智能机器人鱼的设计

该项目的主要目的是设计一种智能鱼类机器人，通过检测水中的有害污染物以及检测水下管道的泄漏，可以有效对抗水污染。

今天我们向您介绍一种能够游泳并识别鱼缸边缘和障碍物的机器鱼。我们将了解如何使用普通的绝缘材料和一些由 Arduino 控制的伺服电机轻松创建它。

机械部分

对于鱼体，我们使用普通的聚苯乙烯作为墙壁的绝缘材料。价格低廉，非常坚固且重量轻：它易于漂浮且易于成型。大量。

为了使鱼的游泳更加逼真，我们需要在躯干和尾鳍之间建立三个关节。作为执行器，我们选择了常见的建模伺服系统：体积小，功能强大，易于微控制器控制。
舵机是理想的选择，因为有了它们，您可以管理连接鱼所有部分的小轴的运动，随意改变位置，甚至几度。
鱼体分为中央部分和三个部分，每个部分由伺服器移动。尾鳍由从超市商品包装中回收的塑料制成。

鳍片的灵活性使您可以为运动赋予更多真实感。为了获得谐波运动，每个零件都通过舵机连接到下一个零件：伺服机的主体应粘在体段上，而伺服臂（连接到轴）应粘在下一个体段上。

显然，Robofish 需要一个系统来检测障碍物，例如水箱边缘。为了实现这一点，我们使用了两个具有数字输出的夏普GP2Y0D805PCB红外传感器。这些组件可以检测最远 5 厘米的物体，并且非常易于管理。一旦装在塑料袋中，即可在水中操作。

将传感器放在前面，倾斜 45°，一个在左边，一个在右边。然后为控制、电池和传感器腾出空间。
鱼的轮廓由您选择。不要太担心重量，因为在我们的原型中，我们增加了 460 克的重量，以确保正确的浮动水平。

电气连接

作为控制，我们选择了 Seeedstudio 生产的兼容 Arduino 的板，但任何 Arduino 板都可以。四节简单的 AA 电池将提供与伺服馈电兼容的电压，而 Arduino 板则通过其内部 5 伏稳压器获得张力。
由于很难使用传统的开关（因为所有东西都被塑料覆盖，所以无法处理它），因此我们使用了一个小的磁接触，例如用于检测窗户打开的磁接触。它由一个由小磁铁激活的簧片触点组成。将触点放在机器人的外边缘，这样通过接近磁铁，您就可以激活电路。这解释了视频中看到的机器人头上的小凸起。
当然，机器鱼会一直工作，直到磁铁在他的头上。聪明又便宜。

固件

// ROBOFISH 
// di Segatello Mirco
#include <Servo.h>
Servo Servo1, Servo2, Servo3; // create servo object to control a servo

int i, time, obstacle;
int pos1, pos2, pos3; 
int pos1R, pos2R, pos3R; 
int phase=45;
int velocity=2000; 
int maxDeflexion=20; 
int maxDefobs=20; 
int actualTime;
float shift;
const int center1=98; 
const int center2=90;
const int center3=105;
const int sens_SX=5; 
const int sens_DX=6; 
const int lostTime=3000;

void setup()
{
Servo1.attach(4); 
Servo2.attach(3); 
Servo3.attach(2); 
pinMode(sens_SX, INPUT);
pinMode(sens_DX, INPUT);
pinMode(13, OUTPUT);
time=velocity/360;
shift=0;

}

void loop()
{
for (i=0; i<360; i++) {

pos1 = i+2*phase;
pos2 = i+phase;
pos3 = i;

if (pos1>359) pos1-=360;
if (pos2>359) pos2-=360;
if (pos3>359) pos3-=360;

if (pos1>179) pos1=360-pos1; 
if (pos2>179) pos2=360-pos2;
if (pos3>179) pos3=360-pos3; 

pos1R=map(pos1,0,180,center1-maxDeflexion-obstacle,center1+maxDeflexion-obstacle);
pos2R=map(pos2,0,180,center2-maxDeflexion-obstacle,center2+maxDeflexion-obstacle);
pos3R=map(pos3,0,180,center3-maxDeflexion-obstacle,center3+maxDeflexion-obstacle);

Servo1.write(pos1R); 
Servo2.write(pos2R); 
Servo3.write(pos3R); 
delay(time);

obstacle=int(shift);

if (digitalRead(sens_DX)==0) { 
if (obstacle<maxDefobs) shift=shift+0.05; 
actualTime=millis();
}
if (digitalRead(sens_SX)==0) { 
if (obstacle > (-maxDefobs)) shift=shift-0.05;
actualTime=millis();
}

if (digitalRead(sens_SX)==1 && digitalRead(sens_SX)==1 && obstacle!=0)
if (millis()>actualTime+lostTime) {
if (shift>0) shift=shift-0.05;
if (shift<0) shift=shift+0.05;
}
}
}

使用Arduino更容易，因为布线既简单又直接，草图的实现也非常简单。
伺服运动是重复的，并遵循精确的方案。我们提供了个性化几个变量的功能，以便您可以测试不同类型的游泳。游泳是通过同步移动三个舵机来进行的，根据类似于字母 s 的模式：每个部分相对于前一个部分略有异相变化。
对于伺服运动，我们使用了 servo.h 库，该库已在 Arduino IDE 上可用。您只需使用舵机声明舵机和多点触控对应的输出即可。连接（引脚）。servo.detach（） 方法允许释放舵机的输出，最终将其用作 PWM 输出。管理舵机运动的命令有两个。
第一个是 ServoWriteMicroseconds，它允许您通过指定以微秒为单位的长度来设置伺服命令的位置。在这种情况下，该值应介于 1,000 和 2,000 μs 之间。1500 的中点对应于轴线的中立位置。第二个语句 Write 允许通过指定角度（以度为单位）进行定位：角度的值必须在 0 到 180° 之间，90° 中间值对应于舵机的中立位置。

两个sens_SX和sens_DX命名的传感器分别连接到引脚 5 和 6 上。在主循环中，它们是一个 for 循环，在由变量速度定义的总时间内，以固定的间隔从 0 循环到 360 递增 i 变量。
i 变量的值与相位变量的值一起决定了伺服电机的位置。该值是指一个完整的 360° 环路，然后必须进行偏移，同时牢记舵机的中立位置、潜在位移和您希望赋予运动的最大偏转。
后者由变量 maxDeflexion（十进制度）定义，并定义每个行程的最大偏转：该值越高，鱼的三个树干的运动就越宽。

当相位设置为 0 邮件时，所有舵机都将移动;增加该值会在伺服位置之间引入相移。结果，您将得到一个类似于字母 S 的运动，越明显，相位值越大。

当检测到障碍物时，舵机的中立位置在障碍物的另一侧逐渐移动。这样，鱼将描述远离障碍物的圆弧。
弧度可以通过 maxDefobs 变量进行控制：该值越高，游泳线曲率就越大。当不再检测到障碍物时（使用 lostTime 控制时间），伺服运动恢复正常。每个伺服 PIN 的范围介于 -maxDeflexion 和 + maxDeflexion 之间，而如果检测到障碍物，则介于 -maxDeflexion + maxDefobs 和 maxDeflexion + maxDefobs 的值之间。

测试：

在将机器人测试到水中之前，您必须仔细检查每个机械和电气连接。打开鱼并控制运动，并确保两个传感器都向Arduino提供信号。使用万用表测量其输出端的电压：在没有障碍物的情况下，信号应为高电平。检查电压供应不是一个坏主意：确保至少为 5.5 V。

在这一点上，我们准备对机器人进行防水：有很多解决方案，我们用塑料袋介绍了机器人（在里面呼吸，看看它是否有孔，并用胶带密封）。使用橡皮筋将袋子靠近机器人的身体，并确保舵机可以自由移动。
游泳将在地表水中进行：您可能需要用足够的赖特来压住机器人的重量，以使其保持在正确的高度。如上所述，在我们的原型中，我们添加了 460 克。一旦机器人以正确的方式漂浮，你就可以通过放置小磁铁来打开它，让他在数字自由中蜿蜒游泳。