CN111390933A - 一种工厂水产养殖用多功能机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工厂水产养殖用多功能机器人，设备支架上设有一组连接件，其中一连接件下方与水质监测装置固定连接，另一连接件下方与伸缩网装置连接；组合式机械臂的第一段机械臂上端通过万向旋转轴与可伸缩的第二段机械臂转动连接，第二段机械臂前端再通过万向旋转轴与第三段机械臂转动连接；第三段机械臂前端固定设置一辅助件，辅助件包括一分布有触点的触点端面，触点端面四周伸出一组爪形连接件；触点端面用于与设备支架上的连接件相配合，形成通信和供电；爪形连接件用于卡入连接件四周的卡口中，形成固定抓取；第一段机械臂上不同高度处设有至少两组视频框架，各视频框架四周方向安装有摄像机，摄像机用于视觉——行走控制及鱼池观察。

Description

一种工厂水产养殖用多功能机器人
技术领域
本发明涉及一种工厂水产养殖用多功能机器人，适用于具有众多养殖池的水产养殖工厂，属于渔业机械技术领域。
背景技术
基于水产福利养殖的理念，结合封闭循环水系统养殖环境可控性高的突出特点，倡导构建适合中国国情的工业化循环水福利养殖产业模式，已成为推动我国现代渔业可持续发展的战略需求。
现有技术中，工厂水产养殖的养殖车间维护是通过人工进行，既消耗人力，自动化程度不高，又容易使养殖中的鱼类产生应激反应，影响鱼类的正常生长。
发明内容
本发明的目的是提供一种工厂水产养殖用多功能机器人，通过此装置，可以实现养殖车间的自动巡视，减少操作人员进入养殖车间的次数，避免鱼类的应激反映，以满足在鱼类福利养殖概念下的系统要求，使鱼在最佳的条件下生长；同时又减少了因为人工操作产生的错误。
本发明采取以下技术方案：
一种工厂水产养殖用多功能机器人，包括行走平台，所述行走平台上设有设备支架3，组合式机械臂；所述设备支架3上设有一组连接件301，其中一连接件301下方与水质监测装置固定连接，另一连接件301下方与伸缩网装置连接；所述水质监测装置为由绞轮301a带动上升/下放的水质传感器301b，绞轮由其自带的动力机构驱动；所述伸缩网装置为由伸缩杆301c带动上升/下放的死鱼捕捞网301d；所述组合式机械臂包括竖直设置的可伸缩的第一段机械臂6，所述第一段机械臂6上端通过万向旋转轴9与可伸缩的第二段机械臂10转动连接，第二段机械臂10前端再通过万向旋转轴9与第三段机械臂11转动连接；所述第三段机械臂11前端固定设置一辅助件12，所述辅助件12包括一分布有触点12b的触点端面，触点端面四周伸出一组爪形连接件12a；所述触点端面用于与设备支架3上的连接件301相配合，形成通信和供电；所述爪形连接件12a用于卡入连接件301四周的卡口中，形成固定抓取；所述第一段机械臂6上不同高度处设有至少两组视频框架，各视频框架四周方向安装有摄像机，所述摄像机用于视觉——行走控制及鱼池观察。
优选的，所述行走平台包括底座2，和其下部安装的行走轮1，所述底座2四周设有用于安全防撞的距离传感器15。
优选的，所述底座2上海设有控制柜，作为整套工厂水产养殖用多功能机器人的控制中心。
优选的，所述视频框架分为位于下部的第一视频框架5和位于上部的第二视频框架8，第一视频框架5直接固定在底座2上，起到对第一段机械臂6的加固作用；所述第二视频框架8能够带动其上安装的第二组摄像器7上下转动，以便观察鱼池。
优选的，所述行走平台上海固定设置水质传感器清洗装置，所述水质传感器清洗装置内底部及四周均具有清洗喷头14，所述清洗喷头14通过清洗水泵13与清水槽13连接。
进一步的，所述清水槽13及清洗喷头14下方设置一污水槽，所述污水槽直接安装在所述底座2上。
一种工厂水产养殖用多功能机器人的工作方法，采用上述任意一项所述的工厂水产养殖用多功能机器人；车间环境记录：由人工控制机器人在车间进行一次行走，行走过程中，第一摄像机4和第二摄像机7拍摄车间所有设备和养殖池，通过机械视觉功能自动生成立体布局图；操作人员在布局图上进行标注设置，机器人在正式运行时根据标注设置自动运行；机器人行走控制：根据任务的设置，机器人自动行走至各设备和养殖池进行监测；机器人的行走通过底座下方的行走轮进行控制；通过第一摄像机4的拍摄和机械视觉功能来判断行走路线和指定行走程序，通过行走轮控制程序来控制行走轮的运动；底座四周的距离传感器15用于行走过程中防碰撞；底座底部的距离传感器15用于行走过程中的防坠落；巡视功能一：设备监测：当机器人行走至各设备时，通过第一摄像机4和第二摄像机7拍摄设备，并且通过机械视觉判断设备的运行状态；巡视功能二：水质监测：当机器人行走至水质监测点时，三个机械臂通过辅助件和水质监测机构的连接件进行连接；通过第一机械臂6的动作，将第二摄像机7伸至高于养殖池；通过旋转轴9将第二机械臂10旋转至养殖池水面上方；通过第二摄像机7判断水面高度；通过绞轮将水质传感器降水设定水深；数据监测完毕后通过绞轮将水质传感器升起,旋转第二机械臂10将水质传感器移至清洗装置上方；通过整体机械臂的调整将水质传感器置于传感器清洗装置中；启动清洗装置将水质传感器洗净，以备下一个鱼池使用；巡视功能三：养殖池清理；当机器人行走至养殖池时，通过第一机械臂1的动作升起第二摄像机2，观察养殖池是否需要清理，是否存在死鱼漂浮现象；如有需要，将第三机械臂11通过辅助件和清洗刷或伸缩网的连接件301相连；通过第二摄像机7识别和组合式机械臂的运动，实现对应的养殖池清理工序；同一套清洗刷或伸缩网不作用于不同的系统，防止系统直接的交叉感染。
进一步的，遇到以下情况，机器人将执行补给功能：机器人电量不足；机器人完成1轮巡视并达到补给点；水质传感器清洗装置清水槽水量不足；更换清洗刷或网罩；当机器人运行到补给点后，自动接同充电装置；开启清水槽的补水装置和污水槽的排污装置；通过机械臂运动，换下已经使用的清洗刷和伸缩网，换上备品；当完成补给后，自动等待下一次巡视或继续完成未完成的巡视。
本发明的有益效果在于：通过此装置，可以实现养殖车间的自动巡视，减少操作人员进入养殖车间的次数，避免鱼类的应激反映，以满足在鱼类福利养殖概念下的系统要求，使鱼在最佳的条件下生长；同时又减少了因为人工操作产生的错误。
附图说明
图1是工厂水产养殖用多功能机器人的结构图。
图2是辅助件的结构示意图。
图3是水质监测装置的结构图。
图4是伸缩网装置的结构图。
图5是工厂水产养殖用多功能机器人巡视流程示意图。
图6是工厂水产养殖用多功能机器人设备监测流程示意图。
图7是水质监测流程图。
图8是养殖池清洗流程图。
图中，1.行走轮，2.底座，3.设备支架，4.第一摄像机，5.第一视频框架，6.第一段机械臂，7.第二摄像机，8.第二视频框架，9.旋转轴，10.第二段机械臂，11.第三段机械臂，12.辅助件，13.清洗水泵，14.清洗喷头，15.距离传感器；12a.爪形连接件，12b.触点，301.连接件，301a.绞轮，301b.水质传感器，301c.伸缩杆，301d.捞取鱼池中杂物的网。
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4，一种工厂水产养殖用多功能机器人，包括行走平台，所述行走平台上设有设备支架3，组合式机械臂；所述设备支架3上设有一组连接件301，其中一连接件301下方与水质监测装置固定连接，另一连接件301下方与伸缩网装置连接；所述水质监测装置为由绞轮301a带动上升/下放的水质传感器301b，绞轮由其自带的动力机构驱动；所述伸缩网装置为由伸缩杆301c带动上升/下放的死鱼捕捞网301d；所述组合式机械臂包括竖直设置的可伸缩的第一段机械臂6，所述第一段机械臂6上端通过万向旋转轴9与可伸缩的第二段机械臂10转动连接，第二段机械臂10前端再通过万向旋转轴9与第三段机械臂11转动连接；所述第三段机械臂11前端固定设置一辅助件12，所述辅助件12包括一分布有触点12b的触点端面，触点端面四周伸出一组爪形连接件12a；所述触点端面用于与设备支架3上的连接件301相配合，形成通信和供电；所述爪形连接件12a用于卡入连接件301四周的卡口中，形成固定抓取；所述第一段机械臂6上不同高度处设有至少两组视频框架，各视频框架四周方向安装有摄像机，所述摄像机用于视觉——行走控制及鱼池观察。
继续参见图1-4，结构进一步详细介绍如下：
1)在底座上安装伸缩杆机械臂，机械臂分为3段，第1段和第2段具备收缩功能，3段之间通过360°旋转轴进行连接，具备空间各方位的自由运动功能。
2)在第3段机械臂上安装辅助件，辅助件包含连接装置和通信触点。连接装置由4个爪形连接件构成，用于和其他装置之间的固定；通信触点用于和其他装置直接的通信和供电。
3)在底座边缘安装4个距离传感器，在底座底部前端安装1个距离传感器，用于行走控制时防碰撞和防摔倒。
4)在底座上安装控制柜，用于机器人的控制，电源供给和通信。
5)在底座上可安装水质传感器清洗装置。该装置分为4个部分；清水槽；污水槽；清洗电机；清洗喷头。
6)在底座上可安装设备支架，用于放置水质监测装置、伸缩网、清洗刷等辅助装置。
7)水质监测装置由连接件、绞轮和水质传感器构成。连接件和第3段机械臂上的辅助件配套。
8)伸缩网装置有连接件、伸缩杆和网构成。连接件和第3段机械臂上的辅助件配套。
9)在底座上安装行走轮，可360°旋转。
10)在底座上安装视频框架1，在视频框架上安装4台摄像机，用于行走时的视频监视。
11)在第1段机械臂上安装视频框架2，在视频框架上安装4台摄像机，用于机械臂运动时的视频监视。
12)在补给点安装自动充电装置、补水装置、排水装置。
参见图6-8，本工厂水产养殖用多功能机器人工作时，采用以下的具体方法：
车间环境记录：由人工控制机器人在车间进行一次行走，行走过程中，第一摄像机4和第二摄像机7拍摄车间所有设备和养殖池，通过机械视觉功能自动生成立体布局图；操作人员在布局图上进行标注设置，机器人在正式运行时根据标注设置自动运行；机器人行走控制：根据任务的设置，机器人自动行走至各设备和养殖池进行监测；机器人的行走通过底座下方的行走轮进行控制；通过第一摄像机4的拍摄和机械视觉功能来判断行走路线和指定行走程序，通过行走轮控制程序来控制行走轮的运动；底座四周的距离传感器15用于行走过程中防碰撞；底座底部的距离传感器15用于行走过程中的防坠落；
巡视功能一：设备监测：当机器人行走至各设备时，通过第一摄像机4和第二摄像机7拍摄设备，并且通过机械视觉判断设备的运行状态；
巡视功能二：水质监测：当机器人行走至水质监测点时，三个机械臂通过辅助件和水质监测机构的连接件进行连接；通过第一机械臂6的动作，将第二摄像机7伸至高于养殖池；通过旋转轴9将第二机械臂10旋转至养殖池水面上方；通过第二摄像机7判断水面高度；通过绞轮将水质传感器降水设定水深；数据监测完毕后通过绞轮将水质传感器升起,旋转第二机械臂10将水质传感器移至清洗装置上方；通过整体机械臂的调整将水质传感器置于传感器清洗装置中；启动清洗装置将水质传感器洗净，以备下一个鱼池使用；
巡视功能三：养殖池清理；当机器人行走至养殖池时，通过第一机械臂1的动作升起第二摄像机2，观察养殖池是否需要清理，是否存在死鱼漂浮现象；如有需要，将第三机械臂11通过辅助件和清洗刷或伸缩网的连接件301相连；通过第二摄像机7识别和组合式机械臂的运动，实现对应的养殖池清理工序；同一套清洗刷或伸缩网不作用于不同的系统，防止系统直接的交叉感染。
遇到以下情况，机器人将执行补给功能：机器人电量不足；机器人完成1轮巡视并达到补给点；水质传感器清洗装置清水槽水量不足；更换清洗刷或网罩；当机器人运行到补给点后，自动接同充电装置；开启清水槽的补水装置和污水槽的排污装置；通过机械臂运动，换下已经使用的清洗刷和伸缩网，换上备品；当完成补给后，自动等待下一次巡视或继续完成未完成的巡视。
本发明在实施过程中，实现了机器人的行走控制；机械臂的控制；机器人的补给和配套装置；水质监测功能；巡视功能等。
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 (8)

1.一种工厂水产养殖用多功能机器人，其特征在于：
包括行走平台，所述行走平台上设有设备支架(3)，组合式机械臂；
所述设备支架(3)上设有一组连接件(301)，其中一连接件(301)下方与水质监测装置固定连接，另一连接件(301)下方与伸缩网装置连接；
所述水质监测装置为由绞轮(301a)带动上升/下放的水质传感器(301b)，绞轮由其自带的动力机构驱动；所述伸缩网装置为由伸缩杆(301c)带动上升/下放的死鱼捕捞网(301d)；
所述组合式机械臂包括竖直设置的可伸缩的第一段机械臂(6)，所述第一段机械臂(6)上端通过万向旋转轴(9)与可伸缩的第二段机械臂(10)转动连接，第二段机械臂(10)前端再通过万向旋转轴(9)与第三段机械臂(11)转动连接；所述第三段机械臂(11)前端固定设置一辅助件(12)，所述辅助件(12)包括一分布有触点(12b)的触点端面，触点端面四周伸出一组爪形连接件(12a)；
所述触点端面用于与设备支架(3)上的连接件(301)相配合，形成通信和供电；所述爪形连接件(12a)用于卡入连接件(301)四周的卡口中，形成固定抓取；
所述第一段机械臂(6)上不同高度处设有至少两组视频框架，各视频框架四周方向安装有摄像机，所述摄像机用于视觉——行走控制及鱼池观察。
2.如权利要求1所述的工厂水产养殖用多功能机器人，其特征在于：所述行走平台包括底座(2)，和其下部安装的行走轮(1)，所述底座(2)四周设有用于安全防撞的距离传感器(15)。
3.如权利要求1所述的工厂水产养殖用多功能机器人，其特征在于：所述底座(2)上海设有控制柜，作为整套工厂水产养殖用多功能机器人的控制中心。
4.如权利要求1所述的工厂水产养殖用多功能机器人，其特征在于：所述视频框架分为位于下部的第一视频框架(5)和位于上部的第二视频框架(8)，第一视频框架(5)直接固定在底座(2)上，起到对第一段机械臂(6)的加固作用；所述第二视频框架(8)能够带动其上安装的第二组摄像器(7)上下转动，以便观察鱼池。
5.如权利要求1所述的工厂水产养殖用多功能机器人，其特征在于：所述行走平台上海固定设置水质传感器清洗装置，所述水质传感器清洗装置内底部及四周均具有清洗喷头(14)，所述清洗喷头(14)通过清洗水泵(13)与清水槽(13)连接。
6.如权利要求5所述的工厂水产养殖用多功能机器人，其特征在于：所述清水槽(13)及清洗喷头(14)下方设置一污水槽，所述污水槽直接安装在所述底座(2)上。
7.一种工厂水产养殖用多功能机器人的工作方法，其特征在于：
采用权利要求1-6中任意一项所述的工厂水产养殖用多功能机器人；
车间环境记录：由人工控制机器人在车间进行一次行走，行走过程中，第一摄像机4和第二摄像机7拍摄车间所有设备和养殖池，通过机械视觉功能自动生成立体布局图；操作人员在布局图上进行标注设置，机器人在正式运行时根据标注设置自动运行；
机器人行走控制：根据任务的设置，机器人自动行走至各设备和养殖池进行监测；机器人的行走通过底座下方的行走轮进行控制；通过第一摄像机(4)的拍摄和机械视觉功能来判断行走路线和指定行走程序，通过行走轮控制程序来控制行走轮的运动；底座四周的距离传感器(15)用于行走过程中防碰撞；底座底部的距离传感器(15)用于行走过程中的防坠落；
巡视功能一：设备监测：当机器人行走至各设备时，通过第一摄像机(4)和第二摄像机(7)拍摄设备，并且通过机械视觉判断设备的运行状态；
巡视功能二：水质监测：当机器人行走至水质监测点时，三个机械臂通过辅助件和水质监测机构的连接件进行连接；通过第一机械臂(6)的动作，将第二摄像机(7)伸至高于养殖池；通过旋转轴(9)将第二机械臂(10)旋转至养殖池水面上方；通过第二摄像机(7)判断水面高度；通过绞轮将水质传感器降水设定水深；数据监测完毕后通过绞轮将水质传感器升起,旋转第二机械臂(10)将水质传感器移至清洗装置上方；通过整体机械臂的调整将水质传感器置于传感器清洗装置中；启动清洗装置将水质传感器洗净，以备下一个鱼池使用；
巡视功能三：养殖池清理；当机器人行走至养殖池时，通过第一机械臂(1)的动作升起第二摄像机(2)，观察养殖池是否需要清理，是否存在死鱼漂浮现象；如有需要，将第三机械臂(11)通过辅助件和清洗刷或伸缩网的连接件(301)相连；通过第二摄像机(7)识别和组合式机械臂的运动，实现对应的养殖池清理工序；同一套清洗刷或伸缩网不作用于不同的系统，防止系统直接的交叉感染。
8.如权利要求7所述的工厂水产养殖用多功能机器人的工作方法，其特征在于，还包括补给功能：
遇到以下情况，机器人将执行补给功能：机器人电量不足；机器人完成1轮巡视并达到补给点；水质传感器清洗装置清水槽水量不足；更换清洗刷或网罩；
当机器人运行到补给点后，自动接同充电装置；开启清水槽的补水装置和污水槽的排污装置；通过机械臂运动，换下已经使用的清洗刷和伸缩网，换上备品；当完成补给后，自动等待下一次巡视或继续完成未完成的巡视。
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