CN113028177B - 一种新型深远海网箱模块化机器人对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型深远海网箱模块化机器人对接装置，包括公头和母头，公头包括公头底座、外圈套筒和内圈套筒，外圈套筒可相对于公头底座上下滑动，内圈套筒可相对于外圈套筒上下滑动，内圈套筒内设置有公头磁极；母头包括母头底座和母头磁极，母头磁极与公头磁极的极性相异；内圈套筒上沿其周向设置有上下两圈弹簧销钉，弹簧销钉与母头磁极和公头磁极上的销钉卡槽相配合实现固定。本方案通过对母头和公头结构进行设计，通过公头磁极和母头磁极设计实现初步的定位与锁紧，结合凸台和凹台的设计实现二次定位，然后结合弹簧销钉及其卡槽的配合实现二次锁紧，最后通过外圈套筒挤压弹簧销钉实现进一步锁紧与固定，结构设计新颖，使用及应有前景广泛。

Description

一种新型深远海网箱模块化机器人对接装置

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种新型深远海网箱模块化机器人对接装置，实现深远海网箱的水下机器人模块之间的可靠对接。

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。但传统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，面对深海网箱智能化体系打造模块化机器人，包括水下机器人主体、网衣清理模块、网衣修补模块、死鱼回收模块、网箱巡查模块等，因此研制一种可以自己完成主体与其他模块对接的装置，完成深海网箱智能化体系，是目前深远海生态养殖亟待解决的问题之一。

现有技术中多是在岸上或手工完成对接，且对接装置安装后，模块与主体之间存在较大间距，这样机器人在具体工作时也会产生不稳定性，影响具有的操作效果；随着科技的发展对水下机器人的要求越来越高，且旨在实现水下机器人的自主运行，因此岸上对接远无法达到所需目标；而目前还未出现可靠稳定水下对接装置可以实现海洋牧场项目提供主体-模块和机器人-平台的无缝对接，亟待研发一款专用于水下的自主对接装置。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的缺陷，提出一种新型深远海网箱模块化机器人对接装置，通过对母头和公头结构进行设计，实现机器人主体与模块的无缝对接，同时保证对接的稳定性和可靠性。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种新型深远海网箱模块化机器人对接装置，所述模块化机器人包括机器人主体和模块，所述模块包括网衣清理模块、网衣修补模块、死鱼回收模块和网箱巡查模块，其特征在于，所述对接装置包括对应安装在机器人主体和模块上的公头和母头；

所述公头包括公头底座、外圈套筒和内圈套筒，外圈套筒设置在公头底座内且可相对于公头底座上下滑动，内圈套筒设置在外圈套筒内且可相对于外圈套筒上下滑动，内圈套筒内设置有公头磁极；所述母头包括母头底座，以及设置在母头底座内的母头磁极，母头磁极与公头磁极的极性相异；

所述内圈套筒上沿其周向设置有上下两圈弹簧销钉，所述公头磁极上沿其周向设置有一圈第一销钉卡槽，所述母头磁极上沿其周向设置有一圈第二销钉卡槽，所述第一销钉卡槽和第二销钉卡槽与内圈套筒上的两圈弹簧销钉相对应，通过弹簧销钉与对应磁极上卡槽的配合，实现公头和母头的进一步对接固定。

进一步的，所述公头底座的底部设置有液压活塞以及由液压罩围成的液压腔，内圈套筒和外圈套筒之间还设置有液压阀壁；

所述公头上设置有第一油路A和第二油路B，第一油路A与内圈套筒的一端连通，以推动内圈套筒向上滑动，所述第二油路B与外圈套筒的一端连通，以推动外圈套筒向上移动挤压弹簧销钉，且第二油路B的入口F远离第一油路A的出口，以保障在内圈套筒达到极限位置，弹簧销钉定位后，才通过第二油路B推动外圈套筒移动。

进一步的，为了实现公头和母头更好的对接，所述公头磁极和母头磁极中心位置对应设有相匹配的磁极凸台和磁极凹槽，当公头和母头两对接装置压到底部，磁极凸台与磁极凹槽相互卡住，实现预定位。

进一步的，为了进一步提高稳定性，实现公头和母头的无缝对接，所述内圈套筒的两端端面上还设置有多个套筒凹台，对应的在母头底座的内壁以及公头底座的内壁上设置有与套筒凹台匹配的底座凸台，通过套筒凹台和底座凸台的配合，进一步保证公头和母头对接的可靠性及稳定性。

进一步的，为了防止在未能良好定位但液压活塞开始工作时将内圈套筒推离出去，内圈套筒和外圈套筒都设有挡块定位，所述公头底座上设置有外圈套筒挡块，外圈套筒的外侧壁上设置有外滑槽，外圈套筒挡块相对于外滑槽上下滑动并通过外滑槽限位，所述内圈套筒的内侧壁上设置有内滑槽，公头磁极上设置有内圈套筒挡块，内圈套筒挡块相对于内滑槽上下滑动并通过内滑槽限位。

进一步的，所述外圈套筒挡块固定安装在公头底座上，公头磁极的内部开设有与液压腔连通的第五油路E，内圈套筒挡块设置在第五油路E的尾端，并可在液压作用下延伸至内滑槽内实现限位，组装完成后再通过液压活塞和第五油路E将内圈套筒挡块推出以凸出于公头磁极延伸至内滑槽内。

进一步的，所述外圈套筒的端部设有用以对弹簧销钉施压的外圈套筒弧形部S，其为五次多项式曲线构成，且外圈套筒弧形部S采用柔性材质制作，可以提高稳定性和寿命，避免磨损，减小摩擦。

进一步的，为了给弹簧销钉释压，所述公头磁极上还设置有与第一销钉卡槽连通的第四油路D，母头磁极上设置有与第二销钉卡槽连通的第三油路C，对接后第三油路C和第四油路D连通。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案通过对母头和公头结构进行设计，创新对接方式，通过公头磁极和母头磁极设计实现初步的定位与锁紧，结合凸台和凹台的设计实现二次定位，然后结合弹簧销钉及其卡槽的配合实现二次锁紧，最后通过外圈套筒挤压弹簧销钉实习进一步锁紧与固定，且对接装置整体通过一个液压泵即可实现自动控制，能够保证水下机器人主体和模块的无缝对接，大大增加对接成功几率，其应用前景广阔，在未来必将大放异彩。

附图说明

图1为本发明实施例深远海网箱模块化机器人主体与模块的对接示意图；

图2为本发明实施例所述公头和母头的预定位剖视结构示意图；

图3为本发明实施例所述公头结构示意图；

图4为本发明实施例所述母头结构示意图；

图5为为本发明实施例公头和母头预定位示意图；

图6为本发明实施例公头和母头初步定位示意图；

图7为本发明实施例第一油路A和第二油路B的放大结构示意图；

图8为本发明实施例所述公头和母头对接成功的对接锁紧示意图；

1、公头底座；2、外圈套筒；21、外滑槽；3、内圈套筒；31、内滑槽；32、套筒凹台；4、公头磁极；41、磁极凸台；42、第一销钉卡槽；5、外圈套筒挡块；6、内圈套筒挡块；7、弹簧销钉；8、液压阀壁；9、液压罩；10、液压活塞；11、母头磁极；111、磁极凹槽；112、第二销钉卡槽；12、母头底座；121、底座凸台；13、机器人主体；14、死鱼回收模块；15、公头；16、母头；A、第一油路；B、第二油路；C、第三油路；D、第四油路；E、第五油路；F、第二油路B的入口；S、外圈套筒弧形部。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合，且本实施例所述的“上下”等位置关系以图2所示方向为准。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

本实施例提出一种新型深远海网箱模块化机器人对接装置，考虑了海洋的腐蚀以及水密等问题，提出了对接公头15与母头16，如图1所示，公头15安装在机器人主体13上，母头16安装在模块14上(公头和母头安装位置也可以切换)，所述模块包括网衣清理模块、网衣修补模块、死鱼回收模块等，水下机器人主体同时可用作深海网箱观察级水下机器人，也可以用作给鱼类增氧机器人等；网衣清理模块由盘刷工作装置及履带等组成，负责清理深海牧场的网衣污垢；死鱼回收模块由坡板铲，回收箱，履带等组成，负责清理深海牧场的网衣堆积的死鱼，网衣修补模块由气缸构成的机械手工作装置组成，负责修补深海牧场的破损的网衣以实现水下机器人主体与对应功能模块的对接，完成相应的网衣清理、修补、死鱼回收或网箱巡查等任务。

具体的，如图1、图2和图3所示，所述公头15包括公头底座1、外圈套筒2和内圈套筒3，外圈套筒2设置在公头底座1内且可相对于公头底座1上下滑动，内圈套筒3设置在外圈套筒2内且可相对于外圈套筒2上下滑动，内圈套筒3内设置有公头磁极4；所述母头16包括母头底座12，以及设置在母头底座12内的母头磁极11，母头磁极11与公头磁极4的极性相异；

公头底座1的底部设置有液压活塞10以及由液压罩9围成的液压腔，内圈套筒3和外圈套筒2之间还设置有液压阀壁8，所述内圈套筒3上沿其周向设置有多组弹簧销钉7，同一条母线上，上下并排设置的两个弹簧销钉7为一组，即设置有上下两圈弹簧销钉；所述公头磁极4上沿其周向设置有一圈第一销钉卡槽42，所述母头磁极11上沿其周向设置有一圈第二销钉卡槽112，所述第一销钉卡槽42和第二销钉卡槽112与内圈套筒3上的两圈弹簧销钉相对应，通过弹簧销钉与对应磁极上卡槽的配合，实现公头15和母头16的进一步对接固定。

对接时，为了实现公头15和母头16更好的对接，所述公头磁极4和母头磁极11中心位置对应设有磁极凸台41和磁极凹槽111，当公头15和母头16两对接装置压到底部，磁极凸台41与磁极凹槽111相互卡住，具体如图5所示，实现预定位。而且，为了进一步提高稳定性，实现公头15和母头16的无缝对接，所述内圈套筒3的两端端面上还设置有多个套筒凹台32，对应的在母头底座12的内壁上设置有与套筒凹台32匹配的底座凸台121，通过套筒凹台32和底座凸台121的配合，进一步保证公头15和母头16对接的可靠性及稳定性。

本实施例采用液压的方式来控制实现公头15和母头16的对接，如图6所示，所述公头15上设置有第一油路A和第二油路B，第一油路A与内圈套筒3的一端连通，以推动内圈套筒3向上滑动，如图7所示，所述第二油路B与外圈套筒2的一端连通，以推动外圈套筒向上移动挤压弹簧销钉7，且第二油路B的入口F远离第一油路A的出口，以保障在内圈套筒3达到极限位置，弹簧销钉7定位后，才通过第二油路B推动外圈套筒2移动。而且，为了给弹簧销钉7释压，所述公头磁极4上还设置有与第一销钉卡槽42连通的第四油路D，母头磁极11上设置有与第二销钉卡槽112连通的第三油路C，对接后第三油路C和第四油路D连通。

另外，为了防止在未能良好定位但液压活塞10开始工作时将内圈套筒3推离出去，内圈套筒3和外圈套筒2都设有挡块定位，如图5和图6所示，所述公头底座1上设置有外圈套筒挡块5，外圈套筒2的外侧壁上设置有外滑槽21，外圈套筒挡块5相对于外滑槽21上下滑动并通过外滑槽21限位，所述内圈套筒3的内侧壁上设置有内滑槽31，公头磁极4上设置有内圈套筒挡块6，内圈套筒挡块6相对于内滑槽31上下滑动并通过内滑槽31限位。需要说明的是，本实施例中，外圈套筒挡块5为固定安装在公头底座1上，内圈套筒挡块6可以固定设置在公头磁极4的外侧壁上，为了方便内圈套筒3和外圈套筒2的组装，也可以在公头磁极4的内部开设有与液压腔连通的第五油路E，内圈套筒挡块6设置在第五油路E的尾端，组装完成后再通过液压活塞10和第五油路E将内圈套筒挡块6推出以凸出于公头磁极4延伸至内滑槽31内(初始通液压油时，一路油经由磁极内部的第五油路E将内圈套筒挡块顶出，限制后面过程中的内圈套筒行程)。

适用于液压驱动的或带有液压驱动的机械臂的水下机器人主体和模块对接，由底部的液压活塞10进行向上供油，在公头底座1、液压阀壁8和液压罩9上相应位置开通油路，同时在共同作用的情况下保证气密性，在油的输出动力下同样是内圈套筒及外圈套筒顺次分别向上运动，同时在外圈套筒的内壁挤压作用下将弹簧销钉锁紧。

对接时，先由水下机器人主体13进行探测，当探测到模块(如图5所示，本实施例以死鱼回收模块14为例)所处的位置时，可以利用短基阵声学定位控制机器人主体13移动到模块14的相应位置，公头15和母头16对接装置开始接近，然后利用机器人主体上的公头磁极4与模块上的母头磁极11的吸合进行预定位(图5)；然后在液压活塞10的作用下，通过第一油路A推动内圈套筒3向上移动，并在内圈套筒挡块6和内滑槽31的限位作用下，内圈套筒3推动到极限，其端部的套筒凹台32与母头底座12内壁上的底座凸台121扣合，内圈套筒3到达极限位置后，弹簧销钉7也到达对应磁极的卡槽位置，且每一组弹簧销钉7初步限位在第一销钉卡槽42和第二销钉卡槽112内，实现母头16和公头15的初步固定(图6)；内圈套筒3达到极限位置后，如图7所示，第二油路B开通(F为第二油路B的入口)，进而在第二油路B作用下推动外圈套筒2向上滑动，进而在外圈套筒2的作用下，进一步挤压弹簧销钉7，一圈弹簧销钉卡在公头磁极的第一销钉卡槽42中，另一圈弹簧销钉7卡在母头磁极的第二销钉卡槽112中，实现锁紧，大大增加锁紧力(图8)。

这里需要强调的是，在外圈套筒2在挤压弹簧销钉7时，为了防止产生刚性冲击，将柔性的冲击也最大化降低，外圈套筒2的端部设有外圈套筒弧形部S，其为五次多项式曲线构成，且外圈套筒弧形部S采用橡胶、硅胶等柔性材质，可以提高稳定性和寿命，避免磨损，减小摩擦。

本方案所提出的对接方式结构设计新颖，结合外圈套筒、内圈套筒以及具体对接方式的设计，通过一个液压泵即可实现自动控制(预先在公头15和母头16内填充液压油，使液压罩9或活塞10形成的空腔中充满液压油，实现液压油不泄露，然后通过外置液压泵驱动活塞10向上滑动，实现相应的控制)，能够保证水下机器人主体和模块的无缝对接，实现3次定位和2次锁紧，大大增加对接成功几率，实现少自由度解决问题，尤其是在深海牧场恶劣水下环境中，当采用液压驱动的水下机器人或者带有液压驱动的机械臂时，这种方式的优势又将扩大好多倍，在未来必将大放异彩。

另外，需要说明的是，公头和母头分离时，可通过液压泵驱动活塞10向下滑动，由于在公头15和母头16中液压油的压力恒定，油路中的液压油将反向运动，流回液压罩9和液压活塞10中形成的空腔中；首先，外圈套筒2在第二油路B的作用下向下滑动，与公头底座1实现紧固；然后内圈套筒3在第一油路A的作用下向下滑动，同时，弹簧销钉7脱离第二销钉卡槽112和第一销钉卡槽42，内嵌在内圈套筒3中，最终与公头底座1实现紧固，从而完成主体13和模块14的分离。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型深远海网箱模块化机器人对接装置，所述模块化机器人包括机器人主体(13)和模块(14)，所述模块(14)包括网衣清理模块、网衣修补模块、死鱼回收模块和网箱巡查模块，其特征在于，所述对接装置包括对应安装在机器人主体(13)和模块(14)上的公头(15)和母头(16)；

所述公头(15)包括公头底座(1)、外圈套筒(2)和内圈套筒(3)，外圈套筒(2)设置在公头底座(1)内且可相对于公头底座(1)上下滑动，内圈套筒(3)设置在外圈套筒(2)内且可相对于外圈套筒(2)上下滑动，内圈套筒(3)内设置有公头磁极(4)；所述母头(16)包括母头底座(12)，以及设置在母头底座(12)内的母头磁极(11)，母头磁极(11)与公头磁极(4)的极性相异；

所述内圈套筒(3)上沿其周向设置有上下两圈弹簧销钉(7)，所述公头磁极(4)上沿其周向设置有一圈第一销钉卡槽(42)，所述母头磁极(11)上沿其周向设置有一圈第二销钉卡槽(112)，所述第一销钉卡槽(42)和第二销钉卡槽(112)与内圈套筒(3)上的两圈弹簧销钉相对应。

2.根据权利要求1所述的新型深远海网箱模块化机器人对接装置，其特征在于：所述公头底座(1)的底部设置有液压活塞(10)以及由液压罩(9)围成的液压腔，内圈套筒(3)和外圈套筒(2)之间还设置有液压阀壁(8)；

所述公头(15)上设置有第一油路A和第二油路B，第一油路A与内圈套筒(3)的一端连通，以推动内圈套筒(3)向上滑动，所述第二油路B与外圈套筒(2)的一端连通，以推动外圈套筒向上移动挤压弹簧销钉(7)，且第二油路B的入口F远离第一油路A的出口。

3.根据权利要求1所述的新型深远海网箱模块化机器人对接装置，其特征在于：所述公头磁极(4)和母头磁极(11)中心位置对应设有相匹配的磁极凸台(41)和磁极凹槽(111)。

4.根据权利要求1所述的新型深远海网箱模块化机器人对接装置，其特征在于：所述内圈套筒(3)的两端端面上还设置有多个套筒凹台(32)，对应的在母头底座(12)的内壁以及公头底座(1)的内壁上设置有与套筒凹台(32)匹配的底座凸台(121)。

5.根据权利要求2所述的新型深远海网箱模块化机器人对接装置，其特征在于：所述公头底座(1)上设置有外圈套筒挡块(5)，外圈套筒(2)的外侧壁上设置有外滑槽(21)，外圈套筒挡块(5)相对于外滑槽(21)上下滑动并通过外滑槽(21)限位，所述内圈套筒(3)的内侧壁上设置有内滑槽(31)，公头磁极(4)上设置有内圈套筒挡块(6)，内圈套筒挡块(6)相对于内滑槽(31)上下滑动并通过内滑槽(31)限位。

6.根据权利要求5所述的新型深远海网箱模块化机器人对接装置，其特征在于：所述外圈套筒挡块(5)固定安装在公头底座(1)上，公头磁极(4)的内部开设有与液压腔连通的第五油路E，内圈套筒挡块(6)设置在第五油路E的尾端，并可在液压作用下延伸至内滑槽(31)内实现限位。

7.根据权利要求1所述的新型深远海网箱模块化机器人对接装置，其特征在于：所述外圈套筒(2)的端部设有用以对弹簧销钉(7)施压的外圈套筒弧形部S，且外圈套筒弧形部S采用柔性材质制作。

8.根据权利要求2所述的新型深远海网箱模块化机器人对接装置，其特征在于：所述公头磁极(4)上还设置有与第一销钉卡槽(42)连通的第四油路D，母头磁极(11)上设置有与第二销钉卡槽(112)连通的第三油路C，对接后第三油路C和第四油路D连通。

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