CN107499480A - 一种用于收集悬浮物的水下机器人及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于收集悬浮物的水下机器人，包括主框架腔体、网兜、浮力模块、水下照明灯、动力系统、控制单元；动力系统包括对称设置在主框架腔体内部左右两侧的一对管式螺旋推进器、及对称设置在主框架腔体外部左右两侧的垂向集成电机推进器；管式螺旋推进器同时作为水下机器人向前进行的推进动力源和吸附水下悬浮物的吸附动力源；网兜与主框架腔体可拆卸连接，连接部位设有拉力传感器，控制单元分别与拉力传感器、动力系统电连接。本发明管式螺旋推进器设置在主框架腔体内，除了一般的推进运动功能，兼具产生压差，吸取目标物体的功能，减省复杂执行机构及运动控制的复杂程度，控制简单、操作简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下机器人，具体来说，是一种用于收集悬浮物的水下机器人，属于渔业装备技术领域。
背景技术
水产养殖是我国渔业领域的主要产业，是我国蛋白食品需求的重要来源。在现代水产养殖，尤其是深水网箱养殖过程中，水下网箱设施的检查、维护以及死鱼的去除等方面需要大量的体力劳动，由于环境恶劣，人力有限，对潜水员工作提出很大挑战。为长时间观察水产生物生长状态，同时避免污染物或病体产生对养殖生态系统和水下养殖设施的污染破坏，形成健康友好养殖模式，需要常期在水中进行养殖环境监测、水下养殖设施检查与清除死鱼等活动，水下机器人因具有安全、灵活、作业时间长而逐渐在水产养殖领域中受到重视。
目前有缆遥控水下机器人发展日益成熟，但水产养殖领域产品较少，市场上大多采用通用型超小型水下机器人，一般只具备观测功能。对于水生物采样、收集死鱼或者捕捞贝类，需要水下机器人配备机械手或者复杂采样工具，使水下机器人机构复杂、运动阻力大、平衡稳定性较差，增加了控制的复杂程度和系统制造成本，不利于在水产养殖领域市场推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对水产养殖的收集悬浮物的水下机器人，通过自身的空腔实现对水中悬浮物的吸附，并通过尾部的网兜对悬浮物进行收集，同时通过在网兜与本体连接部位设置受力传感器来感知已收集悬浮物的量，从而自动行驶至水面操作员处将网兜中的悬浮物移除。
本发明采取以下技术方案：
一种用于收集悬浮物的水下机器人，包括主框架腔体2、设置在主框架腔体2尾部的网兜7、设置在主框架腔体2外部上端的浮力模块3、设置在主框架腔体2两侧前端的水下照明灯5、动力系统、控制单元；所述动力系统包括对称设置在主框架腔体2内部左右两侧的一对管式螺旋推进器6、及对称设置在主框架腔体2外部左右两侧的垂向集成电机推进器1；所述管式螺旋推进器6同时作为水下机器人向前进行的推进动力源和吸附水下悬浮物的吸附动力源；所述网兜7与主框架腔体2可拆卸连接，连接部位设有拉力传感器，所述控制单元分别与拉力传感器、动力系统电连接。
进一步的，所述浮力模块3上部设有容纳电子元器件的密封舱4。
更进一步的，所述密封舱4的前后端均设有视觉传感器44，所述视觉传感器44与所述控制单元电连接。
更进一步的，所述水下机器人通过脐带缆与水面控制台连接。
更进一步的，所述密封舱4内设有作为控制单元的主控模块45、两个带云台的视觉传感器44。
更进一步的，所述水下机器人上还设有用于测试深度的压力传感器、温度传感器。
进一步的，所述管式螺旋推进器6包括驱动电机62、平行于轴线的螺旋桨61及其导管；所述的垂向集成电机推进器1包括垂向设置的螺旋桨及其导管11。
进一步的，还包括用于至少一个用于固定主框架腔体2、浮力模块3、密封舱4的钢带。
更进一步的，所述钢带包括三根，分别为第一、第二、第三钢带81、82、83；所述第一、第二钢带81/82位于垂向集成电机推进器1的后方，第三钢带83位于垂向集成电机推进器1的前方。
进一步的，主框架腔体具有流线型外形，左右两端类似翼型，前后两端均开口；垂向集成电机推进器1设置于主框架腔体外部两侧的翼内。
一种上述水下机器人的工作方法，为避免喷嘴吸入活鱼，利用所述视觉传感器观察鱼状态，当观察到死鱼以后，控制单元打开管式螺旋推进器，死鱼通过主开口将死鱼吸入到网兜，通过网兜上安装有拉力传感器感知，收集死鱼达到一定状态后，发送信号给控制单元，通过垂直向上集成电及推进器将死鱼送到水面处理。
本发明的有益效果在于：
1)用于收集悬浮物的水下机器人结构简单、布局紧凑、重量轻便；
2)管式螺旋推进器6设置在主框架腔体内，除了一般的推进运动功能，兼具产生压差，吸取目标物体的功能，减省复杂执行机构及运动控制的复杂程度，控制简单、操作简便。
3)垂向集成电机推进器设计新颖，集成度高，设置于主框架腔体外部两侧的翼内，节省空间，优化了机器人外形。
4)网兜与主框架腔体的连接部位设置拉力传感器，机器人根据拉力传感器反馈的实时拉力信号，获知对应收集的悬浮物的数量，从而自动行驶至水面操作员处将网兜中的悬浮物移除，智能化程度高。
5)流线型外形使得系统阻力小，节省能耗。
6)控制单元内置判断程序，通过视觉传感器感知鱼的状态，自动判断是否是死鱼，从而启动后续的死鱼收集动作，自动化程度高。
附图说明
图1是本发明的用于收集悬浮物水下机器人三维立体图；
图2是悬浮物收集机器人俯视图；
图3是悬浮物收集机器人俯视剖面图；
图4是垂向集成电机推进器俯视图。
图5是图4中A-A向剖视图。
图中，1是垂向集成电机推进器；11是导管；12是螺旋桨的叶片；13是螺旋桨端环；14支撑架；2是主框架腔体；3是浮力模块；4是密封舱；41是电子密封舱外壳；42是把手；43是脐带缆支座；44是带云台摄像机；45是主控模块；5是水下照明灯；6是管式螺旋推进器；61是管式螺旋推进器的螺旋桨；62是管式螺旋推进器的电机；63是管式螺旋推进器的导流罩；64是连接管式螺旋推进器和垂向集成电及推进器的连接件；7是网兜；8是固定2、3和4钢带；81是第一钢带；82是第二钢带；83是第三钢带。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参见图1-图5，一种用于收集悬浮物的水下机器人，包括主框架腔体2、设置在主框架腔体2尾部的网兜7、设置在主框架腔体2外部上端的浮力模块3、设置在主框架腔体2两侧前端的水下照明灯5、动力系统、控制单元；所述动力系统包括对称设置在主框架腔体2内部左右两侧的一对管式螺旋推进器6、及对称设置在主框架腔体2外部左右两侧的垂向集成电机推进器1；所述管式螺旋推进器6同时作为水下机器人向前进行的推进动力源和吸附水下悬浮物的吸附动力源；所述网兜7与主框架腔体2可拆卸连接，连接部位设有拉力传感器，所述控制单元分别与拉力传感器、动力系统电连接。
在此实施例中，参见图1，所述浮力模块3上部设有容纳电子元器件的密封舱4。
在此实施例中，参见图2，所述密封舱4的前后端均设有视觉传感器44，所述视觉传感器44与所述控制单元电连接。
在此实施例中，参见图2，所述水下机器人通过脐带缆与水面控制台连接。
在此实施例中，参见图2，所述密封舱4内设有作为控制单元的主控模块45、两个带云台的视觉传感器44。
在此实施例中，所述水下机器人上还设有用于测试深度的压力传感器、温度传感器。
在此实施例中，参见图3，所述管式螺旋推进器6包括驱动电机62、平行于轴线的螺旋桨61及其导管；所述的垂向集成电机推进器1包括垂向设置的螺旋桨及其导管11。
在此实施例中，参见图2，还包括用于至少一个用于固定主框架腔体2、浮力模块3、密封舱4的钢带。所述钢带包括三根，分别为第一、第二、第三钢带81、82、83；所述第一、第二钢带81/82位于垂向集成电机推进器1的后方，第三钢带83位于垂向集成电机推进器1的前方。
在此实施例中，参见图2，主框架腔体具有流线型外形，左右两端类似翼型，前后两端均开口；垂向集成电机推进器1设置于主框架腔体外部两侧的翼内。
在此实施例中，参见图2、4、5，所述主框架腔,2外左右侧对称设置一对垂向集成电机推进器1，所述的垂向集成电机推进器包括导管、螺旋桨、螺旋桨轴、支撑架、轴承及螺栓，所述导管内设置定子铁芯和绕组作为电机定子，所述螺旋桨可作为电机转子，所述螺旋桨桨叶叶稍处设置有端环，所述端环内含有永磁铁，所述螺旋桨桨叶叶根处设置有螺旋桨轴，所述支撑架是螺旋桨轴与导管之间的支撑件，支撑螺旋桨轴。
工作时，为避免喷嘴吸入活鱼，利用所述视觉传感器观察鱼状态，当观察到死鱼以后，控制单元打开管式螺旋推进器，死鱼通过主开口将死鱼吸入到网兜，通过网兜上安装有拉力传感器感知，收集死鱼达到一定状态后，发送信号给控制单元，通过垂直向上集成电及推进器将死鱼送到水面处理。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种用于收集悬浮物的水下机器人，其特征在于：
包括主框架腔体(2)、设置在主框架腔体(2)尾部的网兜(7)、设置在主框架腔体(2)外部上端的浮力模块(3)、设置在主框架腔体(2)两侧前端的水下照明灯(5)、动力系统、控制单元；
所述动力系统包括对称设置在主框架腔体(2)内部左右两侧的一对管式螺旋推进器(6)、及对称设置在主框架腔体(2)外部左右两侧的垂向集成电机推进器(1)；所述管式螺旋推进器(6)同时作为水下机器人向前进行的推进动力源和吸附水下悬浮物的吸附动力源；
所述网兜(7)与主框架腔体(2)可拆卸连接，连接部位设有拉力传感器，所述控制单元分别与拉力传感器、动力系统电连接。
2.如权利要求1所述的用于收集悬浮物的水下机器人，其特征在于：所述浮力模块(3)上部设有容纳电子元器件的密封舱(4)；所述密封舱(4)的前后端均设有视觉传感器(44)，所述视觉传感器(44)与所述控制单元电连接。
3.如权利要求2所述的用于收集悬浮物的水下机器人，其特征在于：所述水下机器人通过脐带缆与水面控制台连接。
4.如权利要求2所述的用于收集悬浮物的水下机器人，其特征在于：所述密封舱(4)内设有作为控制单元的主控模块(45)、两个带云台的视觉传感器(44)。
5.如权利要求2所述的用于收集悬浮物的水下机器人，其特征在于：所述水下机器人上还设有用于测试深度的压力传感器、温度传感器。
6.如权利要求1所述的用于收集悬浮物的水下机器人，其特征在于：所述管式螺旋推进器(6)包括驱动电机(62)、平行于轴线的螺旋桨(61)及其导管；所述的垂向集成电机推进器(1)包括垂向设置的螺旋桨及其导管(11)。
7.如权利要求1所述的用于收集悬浮物的水下机器人，其特征在于：还包括用于至少一个用于固定主框架腔体(2)、浮力模块(3)、密封舱(4)的钢带。
8.如权利要求7所述的用于收集悬浮物的水下机器人，其特征在于：所述钢带包括三根，分别为第一、第二、第三钢带(81、82、83)；所述第一、第二钢带(81/82)位于垂向集成电机推进器(1)的后方，第三钢带(83)位于垂向集成电机推进器(1)的前方。
9.如权利要求1所述的用于收集悬浮物的水下机器人，其特征在于：主框架腔体具有流线型外形，左右两端类似翼型，前后两端均开口；垂向集成电机推进器(1)设置于主框架腔体外部两侧的翼内。
10.一种权利要求1所述的用于收集悬浮物的水下机器人的工作方法，其特征在于：为避免喷嘴吸入活鱼，利用所述视觉传感器观察鱼状态，当观察到死鱼以后，控制单元打开管式螺旋推进器，死鱼通过主开口将死鱼吸入到网兜，通过网兜上安装有拉力传感器感知，收集死鱼达到一定状态后，发送信号给控制单元，通过垂直向上集成电及推进器将死鱼送到水面处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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