CN104381229B - 海珍品采捕机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水下机器人，特别涉及一种能潜到水下采捕海珍品的机器人。一种海珍品采捕机器人包括收集容器、刚性框架、浮筒、驱动装置、水下摄像装置、探照光源、抽吸装置、下沉推进装置、上浮气囊、PLC控制密封箱和操作控制台，同时设有防碾压挡板，可有效防止机器人行走过程中对海珍品的碾压；采用磁力传动，实现了水下电机的密封和四轮驱动，增大推进力与操纵性；下沉推进装置可使机器人在海底表面作业，调节推力实现了跨越障碍物的功能；上浮气囊可实现采捕后机器人的快速上浮。本发明结构简单，设计巧妙，布置合理，可实现海底行走采捕，有效减轻水流对机器人海底定位的影响，利于采捕，特别适合于在本领域中推广应用，其市场前景十分广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下机器人，特别涉及一种能潜到水下采捕海珍品的机器人。
背景技术
随着近海养殖业的发展，特别是海底增殖的发展，海珍品采捕量日益巨大，目前针对近海养殖的海珍品采捕主要以潜水员下潜采捕的方式，该采捕方式对潜水员身体危害极大，且危险性很高，长期潜水作业致使很多潜水员身体会出现各种职业疾病，其中较为严重的就是水压病，患者皮肤大面积溃烂，痛苦难耐，因此潜水员的职业年龄较短，达到年龄界限即不能从事潜水作业；而且潜水员水下采捕效率较低，为满足不断增大的养殖规模需求，需要增加潜水员用工数量，面临人员短缺的问题，养殖企业投入大量的人力及经济成本，面对这些问题，现在业内渴望能有一种水下机器人代替潜水员进行水下采捕作业。
发明内容
本发明是为了改变全部依靠人工的采捕方式，提出一种结构简单，设计巧妙，可节省大量人力，降低劳动强度及成本的海珍品采捕机器人。该机器人可在海底状况较好的环境下替代潜水员进行水下采捕作业。
本发明的技术解决方案是：海珍品采捕机器人，其特征在于：所述的海珍品采捕机器人包括收集容器1、刚性框架2、浮筒3、驱动装置4、水下摄像装置5、探照光源6、抽吸装置7、下沉推进装置8、上浮气囊9、PLC控制密封箱11（可编程逻辑控制器简称PLC）和操作控制台12。其中收集容器1由刚性框架2限位固定，收集容器1的顶部与底部分别设有容器盖13，方便取出海珍品及卸放杂物等；浮筒3固定于刚性框架2上部的两侧，为海珍品采捕机器人提供浮力；刚性框架2前后端安装有驱动装置4，实现机器人在水下的自由行走；水下摄像装置5与探照光源6安装在刚性框架2顶部前端；抽吸装置7连通于收集容器1，下沉推进装置8由4个螺旋桨组成，设置于刚性框架2顶部的四周，辅助海珍品采捕机器人下沉，保证机器人的稳定性，实现在海底的有效作业，同时控制下沉推进装置8，可实现海珍品采捕机器人小范围上浮避开礁石等障碍物；收集容器1的两侧设有上浮气囊9，上浮气囊9固定于刚性框架2上；PLC控制密封箱11安装于刚性框架2顶部，PLC控制密封箱11内密封有PLC控制板，PLC控制密封箱11连接驱动装置4、水下摄像装置5、探照光源6、抽吸装置7和下沉推进装置8，同时PLC控制密封箱11连接外部动力源；操作控制台12通过电缆连接PLC控制密封箱11内的PLC控制板。
所述的抽吸装置7由螺旋桨25与抽吸管26组成，螺旋桨25安装在收集容器1后部，抽吸管26安装在收集容器1前部，均与收集容器1相连通，螺旋桨25为抽吸管26提供吸力，使抽吸管26能够将海珍品吸入收集容器1内。
所述的上浮气囊9通过气管连接岸上的空气压缩机，当海珍品采捕机器人作业完毕后，上浮气囊9的辅助其快速上浮。
所述的驱动装置4包括圆筒14、电机15、电机固定盘16、磁力传动盘17、密封盘18、密封环19、密封胶垫20和齿形皮带轮21，其中圆筒14两端连接齿形皮带轮21，电机15由电机固定盘16固定在圆筒14内，每个圆筒14中放置两台电机15，每台电机15上安装一个磁力传动盘17，通过密封盘18、密封环19及密封胶垫20将磁力传动盘17密封于圆筒14内；齿形皮带轮21安装于密封盘18中心处的轴上，同时齿形皮带轮（21）上也安装有磁力传动盘（17），与圆筒（14）内的磁力传动盘（17）同轴对应设置，当电机15通电运转后，带动浮筒14内的磁力传动盘17旋转，通过磁力传动进而带动圆筒14外侧齿形皮带轮21上的磁力传动盘17旋转，从而驱动齿形皮带轮21水下转向与行进，通过磁传动实现四轮独立控制。
所述的磁力传动盘17由PVC圆盘22、磁钢23和推力轴承24组成，PVC圆盘22上均匀分布圆形磁钢23，推力轴承24固定于PVC圆盘22中央处，推力轴承24与PVC圆盘22共轴线，推力轴承24与磁钢23都在PVC圆盘22的同一侧，推力轴承24避免磁力传动盘17与密封盘18之间摩擦。
所述的操作控制台12由暗箱27、显示屏28、与控制手柄29等组成，实现水下监控及操作。
所述刚性框架2底部固定设置防碾压挡板10，且置于驱动装置4两侧，有效防止海珍品采捕机器人在海底行进过程中驱动装置4碾压海珍品。
本发明的有益效果是：本发明的海珍品采捕机器人，采用磁力传动，实现力和转矩无接触传递，无机械连接的偶合，保证传动过程的静密封状态，彻底做到零泄漏，避免振动或突变的传动，实现四轮驱动的平稳运作，同时增大推进力与操纵性，浮筒和轮子配合实现海底行走及水中漂浮，有利于水下采捕操作；利用螺旋桨提供抽吸力实现海珍品的采捕，避免损伤；防碾压挡板有效防止机器人行走过程中对海珍品的碾压；下沉推进装置可使机器人在海底表面作业，调节推力实现了跨越障碍物的功能；上浮气囊可实现采捕后机器人的快速上浮。本发明结构简单，设计巧妙，布置合理，可实现海底行走采捕，有效减轻水流对机器人海底定位的影响，利于采捕，因此可以说它具备了多种优点，特别适合于在本领域中推广应用，其市场前景十分广阔。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明后视图；
图3是本发明收集容器与框架的结构示意图；
图4是本发明驱动装置的结构示意图；
图5是本发明驱动装置中齿形皮带轮结构示意图；
图6是本发明驱动装置中磁力传动盘结构示意图；
图7是本发明防碾压装置的结构示意图；
图8是本发明操作控制台的结构示意图；
图中：1、收集容器，2、刚性框架，3、浮筒，4、驱动装置，5、水下摄像装置，6、探照光源，7、抽吸装置，8、下沉推进装置，9、上浮气囊，10、防碾压挡板，11、PLC控制密封箱，12、操作控制台，13、容器盖，14、圆筒，15、电机，16、电机固定盘，17、磁力传动盘，18密封盘、19、密封环，20、密封胶垫，21、齿形皮带轮，22、PVC圆盘，23、磁钢，24、推力轴承，25、螺旋桨，26、抽吸管，27、暗箱，28、显示屏，29、控制手柄。
具体实施方式
下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。
实施例1
如图1、图2和图3所示，海珍品采捕机器人，包括收集容器1、刚性框架2、浮筒3、驱动装置4、水下摄像装置5、探照光源6、抽吸装置7、下沉推进装置8、上浮气囊9、防碾压挡板10、PLC控制密封箱11和操作控制台12。其中收集容器1由刚性框架2限位固定，收集容器1顶部与底部设有容器盖13，可自由拆卸，便于海珍品的取卸与淤泥杂物等卸放；浮筒3固定于刚性框架2上部的两侧，为海珍品采捕机器人提供浮力；刚性框架2前后端安装有驱动装置4，实现机器人在水下的自由行走；两个水下摄像装置5与探照光源6安装在刚性框架2顶部前端，可有效实现视频监控与提供光照；抽吸装置7由螺旋桨25与抽吸管26组成，螺旋桨25安装在收集容器1后部，抽吸管26安装在收集容器1前部，均与收集容器1相连通，螺旋桨25为抽吸管26提供吸力，使抽吸管26能够将海珍品吸入收集容器1内；两个水下摄像装置5分别对应抽吸管26与远前方；下沉推进装置8由4个螺旋桨组成，安装于刚性框架2顶部的四角上，辅助海珍品采捕机器人下沉，保证机器人的稳定性，实现在海底的有效作业，同时控制下沉推进装置8，可实现海珍品采捕机器人小范围上浮避开礁石等障碍物；收集容器1两侧设有上浮气囊9，上浮气囊9固定于的刚性框架2，当海珍品采捕机器人作业完毕后，上浮气囊9的辅助其快速上浮，其气源由岸上空气压缩机通过气管供给；如图7所示，防碾压挡板10设置于刚性框架2底部且置于驱动装置4两侧，有效防止海珍品采捕机器人在海底行进过程中驱动装置4碾压海珍品；PLC控制密封箱11安装于刚性框架2顶部，PLC控制密封箱11内密封有PLC控制板，PLC控制密封箱11连接驱动装置4、水下摄像装置5、探照光源6、抽吸装置7和下沉推进装置8，同时PLC控制密封箱11连接外部动力源；如图8所示，操作控制台12在岸上，通过电缆连接PLC控制密封箱11内的PLC控制板。
如图4和图5所示，所述的驱动装置4包括圆筒14、电机15、电机固定盘16、磁力传动盘17、密封盘18、密封环19、密封胶垫20和齿形皮带轮21，其中圆筒14两端连接齿形皮带轮21，电机15由电机固定盘16固定在圆筒14内，每个圆筒14中放置2台电机15，每台电机15上安装一个磁力传动盘17，由密封盘18、密封环19及密封胶垫20进行圆筒14的密封。齿形皮带轮21安装于密封盘18中心处的轴上，同时齿形皮带轮21上也安装有磁力传动盘17（该磁力盘与浮筒内磁力盘结构一致，但位于浮筒14外侧固定于齿形皮带轮21上），当电机15通电运转后，带动浮筒内的磁力传动盘17旋转，通过磁力传动进而带动原筒14外侧的磁力传动盘17旋转，从而驱动齿形皮带轮21水下转向与行进，通过磁传动实现四轮独立控制。
如图6所示，所述的磁力传动盘17由PVC圆盘22、磁钢23和推力轴承24组成，PVC圆盘22上均匀分布圆形磁钢23，推力轴承24固定于PVC圆盘22中央上，推力轴承24与PVC圆盘22共轴线，推力轴承24与磁钢23都在PVC圆盘22的同一侧，推力轴承24避免磁力传动盘17与密封盘18之间摩擦。
如图8所示，所述的操作控制台12由暗箱27(使显示屏在强光下也能较清晰的呈像，利于观察)、显示屏28、与控制手柄29等组成，暗箱27使显示屏在强光下也能较清晰的呈像，利于观察，实现水下监控及操作。
水下采捕工作过程如下：将采捕机器人放入海中靠重力下沉，通过操作控制台12上的显示屏28观测，当观测到采捕机器人无法沉至底部时，通过控制手柄29操纵下沉推进装置8，使采捕机器人下沉至海底，采捕机器人下沉至海底后，通过控制手柄29操纵驱动装置4水下行进，使抽吸管26位于海珍品上部，起动抽吸螺旋桨25，使海珍品吸入收集容器1中，电机15、下沉推进装置8和螺旋桨25等通过PLC控制板控制，可实现电机15的正反转与变速调节、实现抽吸螺旋桨25的起动与停止、实现下沉推进装置8的变速控制，功能实现由控制手柄29操作，控制动力源由岸上电源供给；当前方有礁石时可通过控制驱动装置4进行变向或降低下沉推进装置8的螺旋桨转速，使机器人上浮一段高度后利用抽吸螺旋桨实现小范围移动；在行进过程中可通过控制手柄29实现近距离与远距离视频图像的切换，便于海珍品的监控与采捕，待海珍品吸入收集容器1装满后，关闭下沉螺旋桨8，由外部空气压缩机向上浮气囊9中充气，辅助机器人上浮。
通过在水深约5米、底质较平坦海域进行的性能测试与定点捕捞海参试验，海参品采捕机器人实现了水下行走、转向、升浮与采捕作业，且捕捞效果良好，平均1小时可捕捞海参10只。可有效替代潜水员下潜采捕作业。
Claims (5)
1.海珍品采捕机器人，其特征在于，所述的海珍品采捕机器人包括收集容器（1）、刚性框架（2）、浮筒（3）、驱动装置（4）、水下摄像装置（5）、探照光源（6）、抽吸装置（7）、下沉推进装置（8）、上浮气囊（9）、PLC控制密封箱（11）和操作控制台（12）；其中收集容器（1）由刚性框架（2）限位固定，收集容器（1）的顶部与底部分别设有容器盖（13），浮筒（3）固定于刚性框架（2）上部的两侧，刚性框架（2）前后端安装有驱动装置（4），刚性框架（2）底部固定设置防碾压挡板（10），且置于驱动装置（4）两侧；水下摄像装置（5）与探照光源（6）安装在刚性框架（2）顶部前端，抽吸装置（7）连通于收集容器（1），下沉推进装置（8）由4个螺旋桨组成，设置于刚性框架（2）顶部的四周，收集容器（1）的两侧设有上浮气囊（9），上浮气囊（9）固定于刚性框架（2）上；PLC控制密封箱（11）安装于刚性框架（2）顶部，PLC控制密封箱（11）内密封有PLC控制板，驱动装置（4）、水下摄像装置（5）、探照光源（6）、抽吸装置（7）和下沉推进装置（8）与PLC控制密封箱（11）连接，同时PLC控制密封箱（11）连接外部动力源，操作控制台（12）通过电缆连接PLC控制密封箱（11）内的PLC控制板；所述的驱动装置（4）包括圆筒（14）、电机（15）、电机固定盘（16）、磁力传动盘（17）、密封盘（18）、密封环（19）、密封胶垫（20）和齿形皮带轮（21），其中圆筒（14）两端连接齿形皮带轮（21），电机（15）由电机固定盘（16）固定在圆筒（14）内，每个圆筒（14）中放置两台电机（15），每台电机（15）上安装一个磁力传动盘（17），通过密封盘（18）、密封环（19）及密封胶垫（20）将磁力传动盘（17）密封于圆筒（14）内，齿形皮带轮（21）安装于密封盘（18）中心处的轴上，同时齿形皮带轮（21）上也安装有磁力传动盘（17），与圆筒（14）内的磁力传动盘（17）同轴对应设置。
2.根据权利要求1所述的海珍品采捕机器人，其特征在于，所述的抽吸装置（7）由螺旋桨（25）与抽吸管（26）组成，螺旋桨（25）安装在收集容器（1）后部，抽吸管（26）安装在收集容器（1）前部，均与收集容器（1）相连通，螺旋桨（25）为抽吸管（26）提供吸力，使抽吸管（26）能够将海珍品吸入收集容器（1）内。
3.根据权利要求1所述的海珍品采捕机器人，其特征在于，所述的上浮气囊（9）通过气管连接岸上的空气压缩机，当海珍品采捕机器人作业完毕后，上浮气囊（9）辅助其快速上浮。
4.根据权利要求1所述的海珍品采捕机器人，其特征在于，所述的磁力传动盘（17）由PVC圆盘（22）、磁钢（23）和推力轴承（24）组成，PVC圆盘（22）上均匀分布圆形磁钢（23），推力轴承（24）固定于PVC圆盘（22）中央处，推力轴承（24）与PVC圆盘（22）共轴线，推力轴承（24）与磁钢（23）都在PVC圆盘（22）的同一侧。
5.根据权利要求1所述的海珍品采捕机器人，其特征在于，所述的操作控制台（12）包括暗箱（27）、显示屏（28）和控制手柄（29）。
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