CN105123637B - 一种水下吸取式捕捞装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下吸取式捕捞装置及其工作方法，它是由捕捞容器、捕捞机械手、抽水电机和吸取软管组成。在抽水电机作用下，吸取软管在抓捕手爪洞口中产生吸力，控制捕捞机械手手臂伸向目标，捕捞机械手抓捕或铲取到的捕捞对象被直接吸入到吸取管道并进入捕捞容器中，当海产品已进入捕捞容器的储存空间后，抽水电机停机，捕捞容器的储存空间和管道腔隔离，防止海产品逃出；捕捞作业完成后，打开捕捞容器箱体两侧的仓门，取出海产品捕捞物。本发明水下吸取式捕捞装置可通过对水下图像进行采集和显示确定捕捞目标位置；捕捞机械手有六个自由度，运转灵活，可远程遥控实现捕捞机械手的捕捞动作。

Description

一种水下吸取式捕捞装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及水下捕捞领域，具体地说是一种水下吸取式捕捞装置，可应用于水下吸附类海产品的捕捞作业。

背景技术

随着海产品养殖业的发展，捕捞成本越来越高。目前水下养殖的鲍鱼、海参、等吸附在礁石上的海洋生物捕捉困难，主要由人员潜到水下捕捉，强度大，效率低。机械化捕捞装置或系统将成为人类开发和利用海洋的重要工具。由于作业环境的特殊性，捕捞装置与陆地上的应用有很大区别，研制出耐腐蚀、结构紧凑、性能稳定的水下吸取式捕捞装置或系统已成为亟待解决的问题。。

发明内容

本发明的目的是为解决水下吸附类海产品的捕捞问题，设计一种水下吸取式捕捞装置，用以捕捉鲍鱼、海参、等吸附在礁石上的海洋生物，以及游动的鱼类等。

为达到上述目的，本发明采取的技术解决方案是：

一种水下吸取式捕捞装置，其特征在于，它是由捕捞容器、捕捞机械手、抽水电机和吸取软管组成；其中：

所述的捕捞容器是在密封的箱体内设有管道腔，管道腔底部设有开口，开口上设有转动挡板，管道腔设有摄像头，箱体两侧设有可手动闭合的仓门；所述的捕捞机械手固定在捕捞容器顶上；所述的吸取软管一端与管道腔接通，另一端设置在捕捞机械手上；所述的抽水电机设置在捕捞容器内部，为吸取管道提供抽力；

所述的捕捞机械手由基座及大臂、大臂俯仰关节、小臂、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、手掌旋转关节和抓捕手爪八部分连接组成，拥有基座旋转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕俯仰、手腕旋转和手部抓取六个自由度，抓捕手爪的外形为铲状，且设有与吸取软管连接的洞口；抓捕手爪上还设有摄像头；

所述的捕捞机械手基座由外壳、大臂旋转电机、传动盘等组成，大臂旋转电机固定在外壳底部圆盘上，大臂旋转电机轴通过联轴器连接上传动轴，传动轴穿过轴承与传动盘相连，基座上盘顶部放置4个万向球，支撑传动盘平稳转运；当大臂旋转电机转动时，带动大臂做旋转动作。为方便联轴器的安装，捕捞机械手基座外壳一侧有椭圆开口，以侧盖密封。

所述的捕捞机械手大臂，是一个大臂方筒；

所述的大臂俯仰关节，是在大臂方筒内下部安装有大臂俯仰电机，大臂筒壁下部横穿一横轴，大臂俯仰电机带动一对啮合锥齿轮，锥齿轮带动横轴转动，横轴两端固定在U型架上，U型架底部固定在大臂旋转关节的传动盘上，当大臂俯仰电机转动时，带动大臂做俯仰动作。

所述的捕捞机械手小臂，是一个小臂方筒；

所述的小臂俯仰关节，是在大臂内上部安装有小臂俯仰电机，大臂筒壁上部横穿一横轴，小臂俯仰电机带动一对啮合锥齿轮，锥齿轮带动横轴转动，横轴两端固定在小臂俯仰n型部件，小臂俯仰n型部件顶部固定在小臂底部，当小臂俯仰电机转动时，带动小臂做俯仰动作。

所述的手腕俯仰关节，是在小臂方筒上部安装有手腕俯仰电机，小臂方筒壁上部横穿有手腕俯仰横轴，手腕俯仰电机带动一对啮合锥齿轮，啮合锥齿轮的被动锥齿轮带动手腕俯仰横轴转动，手腕俯仰横轴上安装有手腕俯仰n型部件，手腕俯仰n型部件顶部固定手腕筒，当手腕俯仰电机转动时，带动手腕做俯仰动作。

所述的手掌旋转关节，是在手腕筒上部安装有抓捕手旋转电机和手掌筒，抓捕手旋转电机轴通过一个调心球轴承安装在手腕筒上，当抓捕手旋转电机转动时，带动抓捕手爪做旋转动作；

所述的抓捕手爪，包括手掌筒、手爪，手掌筒以万向球支撑在手腕筒上；手掌筒内安装有手爪闭合电机，在手掌筒顶部一侧安装有固定爪、另一侧安装有活动爪，手爪闭合电机带动一对减速齿轮转动，活动爪施力端安装在减速齿轮的被动减速齿轮轴上，当手爪闭合电机转动时，带动活动爪做抓捕动作；所述的固定爪上设有圆洞，捕捞机械手的吸取管道进口安装在圆洞上，捕捞手爪抓捕或铲下海产品后，直接吸入捕捞容器中。

所述的捕捞容器的优选具体构造是：包括一个密闭箱体，抽水电机位于箱体内部后侧；管道腔位于箱体内部上方位置，管道腔之外剩余空间为储存空间；储存空间和抽水电机之间设有隔离网；管道腔底部开口为朝斜下的倒梯形开口，转动挡板自由端有一浮漂，在浮漂作用下，转动挡板堵在倒梯形开口上，将储存空间和管道腔隔离；在转动挡板转轴一侧设有支柱，阻止转动挡板向倒梯形开口另一侧方向转动。

为了减小水下阻力，所述的活动爪为堆叠板状组合结构，

上述的大臂旋转电机、大臂俯仰电机、小臂俯仰电机、手腕俯仰电机、抓捕手旋转电机和手爪闭合电机均采用防水直流伺服电机。

工作时，将吸取式捕捞装置的容器箱体充满水，固定安装在捕捞地点的水下工作平台上，通过摄像头发现和识别出附近存在的海产品，操作捕捞机械手使捕捞手爪移动到目标位置，启动抽水电机工作，在抽水水流作用下，转动挡板顺时针转动，管道腔的倒梯形开口打开，储存空间和管道腔相通，使吸取软管在抓捕手爪洞口中产生吸力，控制捕捞机械手手臂伸向目标，捕捞机械手抓捕或铲取到的捕捞对象被直接吸入到吸取管道并进入捕捞容器中，由于隔离网的作用海产品不会排出，当管道腔的摄像头观察到海产品已进入储存空间后，抽水电机停机，转动挡板回到初始位置，隔离储存空间和管道腔，防止海产品逃出；捕捞作业完成后，手动打开容器箱体两侧的仓门，取出海产品捕捞物。

本申请的有益效果是：该水下吸取式捕捞装置可通过对水下图像进行采集和显示确定捕捞目标位置；捕捞机械手有六个自由度，运转灵活，可远程遥控实现捕捞机械手的捕捞动作；靠抽水吸取，其结构紧凑简单，生产效率高，制造成本低，易于推广，解决了人们潜入水底捕捞的困难。

附图说明

图1为水下吸取式捕捞装置的整体结构图。

图2a为捕捞机械手的结构主视图。

图2b为图2a的A-A剖视图。

图3为捕捞机械手基座结构图，主要示出了基座旋转关节部分。

图4为捕捞机械手大臂下端结构原理示意图，主要示出了大臂俯仰关节驱动部分。

图5为捕捞机械手大臂上端结构原理示意图，主要示出了小臂俯仰关节驱动部分。

图6为捕捞机械手小臂上端结构原理示意图，主要示出了手腕俯仰关节驱动部分。

图7为捕捞机械手捕捞手爪结构原理示意图，主要示出了手部旋转关节和手部闭合关节驱动部分。

图8为捕捞机械手捕捞手爪外形示意图。

附图标记：

101-吸取软管，102-捕捞容器，103-捕捞机械手，104-管道腔，105-浮漂，106-容器箱体，107-转动挡板，108-抽水电机，109-隔离网，110-摄像头；

201-机械手基座， 202-大臂俯仰关节， 203-大臂，204-小臂俯仰关节， 205-小臂，206-手腕俯仰关节，207-手掌旋转关节，208-抓捕手爪；

301-外壳底部圆盘， 302-大臂旋转电机，303-传动轴，304-轴承，305-轴承套，306-侧盖，307-万向球，308- U型架，309-传动盘，310-基座上盘，311-外壳；

401- 大臂俯仰横轴，402- 大臂啮合锥齿轮，403- 大臂方筒，404-大臂俯仰电机；

501-小臂俯仰电机，502-小臂俯仰横轴，503-小臂方筒，504-小臂啮合锥齿轮，505-小臂俯仰n型部件；

601-手腕俯仰电机，602-手腕俯仰横轴，603-手腕俯仰n型部件，604-手腕啮合锥齿轮；

701-抓捕手旋转电机，702-调心球轴承，703-抓捕手旋转电机轴，704-变速齿轮，705-活动爪，706-圆洞，707-固定爪，708-手爪闭合电机，709-手掌筒，710-万向球，711-手腕筒。

具体实施方式

如附图1所示，一水下吸取式捕捞装置，它是由捕捞容器102、捕捞机械手103、抽水电机108和吸取软管101组成；所述的捕捞容器102是在密封的容器箱体106内设有管道腔104，管道腔104底部设有开口，开口上设有转动挡板107，管道腔104设有摄像头110，容器箱体106两侧设有可手动闭合的仓门；所述的捕捞机械手103固定在捕捞容器102顶上；所述的吸取软管101一端与管道腔104接通，另一端设置在捕捞机械手103上；所述的抽水电机108设置在捕捞容器102内部，为吸取软管101提供抽力；

如图2a、2b所示，所述的捕捞机械手103由机械手基座201、大臂俯仰关节202、大臂203、小臂俯仰关节204、小臂205、手腕俯仰关节206、手掌旋转关节207和抓捕手爪208八部分连接组成，拥有大臂旋转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕俯仰、手腕旋转和手部抓取六个自由度，抓捕手爪208的外形为铲状，且设有与吸取软管101连接的洞口；抓捕手爪208上还设有摄像头（图上未画出）；

所述的捕捞容器的具体构造是：容器箱体106外壳是一个密闭壳体；抽水电机108位于容器箱体106内部后侧；管道腔104位于容器箱体106内部上方位置，管道腔104之外剩余空间为储存空间；储存空间和抽水电机108之间设有隔离网109；管道腔104底部开口为朝斜下的倒梯形开口，转动挡板107自由端有一浮漂105，在浮漂105作用下，转动挡板107堵在倒梯形开口上，将储存空间和管道腔隔离；在转动挡板107转轴一侧设有支柱，阻止转动挡板向倒梯形开口另一侧方向转动。

如图3所示，所述的捕捞机械手基座201由外壳底部圆盘301、基座上盘310、大臂旋转电机302和传动盘309等组成，大臂旋转电机302固定在外壳底部圆盘上301，大臂旋转电机轴通过联轴器连接上传动轴303，传动轴303穿过轴承304与传动盘309相连，基座上盘310顶部放置4个万向球307，支撑传动盘309平稳转运；当大臂旋转电机302转动时，带动大臂203做旋转动作。为方便联轴器的安装，基座外壳311一侧有椭圆开口，以侧盖306密封。

所述的捕捞机械手大臂203是一个大臂方筒403；

如图4所示，所述的大臂俯仰关节202，是在大臂方筒403内下部安装有大臂俯仰电机404，大臂筒壁下部横穿大臂俯仰横轴401，大臂俯仰电机404带动一对大臂啮合锥齿轮402，大臂啮合锥齿轮402带动横轴401转动，大臂俯仰横轴401两端固定在U型架308上，U型架308底部固定在传动盘309上，当大臂俯仰电机404转动时，带动大臂203做俯仰动作。

所述的捕捞机械手小臂205是一个小臂方筒；

如图5所示，所述的小臂俯仰关节204，是在大臂203内上部安装有小臂俯仰电机501，大臂203筒壁上部横穿小臂俯仰横轴502，小臂俯仰电机501带动一对啮合锥齿轮504，锥齿轮504带动小臂俯仰横轴502转动，小臂俯仰横轴502两端固定在小臂俯仰n型部件505上，小臂俯仰n型部件505顶部固定在小臂205底部，当小臂俯仰电机501转动时，带动小臂205做俯仰动作。

如图6所示，所述的手腕俯仰关节206，是在小臂205方筒上部安装有手腕俯仰电机601，小臂205方筒壁上部横穿有手腕俯仰横轴602，手腕俯仰电机601带动一对手腕啮合锥齿轮604，手腕啮合锥齿轮604的被动锥齿轮带动手腕俯仰横轴602转动，手腕俯仰横轴602上安装有手腕俯仰n型部件603，手腕俯仰n型部件603顶部固定手腕筒711，当手腕俯仰电机601转动时，带动手腕做俯仰动作。

如图7、图8所示，所述的手掌旋转关节，是在手腕筒711上部安装有抓捕手旋转电机701和手掌筒709，抓捕手旋转电机轴703通过一个调心球轴承702安装在手腕筒711上，当抓捕手旋转电机701转动时，带动抓捕手爪208做旋转动作；

如图7，图8所示，所述的抓捕手爪，包括手掌筒709、活动爪705和固定爪707，手掌筒709以万向球710支撑在手腕筒711上；手掌筒709内安装有手爪闭合电机708，在手掌筒709顶部一侧安装有固定爪707、另一侧安装有活动爪705，手爪闭合电机708带动一对变速齿轮704转动，活动爪705施力端安装在变速齿轮704的被动变速齿轮轴上，当手爪闭合电机708转动时，带动活动爪705做抓捕动作；所述的固定爪707上设有圆洞706，捕捞机械手的吸取管道101进口安装在圆洞706上，捕捞手爪抓捕或铲下海产品后，直接吸入捕捞容器102中。

从图8看出，所述的活动爪705上设有圆洞706，捕捞机械手的吸取软管101进口安装在圆洞706上，抓捕手爪抓捕或铲下海产品后，直接吸入捕捞容器102中。为了减小水下阻力，所述的活动爪705为堆叠板状组合结构。

为了保证转动挡板107关闭管道腔104的倒梯形开口来防止海产品逃出，转动挡板107上设有浮漂105，浮漂105的浮力要保证在失去抽水吸力时转动挡板107自动隔断储存空间和管道腔104。

上述的大臂旋转电机302、大臂俯仰电机404、小臂俯仰电机501、手腕俯仰电机601、抓捕手旋转电机701和手爪闭合电机708均采用防水直流伺服电机。

抽水电机108工作时，由于捕捞容器箱体106整体密封，在抽水水流作用下，转动挡板107使管道腔104的倒梯形开口打开，从而通过吸取软管101在抓捕手爪洞口706中产生吸力，捕捞机械手抓捕或铲取到的捕捞对象直接吸入到捕捞容器102中，由于隔离网109的作用海产品不会排出，通过管道腔104的摄像头110判断吸取成功后，停止抽水电机108，转动挡板107隔断储存空间和管道腔104，防止捕捞对象逃出。

Claims (5)

1.一种水下吸取式捕捞装置，其特征在于，它是由捕捞容器、捕捞机械手、抽水电机和吸取软管组成；其中：

（一）所述的捕捞容器结构是，在密封的箱体内设有管道腔，管道腔底部设有开口，开口上设有转动挡板，管道腔设有摄像头，箱体两侧设有可手动闭合的仓门；所述的捕捞机械手固定在捕捞容器顶上；所述的吸取软管一端与管道腔接通，另一端设置在捕捞机械手上；所述的抽水电机设置在捕捞容器内部，为吸取管道提供抽力；

（二）所述的捕捞机械手由基座及大臂、大臂俯仰关节、小臂、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、手掌旋转关节和抓捕手爪八部分连接组成，拥有基座旋转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕俯仰、手腕旋转和手部抓取六个自由度，抓捕手爪的外形为铲状，且设有与吸取软管连接的洞口；抓捕手爪上还设有摄像头；

所述的捕捞机械手基座由外壳、大臂旋转电机和传动盘组成，大臂旋转电机固定在外壳底部圆盘上，大臂旋转电机轴通过联轴器连接上传动轴，传动轴穿过轴承与传动盘相连，基座上盘顶部放置四个万向球，支撑传动盘平稳转运；当大臂旋转电机转动时，带动大臂做旋转动作；

所述的捕捞机械手大臂，是一个大臂方筒；

所述的大臂俯仰关节结构是，在大臂方筒内下部安装有大臂俯仰电机，大臂筒壁下部横穿一横轴，大臂俯仰电机带动一对啮合锥齿轮，锥齿轮带动横轴转动，横轴两端固定在U型架上，U型架底部固定在捕捞机械手基座的传动盘上，当大臂俯仰电机转动时，带动大臂做俯仰动作；

所述的捕捞机械手小臂，是一个小臂方筒；

所述的小臂俯仰关节结构是，在大臂内上部安装有小臂俯仰电机，大臂筒壁上部横穿一横轴，小臂俯仰电机带动一对啮合锥齿轮，锥齿轮带动横轴转动，横轴两端固定在小臂俯仰n型部件，小臂俯仰n型部件顶部固定在小臂底部，当小臂俯仰电机转动时，带动小臂做俯仰动作；

所述的手腕俯仰关节结构是，在小臂方筒上部安装有手腕俯仰电机，小臂方筒壁上部横穿有手腕俯仰横轴，手腕俯仰电机带动一对啮合锥齿轮，啮合锥齿轮的被动锥齿轮带动手腕俯仰横轴转动，手腕俯仰横轴上安装有手腕俯仰n型部件，手腕俯仰n型部件顶部固定手腕筒，当手腕俯仰电机转动时，带动手腕做俯仰动作；

所述的手掌旋转关节结构是，在手腕筒上部安装有抓捕手旋转电机和手掌筒，抓捕手旋转电机轴通过一个调心球轴承安装在手腕筒上，当抓捕手旋转电机转动时，带动抓捕手爪做旋转动作；

所述的抓捕手爪，包括手掌筒、手爪，手掌筒以万向球支撑在手腕筒上；手掌筒内安装有手爪闭合电机，在手掌筒顶部一侧安装有固定爪、另一侧安装有活动爪，手爪闭合电机带动一对减速齿轮转动，活动爪施力端安装在减速齿轮的被动减速齿轮轴上，当手爪闭合电机转动时，带动活动爪做抓捕动作；所述的固定爪上设有圆洞，捕捞机械手的吸取管道进口安装在圆洞上，抓捕手爪抓捕或铲下海产品后，直接吸入捕捞容器中；

上述的大臂旋转电机、大臂俯仰电机、小臂俯仰电机、手腕俯仰电机、抓捕手旋转电机和手爪闭合电机均采用防水直流伺服电机。

2.如权利要求1所述的水下吸取式捕捞装置，其特征在于，所述的捕捞容器具体构造是：包括一个密闭箱体，抽水电机位于箱体内部后侧；管道腔位于箱体内部上方位置，管道腔之外剩余空间为储存空间；储存空间和抽水电机之间设有隔离网；管道腔底部开口为朝斜下的倒梯形开口，转动挡板自由端有一浮漂，在浮漂作用下，转动挡板堵在倒梯形开口上，将储存空间和管道腔隔离；在转动挡板转轴一侧设有支柱，阻止转动挡板向倒梯形开口另一侧方向转动。

3.如权利要求1所述的水下吸取式捕捞装置，其特征在于，捕捞机械手基座外壳一侧有椭圆开口，以侧盖密封。

4.如权利要求1所述的水下吸取式捕捞装置，其特征在于，所述的活动爪为堆叠板状组合结构。

5.一种如权利要求1-4任一所述的水下吸取式捕捞装置的工作方法，其特征在于，工作时，将吸取式捕捞装置的容器箱体充满水，固定安装在捕捞地点的水下工作平台上，通过摄像头发现和识别出附近存在的海产品，操作捕捞机械手使捕捞手爪移动到目标位置，启动抽水电机工作，在抽水水流作用下，转动挡板顺时针转动，管道腔的倒梯形开口打开，储存空间和管道腔相通，使吸取软管在抓捕手爪洞口中产生吸力，控制捕捞机械手手臂伸向目标，捕捞机械手抓捕或铲取到的捕捞对象被直接吸入到吸取管道并进入捕捞容器中，由于隔离网的作用海产品不会排出，当管道腔的摄像头观察到海产品已进入储存空间后，抽水电机停机，转动挡板回到初始位置，隔离储存空间和管道腔，防止海产品逃出；捕捞作业完成后，手动打开容器箱体两侧的仓门，取出海产品捕捞物。