CN112591056A - 深远海网箱无人值守多功能水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海水养殖领域，特别是一种深远海网箱无人值守多功能水下机器人。包括机器人主体、毛刷式网箱清洗系统、病死鱼收集系统、网箱破洞修复系统，机器人主体包括机器人主体壳体、视觉系统、机器人运动系统和控制系统，视觉系统、机器人运动系统、控制系统和网箱破洞修复系统均设置在机器人主体壳体上。其用于深远海网箱的维护及破洞修补，对网箱上的附着物进行清理，对网箱内养殖生物的生长状态和生存环境进行监控，对网箱内病、死养殖生物进行捕捞清理。

Description

深远海网箱无人值守多功能水下机器人

技术领域

本发明涉及海水养殖领域，特别是一种深远海网箱无人值守多功能水下机器人。

背景技术

目前，海水养殖已成为对食品安全、国民经济和贸易平衡做出重要贡献的产业。但现有的粗放消耗式渔业生产方式，已导致中国大多数海域生态严重受损，并随之出现水产生物病害严重、养殖环境恶化等问题，严重制约了中国水产养殖业的健康可持续发展。海洋牧场建设是海洋渔业资源利用的重要方式，也是生态用海、科学用海的必然选择。深远海生态养殖网箱作为生态渔业养殖的主要方式，远离陆地且所处环境恶劣，为了保障生产安全，实现网箱养殖系统的无人值守及智能化监控，是目前深远海生态养殖亟待解决的问题。

目前现有的应用于海水养殖的水下机器人主要是检测网箱有无破损，观测养殖生物和监测水质。对于病、死养殖生物的捕捞清理、网箱上生物附着及其他黏附污染物的清理和网箱破洞的修复以及其他一些诸如饲料投放等监控的养殖问题并没有得到解决。网箱内的病、死养殖生物没有及时清除，影响网箱内养殖生物的生存环境；网箱上生物及其他污染物附着过多，导致网箱内外海水交换不畅通，影响网箱内的水质，影响养殖生物生长；鲨鱼等海洋生物对网箱撕咬等造成网箱破损，养殖生物逃逸造成严重减产，带来巨大的经济损失，并且目前没有机器人能实现网箱破洞修补，该技术目前国内外还是一片空白。针对以上问题，目前还没有水下机器人能够做到全面有效解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种深远海网箱无人值守多功能水下机器人，其用于深远海网箱的维护及破洞修补，对网箱上的附着物进行清理，对网箱内养殖生物的生长状态和生存环境进行监控，对网箱内病、死养殖生物进行捕捞清理。

本发明的技术方案是：一种深远海网箱无人值守多功能水下机器人，其中，包括机器人主体、毛刷式网箱清洗系统、病死鱼收集系统、网箱破洞修复系统，机器人主体包括机器人主体壳体、视觉系统、机器人运动系统和控制系统，视觉系统、机器人运动系统、控制系统和网箱破洞修复系统均设置在机器人主体壳体上；

所述毛刷式网箱清洗系统包括旋转毛刷和清洗系统底盘，清洗系统底盘与机器人主体壳体的底部固定连接，机器人主体壳体的对应两侧分别连接有旋转毛刷；

所述病死鱼收集系统包括收集箱和收集杆，收集箱与机器人主体壳体的底部固定连接，收集杆包括中心杆和沿中心杆的环形外壁间隔设置的收集叶片；

所述网箱破洞修复系统包括机械臂、四脚钉匣、钉匣伸缩臂、压钉直线电机、钉导、四脚钉、导槽底板和顶杆，四角钉闸内设有盛装四脚钉的长槽，四角钉闸的顶部设有导钉直线电机，导钉直线电机与钉勾连接，钉勾位于四角钉闸的长槽内，四脚钉匣与钉闸伸缩臂连接，四脚钉匣一端的上方设有压钉直线电机，压钉直线电机输出轴与顶杆连接，顶杆的底部固定有钉导，钉导与四角钉闸的长槽连通，钉导的正下方设有导槽底板，导槽底板通过连接杆与压钉直线电机的外壳固定连接，四脚钉匣通过压钉直线电机与机器人主体壳体连接，机械臂的一端与机器人主体壳体连接，机械臂的另一端设有机械爪。

本发明中，所述视觉系统包括高清水下摄像机、前置高清摄像机密封舱、超高流明水下灯、前置水下灯、顶部旋转台和机器人主体壳体，机器人主体壳体的顶部设有顶部旋转台，顶部旋转台的一端设有高清水下摄像机，顶部旋转台的另一端设有超高流明水下灯，顶部旋转台在水平面做旋转运动，超高流明水下灯和高清水下摄像机分别与顶部旋转台转动连接，且超高流明水下灯和高清水下摄像机在竖直平面做旋转运动，前置高清摄像机密封舱的前端设有前置高清摄像机密封舱玻璃罩，前置高清摄像机密封舱玻璃罩固定在机器人主体壳体的前端，机器人主体壳体的前端还设有前置水下灯；

所述机器人运动系统包括四个横向推进器和四个竖向推进器；

控制系统包括电源和控制器，电源放置在电源密封舱内，控制器放置在控制密封舱内，控制器分别与视觉系统、机器人运动系统、毛刷式网箱清洗系统、病死鱼收集系统、网箱破洞修复系统电连接。

本发明的有益效果是：

(1)能够对深远海网箱进行维护及破洞修补，及时解决养殖生物从网箱破洞处逃逸造成严重减产的问题；

(2)对网箱上的附着物进行全面有效清理，网箱内外水的交换更加顺畅，提高网箱内水质，对网箱内养殖生物的生长状态和生存环境进行监控，对网箱内病、死养殖生物进行捕捞清理；

(3)毛刷式网箱清洗系统和病死鱼收集系统与机器人主体之间通过锁紧插销进行自动接驳，按使用要求组合，这种多模块化的设计，使得本水下机器人具有较高扩展性，能通过更换不同的工作模块或工作系统完成特殊的任务。

综上所述，智能化的深远海网箱无人值守多功能水下机器人能够以较低的投入获得更大的产出，并且保障生产安全。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是主体水平推进器布置示意图；

图3是主体垂直推进器布置示意图；

图4是毛刷式网箱清洗系统的立体结构示意图；

图5是病死鱼收集系统的立体结构示意图；

图6是病死鱼收集系统中收集杆的结构示意图；

图7是机器人主体接驳网箱清洗系统的结构示意图；

图8是机器人主体接驳病死鱼收集系统的结构示意图；

图9是机器人主体接驳病死鱼收集系统的侧视结构示意图；

图10是网箱破洞修补系统的立体结构示意图；

图11是网箱破洞修补系统的侧视结构示意图；

图12是网箱破洞修补系统四脚钉固定网衣节点的结构示意图。

图中：1高清水下摄像机；2顶部旋转台；3超高流明水下灯；4水平推进器；5网箱破洞修补系统；6机械爪；7机械臂；8前置水下灯；9前置高清摄像机密封舱玻璃罩；10垂直推进器；11旋转毛刷；12收集杆；13收集箱；14前置高清摄像机密封舱；15控制密封舱；16电源密封舱；17网箱破洞待补网衣；18四脚钉匣；19钉勾；20导钉直线电机；21钉匣伸缩臂；22压钉直线电机；23钉导；24四脚钉；25导槽底板；26补丁网；27顶杆；28机器人主体壳体；29清洗系统底盘。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

如图1至图9所示，本发明所述的深远海网箱无人值守多功能水下机器人包括机器人主体、毛刷式网箱清洗系统、病死鱼收集系统、网箱破洞修复系统5，机器人主体包括机器人主体壳体28、视觉系统、机器人运动系统和控制系统，视觉系统、机器人运动系统、控制系统和网箱破洞修复系统5均设置在机器人主体壳体28上。

视觉系统包括高清水下摄像机1、前置高清摄像机密封舱14、超高流明水下灯3、前置水下灯8、顶部旋转台2和机器人主体壳体28。机器人主体壳体28的顶部设有顶部旋转台2，顶部旋转台2的一端设有高清水下摄像机1，顶部旋转台2的另一端设有超高流明水下灯3，顶部旋转台2可在水平面上做旋转运动，从而带动高清水下摄像机1和超高流明水下灯3旋转，以获取水下机器人前、后、左、右四个方向的画面。另外，超高流明水下灯3和高清水下摄像机1分别与顶部旋转台2转动连接，且超高流明水下灯3和高清水下摄像机1能够在竖直平面做旋转运动，以获取机器人上下两个方向的画面，因此超高流明水下灯3和高清水下摄像机1可以实现水下机器人周围环境的全面观察。前置高清摄像机密封舱14内有图像处理模块和一个可以做俯仰各55°，左右各60°旋转的云台摄像头，其视角能够覆盖机器人前方，主要用于近距离的观察分析。前置高清摄像机密封舱14的前端设有前置高清摄像机密封舱玻璃罩9，前置高清摄像机密封舱玻璃罩9固定在机器人主体壳体28的前端。机器人主体壳体28的前端还设有前置水下灯8，前置水下灯8为机械臂的操作补光，视觉系统根据高清水下摄像机1和云台摄像头所获取的画面，完成鱼群状态分析、网箱破洞检测等任务。

机器人运动系统包括四个横向推进器4和四个竖向推进器10，如图2和图3所示。四个横向推进器4之间按一定角度布置，通过控制四个横向推进器4，可实现机器人在水平面上做旋转和平移。四个竖向推进器10均为竖直布置，工作时产生的力垂直于机器人，通过控制四个竖向推进器10，实现了机器人在竖直平面上做旋转和平移。按不同方式控制横向推进器和竖向推进器，可以改变机器人的位姿和运动形式，从而使机器人完成不同方式的运动。

控制系统包括电源和控制器，电源放置在电源密封舱16内，控制器放置在控制密封舱15内。控制器分别与视觉系统、机器人运动系统、毛刷式网箱清洗系统、病死鱼收集系统、网箱破洞修复系统电连接，由控制器控制上述系统动作。

如图4和图7所示，毛刷式网箱清洗系统包括旋转毛刷11和清洗系统底盘29，清洗系统底盘29通过锁紧插销与机器人主体壳体28的底部固定连接，从而使毛刷式网箱清洗系统自动接驳在机器人主体上，机器人主体壳体28的对应两侧分别连接有旋转毛刷11。机器人主体为毛刷式网箱清洗系统提供电能，控制信号由机器人主体的控制系统传输、分析和处理。电机带动旋转毛刷11做旋转滚动运动，以清除网箱上的附着物。

如图5、图6和图8所示，病死鱼收集系统包括收集箱13和收集杆12，收集箱13通过锁紧插销与机器人主体壳体28的底部固定连接，从而使病死鱼收集系统自动接驳在机器人主体上，由机器人主体为病死鱼收集系统提供电能。控制信号由机器人主体的控制系统传输、分析和处理。收集杆12包括中心杆和沿中心杆的环形外壁间隔设置的收集叶片，中心杆由电机带动做旋转运动，中心杆上的叶片将病死鱼卷入收集箱13，从而实现了病死鱼的收集。

如图10至图12所示，网箱破洞修复系统5包括机械臂7、四脚钉匣18、钉匣伸缩臂21、压钉直线电机22、钉导23、四脚钉24、导槽底板25和顶杆27，四角钉闸18内设有盛装四脚钉24的长槽。四角钉闸8的顶部设有导钉直线电机20，导钉直线电机20与钉勾19连接，钉勾19位于四角钉闸18的长槽内，导钉直线电机20动作时，钉勾19将四脚钉24推向钉导23处。四脚钉匣18与钉闸伸缩臂21连接，通过钉闸伸缩臂21的伸缩，带动四脚钉匣18运动，当需要修补网箱时，钉闸伸缩臂21将四角钉闸18放至网箱破洞待补网衣17上；修补结束后，钉闸伸缩臂21将四角钉闸18收回。四脚钉匣18一端的上方设有压钉直线电机22，压钉直线电机22输出轴与顶杆27连接，顶杆27的底部固定有钉导23，钉导23与四角钉闸18的长槽连通。钉导23的正下方设有导槽底板25，导槽底板25通过连接杆与压钉直线电机22的外壳固定连接。四脚钉匣18通过压钉直线电机22与机器人主体壳体28连接，机械臂7的一端与机器人主体壳体28连接，机械臂7的另一端设有机械爪6。

网箱破洞修复原理为：在网箱破洞处覆盖一张能够盖住破洞的补丁网，将补丁网与网箱破洞处边缘的节点通过四脚钉捆扎固定，就可防止网箱内养殖生物逃出。利用网箱破洞修复系统实现网箱破洞修复的过程为：机器人先用机械臂7将四个角设有小勾的补丁网挂在网箱破洞处，网箱破洞修复系统5将导槽底板25从网箱的网孔伸出到网箱破洞待补网衣17一侧，压钉直线电机22工作，将顶杆27伸出，顶杆27挤压钉导23相对导槽底板25运动，钉导23的四个角插入两张网的网结的四个空隙，以使四脚钉24的每一个脚卡住一个孔，压钉直线电机22继续工作，顶杆27继续向下动作，顶杆27与导槽底板25之间的距离继续变小，钉导23在顶杆27的挤压下，将四脚钉24压在导槽底板25上，导槽底板25有能够使四脚钉24的钉角改变方向的槽，使四脚钉24的四个脚弯折，抱住两张网对应的网结。四脚钉匣18内装有一排四脚钉24，由导钉直线电机20拨动钉勾19，钉勾19四脚钉24推进并填补到钉导23内，以完成下一次网结的固定。钉匣伸缩臂21可以将整个网箱破洞修复系统5收进机器人主体壳体28内，使机器人主体的结构紧凑；当需要对网箱破洞进行修复时，钉匣伸缩臂21带动网箱破洞修复系统5，将其伸展出来。

以上对本发明所提供的深远海网箱无人值守多功能水下机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种深远海网箱无人值守多功能水下机器人，其特征在于：包括机器人主体、毛刷式网箱清洗系统、病死鱼收集系统、网箱破洞修复系统(5)，机器人主体包括机器人主体壳体(28)、视觉系统、机器人运动系统和控制系统，视觉系统、机器人运动系统、控制系统和网箱破洞修复系统(5)均设置在机器人主体壳体(28)上；

所述毛刷式网箱清洗系统包括旋转毛刷(11)和清洗系统底盘(29)，清洗系统底盘(29)与机器人主体壳体(28)的底部固定连接，机器人主体壳体(28)的对应两侧分别连接有旋转毛刷(11)；

所述病死鱼收集系统包括收集箱(13)和收集杆(12)，收集箱(13)与机器人主体壳体(28)的底部固定连接，收集杆(12)包括中心杆和沿中心杆的环形外壁间隔设置的收集叶片；

所述网箱破洞修复系统(5)包括机械臂(7)、四脚钉匣(18)、钉匣伸缩臂(21)、压钉直线电机(22)、钉导(23)、四脚钉(24)、导槽底板(25)和顶杆(27)，四角钉闸(18)内设有盛装四脚钉(24)的长槽，四角钉闸(8)的顶部设有导钉直线电机(20)，导钉直线电机(20)与钉勾(19)连接，钉勾(19)位于四角钉闸(18)的长槽内，四脚钉匣(18)与钉闸伸缩臂(21)连接，四脚钉匣(18)一端的上方设有压钉直线电机(22)，压钉直线电机(22)输出轴与顶杆(27)连接，顶杆(27)的底部固定有钉导(23)，钉导(23)与四角钉闸(18)的长槽连通，钉导(23)的正下方设有导槽底板(25)，导槽底板(25)通过连接杆与压钉直线电机(22)的外壳固定连接，四脚钉匣(18)通过压钉直线电机(22)与机器人主体壳体(28)连接，机械臂(7)的一端与机器人主体壳体(28)连接，机械臂(7)的另一端设有机械爪(6)。

2.根据权利要求1所述的深远海网箱无人值守多功能水下机器人，其特征在于：所述视觉系统包括高清水下摄像机(1)、前置高清摄像机密封舱()14、超高流明水下灯(3)、前置水下灯(8)、顶部旋转台(2)和机器人主体壳体(28)，机器人主体壳体(28)的顶部设有顶部旋转台(2)，顶部旋转台(2)的一端设有高清水下摄像机(1)，顶部旋转台(2)的另一端设有超高流明水下灯(3)，顶部旋转台(2)在水平面做旋转运动，超高流明水下灯(3)和高清水下摄像机(1)分别与顶部旋转台(2)转动连接，且超高流明水下灯(3)和高清水下摄像机(1)在竖直平面做旋转运动，前置高清摄像机密封舱14的前端设有前置高清摄像机密封舱玻璃罩(9)，前置高清摄像机密封舱玻璃罩(9)固定在机器人主体壳体(28)的前端，机器人主体壳体(28)的前端还设有前置水下灯(8)；

所述机器人运动系统包括四个横向推进器(4)和四个竖向推进器(10)；

控制系统包括电源和控制器，电源放置在电源密封舱(16)内，控制器放置在控制密封舱(15)内，控制器分别与视觉系统、机器人运动系统、毛刷式网箱清洗系统、病死鱼收集系统、网箱破洞修复系统电连接。

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