CN107914846A - 一种适合水下捕捞作业的机器人 - Google Patents

Abstract

一种适合水下捕捞作业的机器人，至少包括位于水下的潜艇舱、位于水上的船体，以及控制系统和动力系统；潜艇舱上设置有潜艇舱盖、履带底盘、机械臂、齿铲、连接关节、推进器，机械臂通过连接关节设置于潜艇舱盖前端，齿铲与机械臂相连接；推进器置于潜艇舱盖内，用于驱动潜艇舱的前进并改变潜艇舱水下行进的方向；船体上设置水泵管、捕捞水舱、水泵、扬程管、第一控制阀门、漏斗管、第二控制阀门以及海参收集箱；控制系统包括单片机、电缆和控制器；动力系统包括电动机和蓄电池组。本发明利用机械系统代替人去实现水下作业，功能装置为整个机器人提供性能延展；海底准确定位、水下作业效率高、防水性能好，同时能够自由调节浮力，水下越野能力强。

Description

一种适合水下捕捞作业的机器人

技术领域

本发明涉及一种水下机器人，特别涉及一种适合水下捕捞作业的机器人。

背景技术

当今潜水员及渔民在水上水下捕捞作业时存在生命安全问题，如何在既不危及人类生命安全，又能保障高效工作成了大家都在关注和思考的问题。随着人们生活质量的提高，大家对于海洋未知世界的探索及更深海产品的需求在不断增大。在我国，水下作业主要是依赖于潜水员和简单的潜水机器。潜水员每次下海捕捞作业都会面临着各种各样的海洋危机从而危及生命。

而渔民特别对于贝类的采集方式，通常采用最原始的退潮后“挖”的形式，这种方式受制于大海潮水的涨潮退潮时间，工作时间和效率都非常有限。国家对于保护潜水员及渔民生命安全越来越重视，这就必须诞生一种新的适合水下捕捞作业的机器人来代替人去执行水下捕捞作业的任务，一种适合水下捕捞作业的机器人应运而生。

本发明为水下捕捞机器人和水上船只互补作业型，水下捕捞机器人是利用履带贴水底行进模式和用齿铲挖捕贝类等海洋生物的挖捕方式共同进行的一种捕捞机械设备。海底打捞海洋生物如海参、海螺、鲍鱼和海星等都属于海底的水产品，因为礁石、海草和珊瑚等的存在，目前而言只能采取探摸打捞的方式。目前现有的捕捞设备不能很好的固定在水下，受海流或自身动作反作用的影响而发生漂移的情况时有发生，且现有设备的视觉受海下清晰度的影响从而影响工作效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有水下捕捞作业存在的上述不足，提供一种适合水下捕捞作业的机器人，利用机械系统代替人去实现水下作业，还能通过功能装置为整个机器人提供性能的延展；具有海底准确定位、水下作业效率高、防水性能好等特点，同时能够自由调节浮力，且水下越野能力强。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种适合水下捕捞作业的机器人，至少包括位于水下的潜艇舱、位于水上的船体，以及控制系统和动力系统；

所述潜艇舱上设置有潜艇舱盖、履带底盘、机械臂、齿铲、连接关节、推进器；所述潜艇舱盖保证潜艇舱壳体密封，所述履带底盘设有2条、位于潜艇舱下端的两侧(履带底盘采取贴着水底行进的方式运作)；所述机械臂通过连接关节设置于潜艇舱盖前端，齿铲与机械臂相连接，由连接关节通过机械臂来调整齿铲的方向；所述推进器置于潜艇舱盖内，用于驱动潜艇舱的前进并改变潜艇舱水下行进的方向；

所述船体上设置水泵管、捕捞水舱、水泵、扬程管、第一控制阀门、漏斗管、第二控制阀门以及海参收集箱；水泵通过水泵管与捕捞水仓连接，水泵用于将海水和海参通过水泵管输送到捕捞水舱，水泵同时还和扬程管相连接，海水从扬程管扬出；所述捕捞水舱底部经第一控制阀门连接漏斗管，第二控制阀门设置在漏斗管的下部，第二控制阀门下方正对海参收集箱(捕捞水舱里的海参通过第一控制阀门掉进漏斗管，当海参全部进入漏斗管时，第一控制阀门关闭，第二控制阀门开启，海参经过第二控制阀门掉进海参收集箱里)；

所述控制系统包括单片机、电缆和控制器；单片机设置在潜艇舱内，控制器设置在船体上，单片机通过电缆与控制器相连接(单片机通过电缆把数据信号传输到船体的控制器上，然后由控制器发送指令，并通过电缆把命令传送回单片机上)；所述单片机与机械臂、连接关节、空气压缩机、水下探照灯、水下摄像机、推进器、收集箱、履带底盘通过信号线相连接(单片机控制水下探照灯和水下摄像机的开启和关闭，收集箱通过单片机控制其弹出与收回，履带底盘通过单片机控制其转动，从而实现机器人的前进与后退)；

所述动力系统包括电动机和蓄电池组，电动机和蓄电池组分别置于潜艇舱的内舱；蓄电池组与电动机连接，用于将电能转化为机械能催动磁体转动，利用电磁驱动原理带动线圈转动，从而带动电动机工作；同时蓄电池组与控制器和单片机相连，用于提供整个机器人所需电量。

进一步地，该机器人还包括功能系统，所述功能系统包括水舱、水舱开口、水下探照灯、压缩空气管、水下摄像机、收集箱和固定环；所述水舱安装在履带底盘上部，分布于潜艇舱盖两侧，水舱与水舱开口相连接，当潜艇舱下潜时，水从水舱开口进入到水舱内以达到下潜的目的；所述水下探照灯固定在潜艇舱盖前端的齿铲上方；所述压缩空气管连接在船体侧面，空气压缩机与压缩空气管连接(空气压缩机用来压缩潜艇舱内气体增加气体压力、使得潜艇舱上浮)；所述水下摄像机固定在水下探照灯下方及潜艇舱盖上；所述收集箱位于潜艇舱内部下方，在齿铲挖捕到贝类海洋生物时，收集箱从舱体内向外弹出，并接住从齿铲中向下掉的贝类海洋生物；所述固定环用于将压缩空气管和电缆固定在船体上。

进一步地，所述推进器设置有四个，四个推进器的推进螺旋桨(垂直或水平推进螺旋桨)分别置于潜艇舱盖四角的内部，且推进器与单片机连接，推进器通过单片机控制其旋转叶片或喷气(水)来产生推力。

进一步地，所述齿铲前端连有小齿铲，齿铲在向下挖掘时，小齿铲拦截向外掉落的贝类。

进一步地，所述齿铲和小齿铲设计成圆弧形状(在捕捞水产品时把水产品向中间汇聚)。

进一步地，所述机械臂和连接关节上设置有flex弯曲传感器和微型伺服马达，单片机通过flex弯曲传感器及微型伺服马达驱动，控制机械臂、连接关节和齿铲运动，完成预定的抬臂、转臂、抓取和搬运物体动作。

进一步地，所述空气压缩机上设置压力传感器、调节进气阀、排气阀和压风管道闸阀，单片机通过空气压缩机内的压力传感器传来的数据信号，调节进气阀、排气阀和压风管道闸阀的开启、关闭，从而实现潜艇舱内空气的压缩和释放。

进一步地，所述单片机采用STC单片机或PIC单片机或EMC单片机或ATMEL单片机或PHLIPIS 51PLC系列单片机，且包括GPS定位模块(具有GPS定位功能)。

进一步地，所述水下探照灯采用Archon奥瞳的DG70W/DG150W，发光源为大功率LED，筒身为耐腐蚀性的航空镁铝合金，防水深度大于150米。

进一步地，所述履带底盘包括一镂空的履带导向架，在履带导向架上置有滑动导条。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明不仅利用机械系统代替人去实现水下作业，还能通过功能装置为整个机器人提供性能的延展，具有海底定位准确、水下作业速度快、效率高、防水性能好等特点，同时兼具调节浮力和运转方位自由、水下作业运转方位调节便捷优点；

2、水下越野能力强、水下探测清晰度高，从而达到保障人类生命安全、减省人力、降低成本和提高工作效率的目的，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的水下机器人的二维正视结构图；

图2为本发明的水下机器人的二维俯视结构图；

图3为本发明的水泵及其连接装置的二维俯视结构图；

图4为本发明的水上船体的二维侧视结构图；

图中：1-潜艇舱盖、2-履带底盘、3-水舱、4-水舱开口、5-水下探照灯、6-机械臂、7-齿铲、8-连接关节、9-空气压缩机、10-压缩空气管、11-电动机、12-蓄电池组、13-水下摄像头、14-小齿铲、15-推进器、16-收集箱、17-水泵管、18-捕捞水舱、19-水泵、20-第一控制阀门、21-扬程管、23-固定环、24-船体、25-第二控制阀门、26-单片机、27-电缆、28-控制器、29-海参收集箱、30-漏斗管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的水下机器人的二维正视结构图，图中包括压缩空气管10、水下探照灯5、连接关节8、水下摄像机13、齿铲7、小齿铲14、推进器15、收集箱16。

如图2所示的水下机器人的二维俯视结构图，图中包括潜艇舱盖1、履带底盘2、水舱3、水舱开口4、水下探照灯5、机械臂6、齿铲7、连接关节8、空气压缩机9、压缩空气管10、电动机11、蓄电池组12、单片机26、电缆27。

如图3所示的水泵及其连接装置的二维俯视结构图，图中包括捕捞水舱18、水泵19、第一控制阀门20、压缩空气管10、固定环23。

如图4所示的水上船体的二维侧视结构图，图中包括压缩空气管10、水泵管17、固定环23、漏斗管30、捕捞水舱18、第一控制阀门20、扬程管21、控制器28、电缆27、水泵19、第二控制阀门25、船体24、海参收集箱29。

以下将本发明分成四个部分进行详细说明。

参照图1～图4，本发明所述的适合水下捕捞作业的机器人，至少包括位于水下的潜艇舱、位于水上的船体24，以及控制系统和动力系统；

潜艇舱上设置有潜艇舱盖1、履带底盘2、机械臂6、齿铲7、连接关节8、推进器15；潜艇舱盖1保证潜艇舱壳体密封，履带底盘2设有2条、位于潜艇舱下端的两侧，履带底盘2采取贴着水底行进的方式运作；机械臂6通过连接关节8设置于潜艇舱盖1前端，齿铲7与机械臂6相连接，由连接关节8通过机械臂6来调整齿铲7的方向；齿铲7前端连有小齿铲14，齿铲7在向下挖掘时，小齿铲14拦截一些向外掉落的贝类，齿铲7和小齿铲14设计成圆弧形状(在捕捞水产品时把水产品向中间汇聚)；推进器15设置有四个，四个推进器15的垂直推进螺旋桨(水平推进螺旋桨)分别置于潜艇舱盖1四角的内部，控制推进器15旋转叶片或喷气(水)来产生推力，驱动潜艇舱的前进，并可以改变潜艇舱水下行进的方向；

船体24为一个能搭载的人和机械设备的运输工具，船体24上设置水泵管17、捕捞水舱18、水泵19、扬程管21、第一控制阀门20、漏斗管30、第二控制阀门25以及海参收集箱29；水泵19通过水泵管17与捕捞水仓18连接，水泵19是输送海水和海参的机械，它将原动机的机械能量传送给海水，使液体能量增加，将海水和海参通过水泵管17输送到捕捞水舱18，水泵19同时还和扬程管21相连接，海水从扬程管21扬出(特别的，水泵19为船舶泵)；捕捞水舱18底部经第一控制阀门20连接漏斗管30，第二控制阀门25设置在漏斗管30的下部，第二控制阀门25下方正对海参收集箱29(捕捞水舱18里的海参通过第一控制阀门20掉进漏斗管30，当海参全部进入漏斗管30时，第一控制阀门20关闭，第二控制阀门25开启，海参经过第二控制阀门25掉进海参收集箱29里)；

控制系统包括单片机26、电缆27和控制器28；单片机26设置在潜艇舱内，控制器28设置在船体24上，单片机26通过电缆27与控制器28相连接(单片机26通过电缆27把数据信号传输到船体24的控制器28上，然后由控制器28发送指令，并通过电缆27把命令传送回单片机26上)；单片机26与机械臂6、连接关节8、空气压缩机9、水下探照灯5、水下摄像机13、推进器15、收集箱16、履带底盘2通过信号线相连接；单片机26通过flex弯曲传感器控制机械臂6和连接关节8，并通过微型伺服马达驱动，控制机械臂6机械爪、连接关节8和齿铲7运动，完成抬臂、转臂、抓取和搬运物体等预定的简单动作；单片机26通过空气压缩机9内的压力传感器传来的数据信号，调节进气阀、排气阀和压风管道闸阀的开启、关闭，从而实现空气的压缩和储气罐内空气的释放；单片机26控制水下探照灯5和水下摄像机13的开启和关闭；推进器15通过单片机26控制其旋转叶片或喷气来产生推力；收集箱16通过单片机26控制其弹出与收回；履带底盘2通过单片机26控制其转动，从而实现机器人的前进与后退；

动力系统包括电动机11和蓄电池组12，电动机11和蓄电池组12分别置于潜艇舱的内舱；蓄电池组12与电动机11连接，用于将电能转化为机械能催动磁体转动，利用电磁驱动原理带动线圈转动，从而带动电动机11工作；同时蓄电池组12与控制器28和单片机26相连，用于提供整个机器人所需电量。

该机器人还包括功能系统，功能系统包括水舱3、水舱开口4、水下探照灯5、压缩空气管10、水下摄像机13、收集箱16、固定环23；

水舱3安装在履带底盘2上部，分布于潜艇舱盖1两侧，水舱3与水舱开口4相连接，当潜艇舱下潜时，水从水舱开口4进入到水舱3内以达到下潜的目的；水下探照灯5固定在潜艇舱盖1前端的齿铲7上方，以大功率LED为发光源，以耐腐蚀性的航空镁铝合金为筒身；压缩空气管10连接在船体24侧面，其目的是运输气体，空气压缩机9与压缩空气管10连接，空气压缩机9用来压缩潜艇舱内气体增加气体压力、使得潜艇舱上浮；水下摄像机13固定在水下探照灯5下方及潜艇舱盖1上，用于录制海下视频以达到人们监测水下情况并作出调整的目的；收集箱16位于潜艇舱内部下方，在齿铲7挖捕到贝类等海洋生物时，收集箱16从舱体内向外弹出，并接住从齿铲7中向下掉的贝类等海洋生物；固定环23用于将压缩空气管10和电缆27固定在船体24上。

单片机26采用现有技术下的STC单片机或PIC单片机或EMC单片机或ATMEL单片机(51单片机)或PHLIPIS 51PLC系列单片机，且具有GPS准确定位功能。

水下摄像机13采用LYYN HAWK集成板，在低能见度的情况下提供更好的视频，作业时提高能见度，也可以灵活调整以适应各种水下环境。

水下探照灯5采用大功率LED为发光源，利用现有技术多采用SST90，CREE XML T6，CREE XML U2，CREE XML L2，或者多种组合，密封性能好，防水深度大于150米，水下探照灯5采用Archon奥瞳的DG70W/DG150W，主要是均匀散光，适合本发明的水下工程拍照，水下录像、水下video视频等补光需求。

履带底盘2包括一镂空的履带导向架，在履带导向架上置有滑动导条。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之类，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适合水下捕捞作业的机器人，其特征在于：至少包括位于水下的潜艇舱、位于水上的船体(24)，以及控制系统和动力系统；

所述潜艇舱上设置有潜艇舱盖(1)、履带底盘(2)、机械臂(6)、齿铲(7)、连接关节(8)、推进器(15)；所述潜艇舱盖(1)保证潜艇舱壳体密封，所述履带底盘(2)设有2条、位于潜艇舱下端的两侧；所述机械臂(6)通过连接关节(8)设置于潜艇舱盖(1)前端，齿铲(7)与机械臂(6)相连接，由连接关节(8)通过机械臂(6)来调整齿铲(7)的方向；所述空气压缩机(9)用来压缩气体增加气体压力，与连接在船体(24)侧面的压缩空气管(10)连接；所述推进器(15)置于潜艇舱盖(1)内，用于驱动潜艇舱的前进并改变潜艇舱水下行进的方向；

所述船体(24)上设置水泵管(17)、捕捞水舱(18)、水泵(19)、扬程管(21)、第一控制阀门(20)、漏斗管(30)、第二控制阀门(25)以及海参收集箱(29)；水泵(19)通过水泵管(17)与捕捞水仓(18)连接，水泵(19)用于将海水和海参通过水泵管(17)输送到捕捞水舱(18)，水泵(17)同时还和扬程管(21)相连接，海水从扬程管(21)扬出；所述捕捞水舱(18)底部经第一控制阀门(20)连接漏斗管(30)，第二控制阀门(25)设置在漏斗管(30)的下部，第二控制阀门(25)下方正对海参收集箱(29)；

所述控制系统包括单片机(26)、电缆(27)和控制器(28)；单片机(26)设置在潜艇舱内，控制器(28)设置在船体(24)上，单片机(26)通过电缆(27)与控制器(28)相连接；

所述单片机(26)与机械臂(6)、连接关节(8)、空气压缩机(9)、水下探照灯(5)、水下摄像机(13)、推进器(15)、收集箱(16)、履带底盘(2)通过信号线相连接；所述动力系统包括电动机(11)和蓄电池组(12)，电动机(11)和蓄电池组(12)分别置于潜艇舱的内舱；蓄电池组(12)与电动机(11)连接，用于将电能转化为机械能催动磁体转动，利用电磁驱动原理带动线圈转动，从而带动电动机(11)工作；同时蓄电池组(12)与控制器(28)和单片机(26)相连，用于提供整个机器人所需电量。

2.如权利要求1所述的适合水下捕捞作业的机器人，其特征在于：该机器人还包括功能系统，所述功能系统包括水舱(3)、水舱开口(4)、水下探照灯(5)、压缩空气管(10)、水下摄像机(13)、收集箱(16)和固定环(23)；所述水舱(3)安装在履带底盘(2)上部，分布于潜艇舱盖(1)两侧，水舱(3)与水舱开口(4)相连接，当潜艇舱下潜时，水从水舱开口(4)进入到水舱(3)内以达到下潜的目的；所述水下探照灯(5)固定在潜艇舱盖(1)前端的齿铲(7)上方；所述压缩空气管(10)连接在船体24侧面，空气压缩机(9)与压缩空气管(10)连接；所述水下摄像机(13)固定在水下探照灯(5)下方及潜艇舱盖(1)上；所述收集箱(16)位于潜艇舱内部下方，在齿铲(7)挖捕到贝类海洋生物时，收集箱(16)从舱体内向外弹出，并接住从齿铲(7)中向下掉的贝类等海洋生物；所述固定环(23)用于将压缩空气管(10)和电缆(27)固定在船体(24)上。

3.如权利要求1所述的适合水下捕捞作业的机器人，其特征在于：所述推进器(15)设置有四个，四个推进器(15)的推进螺旋桨分别置于潜艇舱盖(1)四角的内部，推进器(15)通过单片机(26)控制其旋转叶片或喷气来产生推力。

4.如权利要求1所述的适合水下捕捞作业的机器人，其特征在于：所述齿铲(7)前端连有小齿铲(14)，齿铲(7)在向下挖掘时，小齿铲(14)拦截向外掉落的贝类。

5.如权利要求4所述的适合水下捕捞作业的机器人，其特征在于：所述齿铲(7)和小齿铲(14)设计成圆弧形状。

6.如权利要求1所述的适合水下捕捞作业的机器人，其特征在于：所述机械臂(6)和连接关节(8)上设置有flex弯曲传感器和微型伺服马达，单片机(26)通过flex弯曲传感器及微型伺服马达驱动，控制机械臂(6)、连接关节(8)和齿铲(7)运动，完成预定的抬臂、转臂、抓取和搬运物体动作。

7.如权利要求1所述的适合水下捕捞作业的机器人，其特征在于：所述空气压缩机(9)上设置压力传感器、调节进气阀、排气阀和压风管道闸阀，单片机(26)通过空气压缩机(9)内的压力传感器传来的数据信号，调节进气阀、排气阀和压风管道闸阀的开启、关闭，从而实现潜艇舱内空气的压缩和释放。

8.如权利要求1所述的适合水下捕捞作业的机器人，其特征在于：所述单片机(26)采用STC单片机或PIC单片机或EMC单片机或ATMEL单片机或PHLIPIS 51PLC系列单片机，且包括GPS定位模块。

9.如权利要求1所述的适合水下捕捞作业的机器人，其特征在于：所述水下探照灯(5)采用Archon奥瞳的DG70W/DG150W，发光源为大功率LED，筒身为耐腐蚀性的航空镁铝合金，防水深度大于150米。

10.如权利要求1所述的适合水下捕捞作业的机器人，其特征在于：所述履带底盘(2)包括一镂空的履带导向架，在履带导向架上置有滑动导条。