CN107897137B - 一种开架式全方位海参捕捞机器人 - Google Patents
一种开架式全方位海参捕捞机器人 Download PDFInfo
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Abstract
一种开架式全方位海参捕捞机器人，它涉及一种机器人，以解决水下人工捕捞海参困难的问题，它包括架体、机械手、收集箱、推进机构和水密平衡室；架体上布置有收集箱、调整机器人姿态的推进机构、捕捉海参的摄像头和两个水密平衡室，收集箱位于两个水密平衡室之间，摄像头布置在收集箱前方，任意一个水密平衡室内布置有机械手控制模块；收集箱包含有相隔离开的控制舱和储参室；柔性机械手和刚性机械手安装在架体上；门控制模块接收自动门感应器的信号控制感应自动门开闭，机械手控制模块接收摄像头的信号控制刚性机械手排除障碍物、控制推进机构行进并调整机器人姿态以及控制柔性机械手抓取并运送海参。本发明用于浅水作业海参捕捞。
Description
技术领域
本发明涉及一种捕捞机器人，具体涉及一种开架式全方位海参捕捞机器人，属于海参捕捞领域。
背景技术
近10年来，海参养殖产业发展迅猛；随着生活水平的不断提高和保健意识的不断加强，加之人们对海参作为药食两用的滋补品的青睐，人们对海参的需求量日益增大；据初步统计，2008年我国海参的养殖面积已达到165万亩，2011年全国海参养殖面积达到200万亩，2014年全国海参养殖面积达到220万亩；海参养殖业中，海参一般生长在平坦的养殖泥中，一少部分生长在岩石上或岩石缝中。
海参捕捞使用最多的方法是潜水员下潜捕捞，潜水员下潜5-8米左右并且长时间进行水下捕捞，导致潜水员出水后经常会出现眩晕等状况，这种方法对潜水员的身体存在着极大的威胁，这也是海参养殖业急需解决的问题。所以，需要对海参捕捞做出调整，做出一种可捕捞海参的水下机器人可有效解决这种捕捞难题。
发明内容
本发明提供一种可在人工海参养殖场中进行浅水作业的开架式全方位海参捕捞机器人，从而代替潜水员的下水捕捞工作的难题。
本发明技术方案是：一种开架式全方位海参捕捞机器人包括架体、机械手、收集箱、推进机构和水密平衡室；
架体上布置有收集箱、调整机器人姿态的推进机构、捕捉海参的摄像头和两个水密平衡室，收集箱位于两个水密平衡室之间，摄像头布置在收集箱前方，任意一个水密平衡室内布置有机械手控制模块；
收集箱包含有相隔离开的控制舱和储参室，储参室一侧安装有感应自动门和自动门感应器，储参室另一侧安装有出参门，控制舱内布置有门控制模块；
机械手采用结构相同的用于排除障碍物的刚性机械手和用于抓取海参并输送至储参室内的柔性机械手，柔性机械手和刚性机械手安装在架体上；
门控制模块接收自动门感应器的信号控制感应自动门开闭，机械手控制模块接收摄像头的信号控制刚性机械手排除障碍物、控制推进机构行进并调整机器人姿态以及控制柔性机械手抓取并运送海参。
进一步地，机械手包括机械臂一、机械臂二、机械爪和驱动组件；机械臂一的一端与安装在架体上的舵机输出端连接；机械臂二的一端与安装在机械臂一的另一端的舵机输出端连接，机械臂二的另一端设有驱动组件，机械爪由驱动组件控制开合；机械臂一和机械臂二的水平旋转运动分别通过各自的舵机控制。
进一步地，驱动组件包括电机、动齿轮和两个从动齿轮；机械臂二的另一端内置有与机械臂二同轴的电机，电机的输出端安装有动齿轮，机械臂二的另一端两侧各安装有一对机械爪，一对夹持爪分别是固定夹持爪和旋转夹持爪，旋转夹持爪上安装有从动齿轮，动齿轮与两个从动齿轮啮合。
进一步地，推进机构为自带动力源的导流管螺旋桨，导流管螺旋桨的导流管与布置于架体上的驱动电机的输出轴连接，驱动电机的输出轴与导流管螺旋桨的轴向垂直。
本发明相比现有技术的有益效果是：
海参捕捞机器人为有缆岸上遥控操作机器人，可制作成长×宽×高为1×1×0.5m，重量约为25kg；该海参捕捞机器人采取机械手抓取方式，可通过移动刚性机械手和柔性机械手相互配合，经过摄像头进行图像采集，通过人工遥控或自动智能捕捞海参，完成海参捕获工作。机械手由刚性机械手和柔性机械手组成，刚性机械手用于推移海参旁边的礁石，柔性机械手用于抓取海参，机械手通过舵机转轴实现多自由度的运动。机械手抓取的海参储存于收集箱的储参室中，实现浅水域下的海参捕捞。
支架采用不锈钢材料，用于连接开架式结构、水密舱室和海参收集箱，保证海参捕捞机器人的稳定性。导流管螺旋桨位于开架式结构两侧，螺旋桨可通过旋转轴进行旋转，既可用于机器人的推进，又可以用于调整海参捕捞机器人的姿态。可升降支柱位于开架式结构下侧，用于机器人短时间停留的支撑点，可升降支柱的优点在于能够通过支柱的上下升降调节海参捕捞机器人的平衡，给两侧螺旋桨起到辅助作用；摄像头用于观察水下地形，从而有效控制机械手的准确抓取，从而减少不必要的能量消耗和时间浪费。
附图说明
图1为本发明整体结构立体图；
图2为图1的俯视图；
图3为机械手结构示意图；
图4为收集箱结构示意图；
图5为图1的侧视图；
图6为水密平衡室示意图；
图7为门控制模块控制原理示意图；
图8为机械手控制模块控制原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
参见图1、图2及图4-图8说明，一种开架式全方位海参捕捞机器人包括架体1、机械手2、收集箱3、推进机构4和水密平衡室5；
架体1上布置有收集箱3、调整机器人姿态的推进机构4、捕捉海参的摄像头8和两个水密平衡室5，收集箱3位于两个水密平衡室5之间，摄像头8布置在收集箱3前方，任意一个水密平衡室5内布置有机械手控制模块6，
收集箱3包含有相隔离开的控制舱3-7和储参室3-11，储参室3-11一侧安装有感应自动门3-4和自动门感应器3-5，储参室3-11另一侧安装有出参门3-1，控制舱3-7内布置有门控制模块7；
机械手2采用结构相同的用于排除障碍物的刚性机械手和用于抓取海参并输送至储参室内的柔性机械手；柔性机械手和刚性机械手安装在架体1上；
门控制模块7接收自动门感应器3-5的信号控制感应自动门3-4开闭，机械手控制模块6接收摄像头8的信号控制刚性机械手排除障碍物、控制推进机构4行进并调整机器人姿态以及控制柔性机械手抓取并运送海参。
海参捕捞机器人为有缆岸上遥控操作机器人，可制作成长×宽×高为1×1×0.5m，重量约为25kg；该海参捕捞机器人采取机械手抓取方式，可通过移动刚性机械手和柔性机械手相互配合，经过摄像头进行图像采集，通过人工遥控或自动智能捕捞海参，完成海参捕获工作。机械手由刚性机械手和柔性机械手组成，刚性机械手用于推移海参旁边的礁石，柔性机械手用于抓取海参，机械手通过舵机转轴实现多自由度的运动。机械手抓取的海参储存于收集箱的储参室中，实现浅水域下的海参捕捞。
刚性机械手安装在机器人首部，配置两个防水舵机，工作时机械手两机械臂伸展开，通过推开海参周围小型礁石，或者通过抓取小礁石，从而将障碍物移开。
柔性机械手安装在机器人首部，配置两个防水舵机，工作时，通过旋转支柱的旋转，控制两机械臂的运作，从而控制机械爪的运动。机械手抓取海参时，可以使用柔性机械手直接抓取海参，或在刚性机械手臂推开障碍物后进行抓取海参。
水密平衡室是由耐压材料组成的封闭式圆柱体，该机器人包括两个水密平衡室，水密平衡室5内布置有平衡块5-2和电源模块5-3，电源模块5-3给机械手2、驱动电机9、推进机构4、电动升降支柱、机械手控制模块6和门控制模块7供电。保证海参捕捞机器人的平稳性和电力通畅。收集箱3位于机器人中后部，包含电源与门控制模块，控制感应自动门的开启与关闭，通过缓冲滑板3-3将海参送至储参室3-11，同时设置有电源3-10及门控制模块7的控制舱3-7与储参室3-11通过缓冲滑板3-3隔离，控制舱3-7的门板、合页铰链3-6和插销锁扣3-8装配而成，该控制舱3-7可达到防水效果，保证门控制模块与电源的安全性，必要时可打开进行维修，海参捕捞工作结束后，可通过取参口取出海参。
参见图3说明，上述实施例基础上，采用相同结构的柔性机械手和刚性机械手构成机械手2作为捕捉机构，具体结构为：机械手2包括机械臂一2-2、机械臂二2-6、机械爪2-11和驱动组件；机械臂一2-2的一端与安装在架体1上的舵机输出端连接；机械臂二2-6的一端与安装在机械臂一2-2的另一端的舵机输出端连接，机械臂二2-6的另一端设有驱动组件，机械爪2-11由驱动组件控制开合；机械臂一2-2和机械臂二2-6的水平旋转运动分别通过各自的舵机控制。
如此设置，机械臂一2-2在舵机控制下实现在海平面(水平面)内旋转运动，同时也带动机械臂二2-6在海平面内旋转运动，机械臂二2-6在自身的舵机下也实现在海平面(水平面)内旋转运动，上述旋转朝向收集箱3或背离收集箱3运动，这样两个机械臂协同动作，保证将收集的海参送至收集箱3，并离开进行下一次捕捉。
参见图3和图5说明，为了保证抓取的可靠性和稳定性，驱动组件采用齿轮传动结构，具体为：驱动组件包括电机、动齿轮2-8和两个从动齿轮2-9；机械臂二2-6的另一端内置有与机械臂二2-6同轴的电机，电机的输出端安装有动齿轮2-8，机械臂二2-6的另一端两侧各安装有一对机械爪2-11，一对夹持爪2-11分别是固定夹持爪和旋转夹持爪，旋转夹持爪上安装有从动齿轮2-9，动齿轮2-8与两个从动齿轮2-9啮合。如此设置，电机动作通过相连的轴杆2-7控制动齿轮2-8旋转，动齿轮2-8和电机输出端均与轴杆2-7连接，进而带动与其啮合的两个从动齿轮2-9旋转，其中一个从动齿轮2-9会带动位于下部的旋转夹持爪与上部的固定夹持爪之间的开闭，另一个从动齿轮2-9会带动位于上部的旋转夹持爪与下部的固定夹持爪之间的开闭，进而完成两对夹持爪2-11对海参的捕捉。
参见图1和图2说明，推进机构4为自带动力源的导流管螺旋桨，导流管螺旋桨的导流管与布置于架体1上的驱动电机9的输出轴连接，驱动电机9的输出轴与导流管螺旋桨的轴向垂直。如此设置，导流管螺旋桨位于架体的两侧，螺旋桨通过驱动电机9带动进行旋转，既可用于机器人的推进，又可以用于调整海参捕捞机器人的姿态，具体为：当螺旋桨4-1旋转方向平行于海平面时，螺旋桨4-1可调整海参捕捞机器人平衡姿态，通过螺旋桨4-1的驱动电机9调整导流管，使螺旋桨旋转方向垂直于海平面，可达到推进作用。优选地，通过四个螺旋桨互相耦合，导流管螺旋桨可通过驱动电机调整螺旋桨推进方向，螺旋桨即可矢量推进，也可调整机器人的上浮下沉。
参见图1和图5说明，在上述实施方式中，为了保证捕捞机器人可靠到达指定位置，适应不同环境，为此，设置了升降支柱10，升降支柱10安装在架体1的底部，升降支柱10为电动升降支柱。升降支柱位于开架式结构的架体的底部，用于机器人短时间停留的支撑点，升降支柱的优点在于能够通过支柱的上下升降调节海参捕捞机器人的平衡，给两侧螺旋桨起到辅助作用；如果螺旋桨1-4不能完全达到海参捕捞机器人的理想定位，可通过调节机器人底部可升降支柱4-1调节机器人的姿态。
柔性机械手的机械爪材质为硅胶或聚酯材料。如此设置，便于能抓取较软物体或脆性物体，架体1为铝合金材质。如此设计，结构紧凑、便于操作、运动灵活，满足实际需要。
工作过程
该海参捕捞机器人为开架式的架体1-1，不锈钢材料的第一支架1-5和第二支架1-7为连接架体1、水密平衡室5和收集箱3的刚性结构，保证海参捕捞机器人的稳定性。使用时，工作人员通过拖揽将海参捕捞机器人放入水下，海参捕捞机器人利用自身重力和两侧导流管螺旋桨4将自身沉入海水中，此时海参捕捞机器人的刚性机械手和柔性机械手未伸展开，收缩在机器人内部。海参捕捞机器人安装有4个导流管螺旋桨4，当螺旋桨4-1旋转方向平行于海平面时，螺旋桨4-1可调整海参捕捞机器人平衡姿态，通过螺旋桨4-1的驱动电机9调整，使螺旋桨旋转方向垂直于海平面，可达到推进作用。通过摄像头8采集信息，海参捕捞机器人到达海参所处水域时，控制海参捕捞机器人的定位，如果螺旋桨4-1不能完全达到海参捕捞机器人的理想定位，可通过调节机器人底部升降支柱10调节机器人的姿态。机器人到达工作位置时，机械手开始工作，机械手控制模块6安放在水密平衡室5中，在水密平衡室5中安装有电源模块5-3及充电系统，可通过接揽口5-4的缆线供电，两水密平衡室安装有平衡块5-2，保证两水密平衡室的平衡。每个机械手中的两个机械臂的旋转通过舵机控制，在旋转支柱一2-1和旋转支柱二2-4内部，旋转支柱一2-1末端连接在架体1上，旋转支柱一2-1控制机械臂一2-2的运动，旋转支柱二2-4控制机械臂2-6的运动，机械臂二2-6通过角码2-5连接到旋转支柱二2-4上，通过连接螺栓2-3将角码2-5与旋转支柱2-4连接。当摄像头10捕捉到海参时，机械爪2-11开始运作，机械臂二2-6中安装电机，通过轴杆2-7控制动齿轮2-8的旋转，动齿轮2-8带动两个从动齿轮2-9的运动，从而控制机械爪2-11抓取海参。当柔性机械手抓取海参后，通过旋转支柱一2-1和旋转支柱二2-4控制机械臂的旋转，将海参送至海参收集箱3，当机械爪2-11运动至感应自动门3-4时，自动门感应器3-5发送信号至门控制模块7，控制感应自动门3-4的启动与关闭。海参通过感应自动门3-4后通过缓冲滑板3-3缓缓到达海参储参室3-11，收集箱3中设置有隔离板3-2，当收集海参过多时，会发出报警信号，提醒工作人员海参捕捞机器人捕捞海参完毕。当工作人员将海参捕捞机器人打捞上岸后，可通过取出参口3-1将海参取出，清洗收集箱3-11，为下一次打捞海参做好充分的准备，打开控制舱3-7取出电源3-10进行充电，继续下一次海参打捞。
本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (6)
1.一种开架式全方位海参捕捞机器人，其特征在于：包括架体（1）、机械手（2）、收集箱（3）、推进机构（4）和水密平衡室（5）；
架体（1）上布置有收集箱（3）、调整机器人姿态的推进机构（4）、捕捉海参的摄像头（8）和两个水密平衡室（5），收集箱（3）位于两个水密平衡室（5）之间，摄像头（8）布置在收集箱（3）前方，任意一个水密平衡室（5）内布置有机械手控制模块（6）；
收集箱（3）包含有相隔离开的控制舱（3-7）和储参室（3-11），控制舱（3-7）与储参室（3-11）通过缓冲滑板（3-3）隔离，储参室（3-11）一侧安装有感应自动门（3-4）和自动门感应器（3-5），储参室（3-11）另一侧安装有出参门（3-1），控制舱（3-7）内布置有门控制模块（7）；
机械手（2）采用结构相同的用于排除障碍物的刚性机械手和用于抓取海参并输送至储参室内的柔性机械手，柔性机械手和刚性机械手安装在架体（1）上；
门控制模块（7）接收自动门感应器（3-5）的信号控制感应自动门（3-4）开闭，机械手控制模块（6）接收摄像头（8）的信号控制刚性机械手排除障碍物、控制推进机构（4）行进并调整机器人姿态以及控制柔性机械手抓取并运送海参；
推进机构（4）为自带动力源的导流管螺旋桨，导流管螺旋桨的导流管与布置于架体（1）上的驱动电机（9）的输出轴连接，驱动电机（9）的输出轴与导流管螺旋桨的轴向垂直；
所述捕捞机器人还包括升降支柱（10），升降支柱（10）安装在架体（1）的底部，升降支柱（10）为电动升降支柱；水密平衡室（5）内布置有平衡块（5-2）和电源模块（5-3），电源模块（5-3）给驱动电机（9）、推进机构（4）、电动升降支柱和机械手控制模块（6）供电。
2.根据权利要求1所述一种开架式全方位海参捕捞机器人，其特征在于：机械手（2）包括机械臂一（2-2）、机械臂二（2-6）、机械爪（2-11）和驱动组件；机械臂一（2-2）的一端与安装在架体（1）上的舵机输出端连接； 机械臂二（2-6）的一端与安装在机械臂一（2-2）的另一端的舵机输出端连接，机械臂二（2-6）的另一端设有驱动组件，机械爪（2-11）由驱动组件控制开合；机械臂一（2-2）和机械臂二（2-6）的水平旋转运动分别通过各自的舵机控制。
3.根据权利要2所述一种开架式全方位海参捕捞机器人，其特征在于：驱动组件包括电机、动齿轮（2-8）和两个从动齿轮（2-9）；机械臂二（2-6）的另一端内置有与机械臂二（2-6）同轴的电机，电机的输出端安装有动齿轮（2-8），机械臂二（2-6）的另一端两侧各安装有一对机械爪（2-11），一对机械爪（2-11）分别是固定夹持爪和旋转夹持爪，旋转夹持爪上安装有从动齿轮（2-9），动齿轮（2-8）与两个从动齿轮（2-9）啮合。
4.根据权利要求3所述一种开架式全方位海参捕捞机器人，其特征在于：电源模块（5-3）还给机械手（2）供电。
5.根据权利要求1、2、3或4所述一种开架式全方位海参捕捞机器人，其特征在于：柔性机械手的机械爪材质为硅胶或聚酯材料。
6.根据权利要求5所述一种开架式全方位海参捕捞机器人，其特征在于：架体（1）为铝合金材质。
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