动方式进行运动，具有完善的流体性能和高度的隐蔽性能。

[0040] 如图1、图2、图3和图4所示，鱼头1的表面设有透明板4，鱼头1的内部设有图像处理装置5，透明板4不仅能够避免水浸湿图像处理装置5，而且有利于图像处理系统5内置的视觉系统对外界环境进行搜寻和识别，图像处理装置5包括红外光点传感器模块501和摄像头模块502，当红外光点传感器模块501捕捉到目标物体时，红外光点传感器模块501会反复扫描目标物体，摄像头模块502则会对目标物体进行拍摄，并且将目标物体的图与研究人员预先输入的图像进行匹配，当相似度高于设定的阈值时，摄像头模块502就会将目标物体的图像上传到研究人员控制的上位机。

[0041] 鱼头1的内部设有浮潜装置6，鱼身2的内部设有密封舱7，密封舱7设有左右平衡装置8、转向装置9、游动装置10、控制装置11和电池12，浮潜装置6、左右平衡装置8、转向装置9、游动装置10以及控制装置11共同组成本发明的运动控制系统，浮潜装置6负责本发明的上浮或者下潜，左右平衡装置8和转向装置9负责本发明的转向运动，游动装置10会为本发明产生前进的动力和辅助本发明的转向运动，控制装置则是作为主控制中心，能够规划行进的路线和控制其他四个装置。

[0042] 如图1、图2和图11所示，密封舱7设有通孔701、滑槽702、挡板703和密封圈704，挡板703卡接滑槽702，密封圈704设置在挡板703与密封舱7之间，挡板703在滑槽702的作用下挤压密封圈704，这种设计能够使挡板703和密封圈704之间不会有一丝缝隙，从而实现本发明内部装置的密封和防水。

[0043] 如图1、图3和图5所示，浮潜装置6包括第一支座601、第二支座602、第一舵机603、第一曲柄604、第一配重块605、第一导轨板606、第一曲柄转轴607和第一配重块移动轴608，第二支座602设置在第一支座601的上方，两个第一导轨板606分别设置在第一支座601的两侧，第一舵机603设置在第二支座602的上方，第一舵机603通过第一曲柄转轴607连接第一曲柄604，第一曲柄604设有第一导轨孔609，第一导轨板606设有第二导轨孔610，第一配重块移动轴608穿过第一导轨孔609和第二导轨孔610并固接第一配重块605，当本发明需要下潜时，第一舵机603转动第一曲柄转轴607，第一曲柄转轴607使第一曲柄604的一端向鱼头1的前端位置移动，在第一曲柄604带动下，第一配重块605也会向鱼头1的前端位置移动，在第一配重块605的重量作用下，鱼头1会向下移动，本发明实现下潜的动作，当本实用需要上浮时，第一配重块605会向鱼身2的位置移动，鱼头1会向上移动，本发明实现上浮的动作。

[0044] 如图1、图3和图6所示，左右平衡装置8包括第二舵机801、第二配重块802、第二曲柄803、第二配重块移动轴804、第二导轨板805和第二曲柄转轴806，第二舵机801通过第二曲柄转轴806连接第二曲柄803，第二曲柄803设有第三导轨孔807，第二导轨板805设有第四导轨孔808，第二配重块移动轴804穿过第三导轨孔807和第四导轨孔808并固接第二配重块802，第二舵机801转动第二曲柄803，在第二曲柄803的带动下，第二配重块802可以在鱼身2的两侧来回移动，这种设计使整个鱼身2进行一定程度的侧面偏移，有利于本发明的转向运动。

[0045] 如图1、图3、图7和图14所示，转向装置9包括第三舵机901和胸鳍902，第三舵机901连接胸鳍902，第三舵机901和胸鳍902各设有2个，配对设置在鱼身2的两侧，当本发明需要转向时，第三舵机901会使胸鳍902进行摆动，由于胸鳍902摆动角度和摆动速度会影响本发明向后产生的作用力，因此当鱼身2一侧的胸鳍902的摆动角度较大或者摆动速度较快时，鱼身2一侧产生的作用力会比鱼身2另一侧要大，本发明就会向鱼身2的另一侧方向移动，从而实现整体的转向运动。

[0046] 如图1、图3、图8、图9和图13所示，游动装置10包括第四舵机1001、电机1002、尾鳍1003、尾鳍摆动杆1004、转动曲柄1005、传动轴1006、销轴1007、柔性连接件1008和限位元件
1009，尾鳍摆动杆1004的一端连接第四舵机1001，尾鳍摆动杆1004的另一端通过柔性连接件1008连接尾鳍1003，转动曲柄1005的一端连接电机1002，转动曲柄1005的另一端通过销轴1007铰接传动轴1006的一端，限位元件1009固接密封舱7，尾鳍摆动杆1004设有传动孔
1010，限位元件1009设有第一限位孔1011和第二限位孔1012，尾鳍摆动杆1004穿过第一限位孔1011，传动轴1006的另一端穿过传动孔1010和第二限位孔1012，电机1002使转动曲柄
1005转动，转动的转动曲柄1005会使传动轴1006左右两侧摆动，尾鳍摆动杆1004就会随着摆动的传动轴1006一起摆动，尾鳍1003在尾鳍摆动杆1004作用下产生本发明向前运动的作用力。

[0047] 当本发明向前运动时，尾鳍摆动杆1004会位于第一限位孔1011的中心位置，并且在第一限位孔1011的范围内进行左右摆动，尾鳍1003摆动的作用力会与鱼身2形成一条直线，当本发明需要转向时，第四舵机1001会使尾鳍摆动杆1004移向鱼身2的一侧，然后尾鳍摆动杆1004只会在第一限位孔1011的一侧和中心位置之间进行摆动，尾鳍1003摆动的作用力就会位于鱼身2的一侧，作用力会帮助本发明向鱼身2一侧的方向移动。

[0048] 如图8和图10所示，尾鳍摆动杆1004设有连接板1013，柔性连接件1008的一端固接连接板1013，柔性连接件1008的另一端固接尾鳍1003，柔性连接件1008的下方设有支撑板1014，柔性连接件1008和连接板1013之间设有第一隔板1015，柔性连接件1008和尾鳍1003之间设有第二隔板1016，柔性连接件1008的制作材料选用软滴胶，在尾鳍摆动杆1004摆动时，软滴胶的柔软性会尾鳍1003摆动的幅度更大，尾鳍1003产生的前进动力也会更大，极大提高了本用新型的工作效率。

[0049] 如图12所示，控制装置11包括主控制模块1101、舵机控制模块1102、电机驱动模块1103、稳压模块1104、无线通信模块1105、GPS模块1106和六轴传感器模块1107，主控制模块
1101是控制装置(11)的控制中心，用于管理和控制其他工作模块，舵机控制模块1102能够控制舵机的开启或者关闭，电机驱动模块1103能够控制电机1002的开启或者关闭，稳压模块1104能够控制电池12的放电量，无线通信模块1105能够与研究人员控制的上位机相互通信，GPS模块1106能够规划本发明行进路线，六轴传感器模块1107能够感应到本发明当前的运动姿态。

[0050] 如图1-15所示，本发明一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的工作原理：当红外光点传感器模块501的捕捉到检测目标时，控制装置11会计算本发明和检测目标之间的距离，并规划出最佳的路线，然后对运动装置发出指令，运动装置就会使本发明接近检测目标，接近检测目标之后，红外光点传感器模块501会反复扫描检测目标，摄像头模块502则会拍摄检测目标，两者都会匹配研究人员事先输入本发明的图像，当图像相似度超过设定的阈值时，摄像头模块502就会上传到研究人员控制的上位机，便于研究人员打捞和研究目标本体，图像处理和运动控制是由两个处理器分开处理，运动控制和图像识别的准确性以及数据处理速度相对较高。

[0051] 控制装置11内部设有六轴传感器模块，六轴传感器模块能够感应到本发明当前的运动姿态，当激烈的水流冲击本发明并导致本发明当前的运动姿态发生改变时，控制装置11就会对运动装置发出指令，运动装置会使本发明迅速离开当前的位置，红外光点传感器模块501能够识别四周环境，实现自动避开障碍物的功能，极大提高了本发明运动时的机动灵活性。

[0052] 上位机13控制鱼群14，呈空间网状结构分布的鱼群14建立协同工作系统，鱼群14可分为若干个小组，小组内都有一个第一智能仿生鱼15和若干个第二智能仿生鱼16，上位机13只会与第一智能仿生鱼15相互通信，上位机13主要接收由第一智能仿生鱼15处理的数据以及对第一智能仿生鱼15发送工作指令，第二智能仿生鱼16也只会与第一智能仿生鱼15相互通信，第二智能仿生鱼16负责水下的检测和搜寻工作，以及对第一智能仿生鱼15发送水下收集的数据，第一智能仿生鱼15则是负责把汇集的数据整理并发送到上位机13，以及转发上位机13的工作指令，上位机13、第一智能仿生鱼15和第二智能仿生鱼16都有明确的工作，三者形成了细长的工作流水线，提高了鱼群14的工作效率和扩大了鱼群14的工作范围。

[0053] 当上位机13与第一智能仿生鱼15断开通信交流时，鱼群14的每个个体都会通过GPS模块搜寻附近的个体，个体会利用无线通信模块获取对方的IP地址，并且进行数据传输和数据备份，在上位机13重新连接通信之后，即使个体在失去上位机13控制期间丢失数据，上位机13也能从其他个体获取备份的数据，很好地保证数据的完整性。