CN111838065A - 一种鱼池清刷机器人及其清刷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鱼池清刷机器人及其清刷方法，解决了现有机器人进行鱼池清刷可靠度低、难以全面清刷的弊端，其技术方案要点是包括有机架、安装于机架两侧用于移动的移动机构、安装于机架底部用于对池壁进行清洗的清刷机构，还包括有竖直安装于机架以用于推动机架上浮与下潜的竖直螺旋桨推进器、沿机架长度方向水平安装于机架底部以用于推动机架前后移动的水平螺旋桨推进器，还包括有控制机构以及安装于机架上对控制机构进行密封安装的密封机构，本发明的一种鱼池清刷机器人，能稳定的进行池底及池壁的清刷作业，完成全覆盖清刷，可靠度高，结构、操作简易。

Description

一种鱼池清刷机器人及其清刷方法

技术领域

本发明涉及水下清洁设备，特别涉及一种鱼池清刷机器人及其清刷方法。

背景技术

工厂化水产养殖鱼池材质一般为混凝土或者玻璃钢，由于大量生物粘膜会附着在鱼池池底及池壁四周，因此需要定期清理及去除水中的附着物。水下鱼池清刷机器人可以在无人看管及操作的情况下对鱼池池底进行清刷，以保证水体清洁与卫生。

现有水下清刷设备有船体清刷机器人、网衣清洗机器人和泳池清洁机器人，一般都是通过动力装置驱动履带运转，从而在水下移动；通过滚刷或者盘形刷进行清洁作业，但现有清扫机器人对于池壁的清刷难度大，所需的功耗大，可靠度低，还有待改进的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种鱼池清刷机器人及其清刷方法，能稳定的进行池底及池壁的清刷作业，完成全覆盖清刷，可靠度高，结构、操作简易。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种鱼池清刷机器人，包括有机架、安装于机架两侧用于移动的移动机构、安装于机架底部用于对池壁进行清洗的清刷机构，还包括有竖直安装于机架以用于推动机架上浮与下潜的竖直螺旋桨推进器、沿机架长度方向水平安装于机架底部以用于推动机架前后移动的水平螺旋桨推进器，还包括有控制机构以及安装于机架上对控制机构进行密封安装的密封机构。

作为优选，所述机架的两侧向下延伸有安装板；所述移动机构包括有安装于安装板外侧的履带、安装于安装板内侧的驱动电机、穿设于安装板的传动轴、啮合于所述履带的内侧以实现联动的驱动轮、安装于安装板远离驱动轮的一侧且啮合于履带内侧壁的从动轮。

作为优选，所述履带的外表面均匀排列分布有若干用于吸附池壁的真空吸盘。

作为优选，所述清刷机构包括有安装于机架上表面的清刷电机、沿竖直方向穿设于机架且联动于清刷电机的旋转往复机构、联动连接于旋转往复机构的端部以往复运动进行清刷的盘形刷。

作为优选，所述旋转往复机构包括有通过联轴器与清刷电机连接的上传动轴、通过轴承连接于上传动轴以传递扭矩带动盘形刷旋转的滑动键、通过滑动轴承连接于滑动键以相对于滑动键做轴向运动的下传动轴，还包括有套设于上传动轴及滑动键以进行密封的上套筒和下套筒、套设于滑动键且底接于上套筒的表面及盘形刷的上表面之间以随着下传动轴的轴向运动进行弹力形变的弹簧。

作为优选，所述控制机构包括有进行控制的单片机主控模块、进行供电的电源模块、用于控制驱动电机及清刷电机执行动作的电机驱动模块、用于对池底环境进行检测采集的传感器模块、用于通讯以进行信息交互的通信模块；所述密封机构包括有对控制机构进行密封安装的密封舱，所述密封舱的前侧安装有供传感器模块进行检测的透视窗，还包括有固定连接于机架以用于固定密封舱的支撑架、可拆卸密封安装于密封舱后侧的后端盖。

一种鱼池机器人清刷方法，包括有以下步骤：

竖直螺旋桨推进器启动推送机器人下潜，并于达到池底时同时启动驱动电机及声呐设备，声呐设备进行扫描提取环境信息以构建鱼池的环境地图，并在环境地图上确定机器人位置；

移动机构通过履带及真空吸盘吸附进行移动，驱动电机进行动力驱动以带动履带行走，清刷电机启动以驱动盘形刷进行清刷工作，当在池壁上清刷时，通过真空吸盘吸附，并通过水平螺旋桨推进器提供沿平行于机架运动方向的推力，配合于驱动电机完成爬壁清刷，同时竖直螺旋桨推进器的出水方向反向垂直于池壁以推动移动机构紧贴池壁；

根据构建的环境地图进行清刷，当完成清刷作业时，驱动电机、清刷电机及水平螺旋桨推进器均停止作业，竖直螺旋桨推进器的出水方向朝向池底进而推动机器人向上运动完成上浮出水。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过在机架底部设置的清刷机构能够方便的进行清刷处理，竖直螺旋桨推进器和水平螺旋桨推进器配合于移动机构，能够使得机器人的下潜、上浮以及前后移动更加的易控及稳定；通过竖直螺旋桨推进器能够实现垂直于机架方向作用力的施加，竖直螺旋桨推进器出水方向的改变便捷的实现竖直方向的作用力调整，且在移动清刷时通过施加竖直方向的作用力能使得机器人与壁面的接触更加的充分，进而使得清刷更加的充分、高效；通过水平螺旋桨推进器实现水平于机架方向作用力的施加，通过出水方向的改变调整推力，配合于移动机构能够对机器人的前进及后退的控制更加的稳定；竖直螺旋桨推进器及水平螺旋桨推进器的配合，机器人在爬壁时能够通过推力的调整完成稳定的爬壁清刷，结构简单、操作更加的稳定、可靠。

附图说明

图1为本机器人的主视结构示意图；

图2为本机器人的仰视角度结构示意图；

图3为旋转往复结构的爆炸结构示意图；

图4为盘形刷与旋转往复机构部分的结构示意图；

图5为本机器人清刷方法的流程示意框图。

图中：1、机架；2、移动机构；21、履带；22、驱动电机；23、驱动轮；24、从动轮；25、真空吸盘；3、清刷机构；31、清刷电机；32、旋转往复机构；321、上套筒；322、下套筒；323、上传动轴；324、滑动键；325、下传动轴；326、弹簧；327、轴承；328、中间法兰；329、滑动轴承；33、盘形刷；4、密封机构；41、密封舱；42、透视窗；43、支撑架；44、后端盖；5、竖直螺旋桨推进器；6、水平螺旋桨推进器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

根据一个或多个实施例，公开了一种鱼池清刷机器人，如图1所示，包括有机架1、移动机构2、清刷机构3、密封机构4、竖直螺旋桨推进器5及水平螺旋桨推进器6。还包括有进行操作控制的控制机构。

如图1及图2所示，机架1的两侧设置有一体成型的安装板，沿机架1的两侧向下延伸设置。移动机构2通过与安装板固定连接，安装于机架1的两侧。移动机构2包括有安装于安装板外侧的履带21、安装于安装板内侧的驱动电机22、啮合于履带21的内侧与履带21实现联动的驱动轮23、啮合于履带21内侧远离驱动轮23的另一端的从动轮24。驱动电机22通过传动轴穿设于安装板进行传动，与驱动轮23联动安装，驱动轮23与从动轮24的中心轴线共线且平行于机架1的底面安装于安装板上，进而使得在驱动电机22的转动驱动下，主动轮转动后能驱动履带21啮合转动，从动轮24在另一端进行转动支撑。履带21的外表面均匀排布设置有若干真空吸盘25，优选的真空吸盘25沿着履带21的周向间隔设置有若干行，每行之间间隙小于真空吸盘25的直径，每行的真空吸盘25又沿着履带21的宽度间隔设置若干，在履带21的表面上均匀排布，通过真空吸盘25的吸附提供稳定的吸力，进而使得机器人能够稳定的在池底及池壁上运动。驱动电机22的上表面与机架1的底面固定连接实现稳定安装。

竖直螺旋桨推进器5沿着垂直于机架1的方向安装于机架1下底面，且连通穿设于机架1，竖直螺旋桨推进器5可设置有若干个，优选的，将竖直螺旋桨推进器5设置在机架1沿宽度方向的中间线上，竖直螺旋桨推进器5设置有两个，关于机架1的长度方向即前后方向上的中间线对称设置，进而使得竖直螺旋桨推进器5通过出水推动产生推力时，能稳定的垂直于机架1，保证机架1稳定的上浮和下潜避免歪斜，两个对称的设置能通过最小数量的设置使得推力更加的稳定均匀且消耗的能量最少，提高系统供能及运行的稳定性。同样，竖直螺旋桨推进器5可设置若干个关于机架1表面沿长度方向和宽度方向的两条中心线均呈对称分布设置，当推进器均位于其中一条中心线上时，推进器的数量设置为2的整数倍，当推进器均不位于任一一条中心线上时，推进器的个数设置为2的N次方个，N为自然整数，以保证竖直螺旋桨推进器5产生的推力均匀稳定垂直于机架1表面。

水平螺旋桨推进器6也优选设置有两个，水平固定安装于机架1的后侧，并沿着机架1长度方向的中心线对称设置，以使得水平螺旋桨推进器6进行出水推动时，产生均匀且稳定的作用力，以实现机架1的前进和后退推力。

竖直螺旋桨推进器5配合于水平螺旋桨推进器6，能够产生作用于机器人机架1的竖直及水平方向的推力，两者作用力相互垂直，进而方便简单的实现机器人的上浮、下潜、前进及后退。

清刷机构3包括有安装在机架1上表面的清刷电机31、沿竖直方向穿设于机架1且联动于清刷电机31的旋转往复机构32、联动连接于旋转往复机构32的端部以往复运动进行清刷的盘形刷33。

如图3所示，旋转往复机构32包括有通过联轴器与清刷电机31连接的上传动轴323、通过轴承327连接于上传动轴323以传递扭矩带动盘形刷33旋转的滑动键324、通过滑动轴承329连接于滑动键324以相对于滑动键324做轴向运动的下传动轴325、套设于滑动键324且抵接于上套筒321的表面及盘形刷33的上表面之间以随着下传动轴325的轴向运动进行弹力形变的弹簧326，还包括有套设于上传动轴323及滑动键324以进行密封的上套筒321和下套筒322，以保护内部部件不与水体接触。如图4所示，下传动轴325与上传动轴323之间通过滑动键324传递转矩，下传动轴325沿着滑动键324相对于上传动轴323做轴向运动；下传动轴325与盘形刷33之间螺纹连接。滑动轴承329下装有密封垫圈与下套筒322进行密封。

密封机构4包括有密封舱41、设置于密封舱41的前端的透明窗以及设置于密封舱41的后端用于密封的后端盖44，还包括有对密封舱41固定安装至机架1上的支撑架43，支撑架43设置有两个分别位于密封舱41的前后端进行固定安装。通过密封舱41对控制机构进行密封安装，以减少水下作业时对控制机构的使用影响。

控制机构包括有进行控制的单片机主控模块、进行供电的电源模块、用于控制驱动电机22及清刷电机31执行动作的电机驱动模块、用于对池底环境进行检测采集的传感器模块、用于通讯以进行信息交互的通信模块。单片机主控模块对移动机构2的运行轨迹进行设定，通过预设的清刷路径，机器人在池底进行清刷，完成全覆盖清刷作业。电源模块优选设置为锂电池，通过电源模块为整个系统提供能源，以保证各个机构及部件的正常工作供电需求。电机驱动模块响应于单片机主控模块，用于执行驱动动作，驱动电机22响应后以带动履带21开始行走，以实现机器人的行走驱动清刷电机31响应后启动以使得清刷电机31动作，进而使得盘形刷33进行清扫动作。传感器模块对池底环境进行检测传感，以采集获得池底环境的各项参数，主要通过声呐设备进行扫描提取环境信息，并且通过提取的环境信息构建鱼池的环境地图，以便于机器人在池底的定位及作业轨迹的控制，通过通信模块进行信号的传递。

当机器人进行运作时，将机器人放置于水面，通过机器人自身的重力及竖直螺旋桨推进器5的出水方向垂直于池底朝上，进而使得机器人受到的合力竖直向下，以完成下潜。待机器人达到池底后，履带21表面的真空吸盘25与池底接触后吸附，通过驱动电机22的启动，使得履带21行走运作，配合于真空吸盘25的吸附，使得机器人稳定的吸附前行。启动清刷电机31后，使得盘形刷33在清刷电机31的控制下进行内螺旋清扫以进行清扫，按照预设的清刷路径进行作业，完成全覆盖清扫。

当需要对池壁进行清扫时，通过真空吸盘25吸附于池壁提供一部分的吸附力，同时通过竖直螺旋桨推进器5朝向机架1上表面一侧出水推动，使得机架1受到垂直朝向池壁的推力，进而使得机器人能稳定的吸附在池壁上。在向上爬壁清扫时，水平螺旋桨推进器6向机架1的后方出水，进而使得机器人受到竖直朝前的推力，配合于驱动电机22的前行驱动，使得机器人能稳定的向上爬壁，以进行清扫；当机器人返回改变运动轨迹由池壁向池底一侧运行时，水平螺旋桨推进器6停止推动或改变出水方向，向机架1前侧出水且控制产生的推力小于驱动电机22所驱动机器人前行的驱动力，以使得机器人能稳定的向下爬壁完成清扫。

当完成池壁和池底的全覆盖清扫后，机器人需要上浮至水面，此时驱动电机22及水平螺旋桨推进器6关闭，竖直螺旋桨推进器5向池底竖直出水，以产生竖直方向的推力作用于机架1，进而使得机器人在竖直螺旋桨推进器5产生的推力作用下上浮，回到水面。

根据一个或多个实施例，公开了一种鱼池机器人清刷方法，如图5所示，包括有以下步骤：

启动后，竖直螺旋桨推进器5启动推送机器人下潜，并于达到池底时同时启动驱动电机22及声呐设备，声呐设备进行扫描提取环境信息以构建鱼池的环境地图，并在环境地图上确定机器人位置；

移动机构2通过履带21及真空吸盘25吸附进行移动，驱动电机22进行动力驱动以带动履带21行走，清刷电机31启动以驱动盘形刷33进行清刷工作，当在池壁上清刷时，通过真空吸盘25吸盘，并通过水平螺旋桨推进器6提供沿平行于机架1运动方向的推力，配合于驱动电机22完成爬壁清刷，同时竖直螺旋桨推进器5的出水方向反向垂直于池壁以推动移动机构2紧贴池壁；

根据构建的环境地图以及预设的清扫路径进行清刷，当完成清刷作业时，驱动电机22、清刷电机31及水平螺旋桨推进器6均停止作业，竖直螺旋桨推进器5的出水方向朝向池底进而推动机器人向上运动完成上浮出水。

具体的，在需要进行爬壁清刷时，通过真空吸盘25吸附于池壁提供一部分的吸附力，同时通过竖直螺旋桨推进器5朝向机架1上表面一侧出水推动，使得机架1受到垂直朝向池壁的推力，进而使得机器人能稳定的吸附在池壁上。在向上爬壁清扫时，水平螺旋桨推进器6向机架1的后方出水，进而使得机器人受到竖直朝前的推力，配合于驱动电机22的前行驱动，使得机器人能稳定的向上爬壁，以进行清扫；当机器人返回改变运动轨迹由池壁向池底一侧运行时，水平螺旋桨推进器6停止推动或改变出水方向，向机架1前侧出水且控制产生的推力小于驱动电机22所驱动机器人前行的驱动力，以使得机器人能稳定的向下爬壁完成清扫。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种鱼池清刷机器人，其特征是：包括有机架、安装于机架两侧用于移动的移动机构、安装于机架底部用于对池壁进行清洗的清刷机构，还包括有竖直安装于机架以用于推动机架上浮与下潜的竖直螺旋桨推进器、沿机架长度方向水平安装于机架底部以用于推动机架前后移动的水平螺旋桨推进器，还包括有控制机构以及安装于机架上对控制机构进行密封安装的密封机构。

2.根据权利要求1所述的鱼池清刷机器人，其特征是：所述机架的两侧向下延伸有安装板；所述移动机构包括有安装于安装板外侧的履带、安装于安装板内侧的驱动电机、穿设于安装板的传动轴、啮合于所述履带的内侧以实现联动的驱动轮、安装于安装板远离驱动轮的一侧且啮合于履带内侧壁的从动轮。

3.根据权利要求2所述的鱼池清刷机器人，其特征是：所述履带的外表面均匀排列分布有若干用于吸附池壁的真空吸盘。

4.根据权利要求1所述的鱼池清刷机器人，其特征是：所述清刷机构包括有安装于机架上表面的清刷电机、沿竖直方向穿设于机架且联动于清刷电机的旋转往复机构、联动连接于旋转往复机构的端部以往复运动进行清刷的盘形刷。

5.根据权利要求4所述的鱼池清刷机器人，其特征是：所述旋转往复机构包括有通过联轴器与清刷电机连接的上传动轴、通过轴承连接于上传动轴以传递扭矩带动盘形刷旋转的滑动键、通过滑动轴承连接于滑动键以相对于滑动键做轴向运动的下传动轴，还包括有套设于上传动轴及滑动键以进行密封的上套筒和下套筒、套设于滑动键且底接于上套筒的表面及盘形刷的上表面之间以随着下传动轴的轴向运动进行弹力形变的弹簧。

6.根据权利要求1所述的鱼池清刷机器人，其特征是：所述竖直螺旋桨推进器设置有若干且关于机架表面前后方向和左右方向的两条中心线均呈对称设置。

7.根据权利要求1所述的鱼池清刷机器人，其特征是：所述控制机构包括有进行控制的单片机主控模块、进行供电的电源模块、用于控制驱动电机及清刷电机执行动作的电机驱动模块、用于对池底环境进行检测采集的传感器模块、用于通讯以进行信息交互的通信模块；所述密封机构包括有对控制机构进行密封安装的密封舱，所述密封舱的前侧安装有供传感器模块进行检测的透视窗，还包括有固定连接于机架以用于固定密封舱的支撑架、可拆卸密封安装于密封舱后侧的后端盖。

8.一种鱼池机器人清刷方法，其特征是，包括有以下步骤：

竖直螺旋桨推进器启动推送机器人下潜，并于达到池底时同时启动驱动电机及声呐设备，声呐设备进行扫描提取环境信息以构建鱼池的环境地图，并在环境地图上确定机器人位置；

移动机构通过履带及真空吸盘吸附进行移动，驱动电机进行动力驱动以带动履带行走，清刷电机启动以驱动盘形刷进行清刷工作，当在池壁上清刷时，通过真空吸盘吸附，并通过水平螺旋桨推进器提供沿平行于机架运动方向的推力，配合于驱动电机完成爬壁清刷，同时竖直螺旋桨推进器的出水方向反向垂直于池壁以推动移动机构紧贴池壁；

根据构建的环境地图进行清刷，当完成清刷作业时，驱动电机、清刷电机及水平螺旋桨推进器均停止作业，竖直螺旋桨推进器的出水方向朝向池底进而推动机器人向上运动完成上浮出水。

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