CN107052002A - 一种新型深海网箱清洗机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海洋网箱养殖辅助装置，具体地，涉及一种新型深海网箱清洗机器人。包括机架、与机架连接的高压清洗装置、设于机架上的潜浮及姿态控制装置、固定于机架上的水下摄像装置和水下照明装置、固定连接于机架上的螺旋推进器。本发明提供的一种新型深海网箱清洗机器人，以歧管式喷盘喷射的高压旋转水射流作为清洗动力源，高压水射流循环喷射在网衣附着物的各点上，清洗效果明显；利用双浮筒可以自由调整水下潜浮姿态，改变运行方向，保证可以满足网箱的各个角落的清洗，清洗网衣附着物的效率高、清洁度高。
Description
技术领域
本发明涉及海洋网箱养殖辅助装置，具体地，涉及一种新型深海网箱清洗机器人。
背景技术
近年来水产养殖业快速发展，网箱长期浸泡在海水中，易受海洋污损生物的侵害，然而网箱养殖海域海水里的浮游生物较多，特别是温暖夏季，网箱的网衣更容易滋生附着物，导致网孔附着大量藻类、贝类附着物，阻碍网箱水体交换，导致网箱内水体溶氧量和水质下降，进而造成养殖鱼类质量降低。国外大部分网衣清洗机主要以高压水清洗为主。国内由于较晚引进大型深海网箱，对网衣清洗配套设备没有过系统的研究，但随着中国深海网箱广泛应用，网衣附着物清洗在深海域养殖过程中成为一个亟待解决的问题。目前，国内网衣清洗方式包括有定期换网法、人工清洗法、上提下沉法、生物清除法和机械清洗法等，存在清洗周期长、清洁度低、清洗成本高、效率低等缺点。深海网箱清洗机器人利用高压旋转水射流对网衣附着物进行冲洗。高压喷头由于旋转作用，高压水射流循环喷射在网衣附着物的各点上，在足够大的交变应力下，网衣附作物逐渐扩展，至断裂脱漏完成清洗任务，清洗效果明显，效率提高。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种新型深海网箱清洗机器人，清洗网衣附着物的效率高、清洁度高。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种新型深海网箱清洗机器人，包括机架、与机架连接的高压清洗装置、设于机架上的潜浮及姿态控制装置、固定于机架上的水下摄像装置和水下照明装置、固定连接于机架上的螺旋推进器。
优选地，所述水下照明装置包括角度调节装置和水下照明灯，所述角度调节装置设于水下照明灯下方。水下照明装置用于对所述水下摄像装置的工作照明，角度调节装置可实现照明角度调节。
进一步地，所述的高压清洗装置包括设于机架下方的歧管式喷盘、设于歧管式喷盘上方的高压胶管和高压分流装置。高压喷头由于旋转作用，高压水射流循环喷射在网衣附着物的各点上，在足够大的交变应力下，网衣附作物逐渐扩展，至断裂脱漏完成清洗任务，清洗效果明显，效率提高。
上述方案中，通过工作母船将高压水经高压胶管导流至设备底部喷盘，喷盘通过自身结构喷射出高压旋转水射流冲洗网衣。根据监控系统经电缆传输的水下清洗状况及时调整潜浮及姿态控制装置和螺旋推进装置，从而改变机器人清洗轨迹和清洗姿态，以达到最佳清洗效果。清洗工作完成后，通过工作母船上小型起重机将该机器人回收。
进一步地，所述潜浮及姿态控制装置包括与机架固定连接设于机架两侧的双浮筒、固定连接于机架的背向螺旋推进器。利用浮筒可以调整水下潜浮姿态，利用螺旋推进器实现清洗装置的直行、转弯等运动。
进一步地，所述浮筒包括滤网、浮筒外壳、压缩装置、驱动装置以及传动装置；所述滤网通过活页固定在所述浮筒外壳上；所述浮筒上方设有压力传感器和单向气嘴；所述浮筒的首尾两端通过紧固件固定连接于机架上方。在浮筒上方设置压力传感器，可以实时的监控浮筒内压强。
进一步地，所述歧管式喷盘包括设有多个喷孔的前挡板、通过第一连接方式固定连接于前挡板上的导流管、固定连接于机架上的套筒、通过第二连接方式固定连接于套筒上的后盖以及通过第三连接方式与套筒密封连接的螺帽；所述机架下方设有多个呈直线等间隔排列的歧管式喷盘，所述前挡板与机架最低端的距离值为3mm~10mm。
优选地，所述前挡板上设有4个喷孔，所述机架下方设有3个呈直线等间隔排列的歧管式喷盘。本发明提供的一种新型深海网箱清洗机器人在使用时，由3个歧管式喷盘喷射高压旋转水射流所产生的射流反冲力可用背向推进器消除，从而达到最佳清洗效果。
优选地，所述前挡板与机架最低端的距离值为5mm。5mm水隙在一定程度上保护了网衣。
优选地，所述的第一连接方式为螺栓连接，所述的第二连接方式为螺钉连接，所述的第三连接方式为螺纹连接。
进一步地，所述导流管上配合连接有角接触轴承、轴套、斯特封、压块以及O型密封圈；所述轴套套设于角接触轴承上，所述斯特封设于后盖的密封槽内，所述角接触轴承设于套筒内，所述O型密封圈设于螺帽密封槽内，所述压块（22）设于套筒内并用所述螺帽定位锁紧。设置角接触轴承以避免导流管与套筒之间相对运动，增加导流管转动时的阻力，导致耗能较大；套筒与螺帽通过管螺纹连接，连接缝隙在高压下容易流入海水，导致内部角接触轴承因海水侵蚀而损坏，故在螺帽内设有密封槽，可安装密封圈，达到二次密封效果，且在轴承与螺帽之间，在导流管配合有密封压块，以达到三次密封效果。
进一步地，所述导流管上设有多根歧管、歧管上设有弯头、与弯头连接设有高压喷嘴，所述歧管通过弯头与高压喷嘴连接，所述高压喷嘴设于前挡板的喷孔内，并用O型密封圈密封；作为优选地，所述高压喷嘴设于前挡板的度喷孔内。优选地，所述导流管上等间隔设有4根歧管。利用分流至歧管高压水经高压喷嘴从45度倾斜的前挡板射流孔射出，在作用力下前挡板将做旋转运动，由于前挡板与导流管相对静止，从而使高压水旋转喷射，形成高压旋转水射流。
进一步地，所述压缩装置包括活塞、Y型密封圈、导杆、支撑柱以及连接板；所述Y型密封圈设于活塞密封槽内，所述活塞通过连接杆和支撑柱与连接板（38）固定连接，所述连接板通过导杆与驱动装置固定连接。
进一步地，所述驱动装置包括设于浮筒外壳内的底盘、设于底盘上方的双轴步进电机、与双轴步进电机连接的带座轴承、与双轴步进电机连接的牙嵌式离合器、与牙嵌式离合器连接的小齿轮以及设于轴承上的电刷。
进一步地，所述传动装置包括支撑杆、通过支撑杆固定于底盘两侧的双向推力轴承座、与小齿轮配合的大齿轮、以及与连接板连接的丝杆，所述丝杆的一端与底盘固定连接，所述双向推力轴承座之间通过螺纹杆连接。浮筒内双轴步进电机两端分别连接电控牙嵌式离合器，再通过圆柱齿轮传动，带动梯形丝杆转动，使两端活塞能够可控地分别或者同时做往复运动，进而改变平台重心、浮心位置以及浮力大小；两浮筒两端活塞同时压缩或扩张同样的体积，则可以设备保持重心、浮心位置不变，浮力大小改变，使平台稳定上浮或下潜；一个浮筒两端活塞压缩体积，另一个浮筒扩张同样的体积，则可以保持重力、浮力大小不变，产生无法平衡的力矩，使平台横摇；两浮筒一端活塞向内运动，另一端活塞向外运动，两端的运动量保持一致，则重力、浮力大小不变；同理，平台纵倾。
为实现上述方案，考虑到海水的腐蚀性，机架采用耐海水腐蚀的合金材料，其重要部件采用不锈钢制成，保证设备可以在海水下长时间工作，为增加机架整体浮力和防止机架因焊缝而倒灌海水，在机架空心钢管填充发泡剂。
与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种新型深海网箱清洗机器人，以歧管式喷盘喷射的高压旋转水射流作为清洗动力源，高压水射流循环喷射在网衣附着物的各点上，清洗效果明显；利用双浮筒可以自由调整水下潜浮姿态，改变运行方向，保证可以满足网箱的各个角落的清洗；该设备结构紧凑，清洗网衣附着物的效率高、清洁度高，不会对网衣造成损坏，且极大降低网箱养殖户清洗成本和劳动强度。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明歧管式喷盘结构示意图。
图3为本发明歧管式喷盘中导流管结构示意图。
图4为本发明歧管式喷盘中前挡板结构示意图。
图5为本发明歧管式喷盘中螺帽结构示意图。
图6为本发明浮筒整体结构示意图。
图7为本发明浮筒的驱动装置与传动装置结构示意图。
图8为本发明浮筒中压缩装置结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸。对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“端 ”、“侧”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设”、“连接”、“紧固”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
如图1、图2所示，一种新型深海网箱清洗机器人，包括机架6、与机架6连接的高压清洗装置、设于机架6上的潜浮及姿态控制装置、固定于机架6上的水下摄像装置1和水下照明装置3、固定连接于机架6上的螺旋推进器2。
在上述的实施例中，水下照明装置3包括角度调节装置和水下照明灯，角度调节装置设于水下照明灯下方。水下照明装置3用于对所述水下摄像装置的工作照明，角度调节装置可实现照明角度调节。
具体地，高压清洗装置包括设于机架6下方的歧管式喷盘4、设于歧管式喷盘4上方的高压胶管和高压分流装置。高压喷头由于旋转作用，高压水射流循环喷射在网衣附着物的各点上，在足够大的交变应力下，网衣附作物逐渐扩展，至断裂脱漏完成清洗任务，清洗效果明显，效率提高。
上述方案中，通过工作母船将高压水经高压胶管导流至设备底部歧管式喷盘4，歧管式喷盘通4过自身结构喷射出高压旋转水射流冲洗网衣。根据监控系统经电缆传输的水下清洗状况及时调整潜浮及姿态控制装置和螺旋推进装置，从而改变机器人清洗轨迹和清洗姿态，以达到最佳清洗效果；清洗工作完成后，通过工作母船上小型起重机将该机器人回收。
此外，潜浮及姿态控制装置包括与机架6固定连接设于机架两侧的双浮筒7、固定连接于机架6上的背向螺旋推进器8。利用浮筒7可以调整水下潜浮姿态，利用螺旋推进器8实现清洗装置的直行、转弯等运动。
请参照图1、图6、图7、图8，进一步地，浮筒7包括滤网46、浮筒外壳42、压缩装置、驱动装置以及传动装置；滤网46通过活页45固定在所述浮筒外壳42上；浮筒7上方设有压力传感器9和单向气嘴5；浮筒7的首尾两端通过紧固件10固定连接于机架6上方。在浮筒7上方设置压力传感器9，可以实时的监控浮筒内压强。
如图1、图2所示，歧管式喷盘4包括设有多个喷孔的前挡板11、通过第一连接方式固定连接于前挡板11上的导流管12、固定连接于机架上的套筒18、通过第二连接方式固定连接于套筒18上的后盖17以及通过第三连接方式与套筒18密封连接的螺帽21；机架6下方设有多个呈直线等间隔排列的歧管式喷盘4，前挡板11与机架6最低端的距离值为3mm~10mm。
其中，前挡板11上设有4个喷孔，机架6下方设有3个呈直线等间隔排列的歧管式喷盘4。本发明提供的一种新型深海网箱清洗机器人在使用时，由3个歧管式喷盘4喷射高压旋转水射流所产生的射流反冲力可用背向推进器8消除，从而达到最佳清洗效果。
具体地，前挡板11与机架6最低端的距离值为5mm。5mm水隙在一定程度上保护了网衣。
具体地，第一连接方式（13）为螺栓连接，第二连接方式为螺钉连接，第三连接方式为螺纹连接。
请参照图2、图3、图4、图5，此外，导流管12上配合连接有角接触轴承19、轴套24、斯特封23、压块22以及O型密封圈20；轴套24套设于角接触轴承上，斯特封23设于后盖17的密封槽内，角接触轴承19设于套筒18内，O型密封圈20设于螺帽21密封槽内，压块22设于套筒18内并用所述螺帽21定位锁紧。设置角接触轴承19以避免导流管12与套筒18之间相对运动，增加导流管12转动时的阻力，导致耗能较大；套筒18与螺帽21通过管螺纹连接，连接缝隙在高压下容易流入海水，导致内部角接触轴承19因海水侵蚀而损坏，故在螺帽21内设有密封槽，可安装密封圈，达到二次密封效果，且在轴承19与螺帽21之间，在导流管12配合有密封压块22，以达到三次密封效果。
其中，导流管12上设有多根歧管25、歧管上25设有弯头16、与弯头16连接设有高压喷嘴15，歧管16通过弯头16与高压喷嘴15连接，高压喷嘴15设于前挡板11的喷孔内，并用O型密封圈14密封；作为优选地，高压喷嘴15设于前挡板11的45度喷孔内。具体地，导流12管上等间隔设有4根歧管。利用分流至歧管25的高压水经高压喷嘴15从45度倾斜的前挡板11射流孔射出，在作用力下前挡板11将做旋转运动，由于前挡板11与导流管12相对静止，从而使高压水旋转喷射，形成高压旋转水射流。
如图6所示，压缩装置包括活塞26、Y型密封圈41、导杆49、支撑柱27以及连接板38；Y型密封圈41设于活塞26密封槽内，活塞26通过连接杆39和支撑柱27与连接板38固定连接，连接板38通过导杆49与驱动装置固定连接。
另外，驱动装置包括设于浮筒外壳42内的底盘29、设于底盘上方的双轴步进电机31、与双轴步进电机31连接的带座轴承35、与双轴步进电机31连接的牙嵌式离合器30、与牙嵌式离合器30连接的小齿轮28以及设于轴承上的电刷32。
其中，传动装置包括支撑杆37、通过支撑杆37固定于底盘29两侧的双向推力轴承座47、与小齿轮28配合的大齿轮36、以及与连接板38连接的丝杆40，丝杆40的一端与底盘29固定连接，所述双向推力轴承座47之间通过螺纹杆48连接。浮筒7内双轴步进电机31两端分别连接电控牙嵌式离合器30，再通过圆柱齿轮传动，带动梯形丝杆40转动，使两端活塞能够可控地分别或者同时做往复运动，进而改变平台重心、浮心位置以及浮力大小；两浮筒7两端活塞同时压缩或扩张同样的体积，则可以设备保持重心、浮心位置不变，浮力大小改变，使平台稳定上浮或下潜；一个浮筒7两端活塞压缩体积，另一个浮筒7扩张同样的体积，则可以保持重力、浮力大小不变，产生无法平衡的力矩，使平台横摇；两浮筒7一端活塞向内运动，另一端活塞向外运动，两端的运动量保持一致，则重力、浮力大小不变；同理，平台纵倾。
为实现上述方案，考虑到海水的腐蚀性，机架6采用耐海水腐蚀的合金材料，其重要部件采用不锈钢制成，保证设备可以在海水下长时间工作，为增加机架6整体浮力和防止机架6因焊缝而倒灌海水，在机架6空心钢管填充发泡剂。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型深海网箱清洗机器人，其特征在于，包括机架（6）、与机架（6）连接的高压清洗装置、设于机架（6）上的潜浮及姿态控制装置、固定于机架（6）上的水下摄像装置（1）和水下照明装置（3）、固定连接于机架（6）上的螺旋推进器（2）。
2.根据权利要求1所述的一种新型深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述的高压清洗装置包括设于机架（6）下方的歧管式喷盘（4）、设于歧管式喷盘（4）上方的高压胶管和高压分流装置；所述高压胶管与歧管式喷盘连接，所述高压分流装置与高压胶管连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述潜浮及姿态控制装置包括与机架（6）固定连接设于机架两侧的双浮筒（7）、固定连接于机架（6）上的背向螺旋推进器（8）。
4.根据权利要求3所述的一种新型深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述浮筒（7）包括滤网（46）、浮筒外壳（42）、压缩装置、驱动装置以及传动装置；所述滤网（46）通过活页（45）固定在所述浮筒外壳（42）上；所述浮筒（7）上方设有压力传感器（9）和单向气嘴（5）；所述浮筒（7）的首尾两端通过紧固件（10）固定连接于机架（6）上方。
5.根据权利要求1所述的一种新型深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述歧管式喷盘（4）包括设有多个喷孔的前挡板（11）、通过第一连接方式（13）固定连接于前挡板（11）上的导流管（12）、固定连接于机架上的套筒（18）、通过第二连接方式固定连接于套筒（18）上的后盖（17）以及通过第三连接方式与套筒（18）密封连接的螺帽（21）；所述机架（6）下方设有多个呈直线等间隔排列的歧管式喷盘（4），所述前挡板（11）与机架（6）最低端的距离值为3mm~10mm。
6.根据权利要求5所述的一种新型深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述导流管（12）上配合连接有角接触轴承（19）、轴套（24）、斯特封（23）、压块（22）以及O型密封圈（20）；所述轴套（24）套设于角接触轴承上，所述斯特封（23）设于后盖（17）的密封槽内，所述角接触轴承（19）设于套筒（18）内，所述O型密封圈（20）设于螺帽（21）密封槽内，所述压块（22）设于套筒（18）内并用所述螺帽（21）定位锁紧。
7.根据权利要求6所述的一种新型深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述导流管（12）上设有多根歧管（25）、歧管上（25）设有弯头（16）、与弯头（16）连接设有高压喷嘴（15），所述歧管（16）通过弯头（16）与高压喷嘴（15）连接，所述高压喷嘴（15）设于前挡板（11）的喷孔内，并用O型密封圈（14）密封。
8.根据权利要求4所述的一种新型深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述压缩装置包括活塞（26）、Y型密封圈（41）、导杆（49）、支撑柱（27）以及连接板（38）；所述Y型密封圈（41）设于活塞（26）密封槽内，所述活塞（26）通过连接杆（39）和支撑柱（27）与连接板（38）固定连接，所述连接板（38）通过导杆（49）与驱动装置固定连接。
9.根据权利要求4所述的一种新型深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述驱动装置包括设于浮筒外壳（42）内的底盘（29）、设于底盘上方的双轴步进电机（31）、与双轴步进电机（31）连接的带座轴承（35）、与双轴步进电机（31）连接的牙嵌式离合器（30）、与牙嵌式离合器连接的小齿轮（28）以及设于轴承上的电刷（32）。
10.根据权利要求4所述的一种新型深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述传动装置包括支撑杆（37）、通过支撑杆（37）固定于底盘（29）两侧的双向推力轴承座（47）、与小齿轮（28）配合的大齿轮（36）、以及与连接板（38）连接的丝杆（40），所述丝杆（40）的一端与底盘（29）固定连接，所述双向推力轴承座（47）之间通过螺纹杆（48）连接。
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