CN113500610A - 水下采收机器人 - Google Patents

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饶道龚
王维锐
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Abstract

本发明公开了一种水下采收机器人，包括机架，机架底部安装有行走机构，机架的位于行走方向的一侧安装有五轴机械手，五轴机械手的下方设有第一网箱，第一网箱上设有下方相机，五轴机械手的顶部分别安装有头部相机、水下照明装置和夹爪机构；行走机构适于在海床上行走，下方相机和头部相机适于识别着床位置，头部相机适于识别待采收目标，五轴机械手适于驱动夹爪机构运动到待采收目标附近，夹爪机构适于抓取待采收目标并将其送入第一网箱。本发明可自动采用无人方式自动采收海底生物，并能自动识别生物种类，根据不同种类生物的特点采用不同的抓取机构，可最大化保证不伤害生物体。

Description

水下采收机器人
技术领域
本发明涉及一种水下采收机器人。
背景技术
目前，海参、贝类和蟹类等海底生物采收主要依赖潜水员人工水下作业，没有海底自动采收设备进行采收作业，对潜水员技能要求高，作业人员劳动强度高，人身危险性较大。
发明内容
本发明的目的是解决目前采用人工潜水采收海底生物劳动强度高和人身危险性大的的技术问题。
为实现以上发明目的，本发明提供一种水下采收机器人，包括机架，所述机架底部安装有行走机构，机架的位于行走方向的一侧安装有五轴机械手，所述五轴机械手的下方设有第一网箱，所述第一网箱上设有下方相机，所述五轴机械手的顶部分别安装有头部相机、水下照明装置和夹爪机构；所述行走机构适于在海床上行走，所述下方相机和头部相机适于识别着床位置，所述头部相机适于识别待采收目标，所述五轴机械手适于驱动所述夹爪机构运动到待采收目标附近，所述夹爪机构适于抓取待采收目标并将其送入所述第一网箱。
进一步地，所述水下照明装置包括LED灯和激光灯；其中，所述LED灯用于所述行走机构行走时的照明，所述激光灯用于海水浑浊时或下潜深度超过20米以上时的照明。
进一步地，所述行走机构为履带行走机构，包括伺服电机、行星减速机、橡胶履带、承重轮、驱动轮和履带支架；所述伺服电机通过所述行星减速机连接至所述驱动轮，所述驱动轮安装在所述承重轮上，所述橡胶履带套设在所述履带支架上；所述伺服电机驱动所述行星减速机带动所述驱动轮转动，所述驱动轮为梯形齿轮并与所述橡胶履带啮合以带动橡胶履带移动；所述履带支架与所述驱动轮同轴，所述履带支架与驱动轮间隙配合，所述承重轮成对安装在所述履带支架的两侧。
进一步地，所述机架的上端面固定有推进器框架，所述推进器框架的顶部安装有多个推进器驱动机构，各所述推进器驱动机构分别驱动一个对应的推进器，以使所述机架在水中悬浮行进。
进一步地，所述推进器框架上安装有侧面相机，所述侧面相机适于识别所述第一网箱是否放满。
进一步地，所述机架的上端面设有防水配电箱。
进一步地，所述机架的上端面设有第二网箱，所述第二网箱的一端通过吸管连通至吸盘，另一端连通至离心泵，所述离心泵上设有排水口。
进一步地，所述第二网箱与所述离心泵之间设有过滤网。
进一步地，所述吸盘为柔性材质吸盘。
进一步地，根据所述吸盘的吸取次数来计数采收目标的数量，当计数值等于所述第二网箱的预设容量时，判断所述第二网箱已满。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可自动采用无人方式自动采收海底生物，并能自动识别生物种类，根据不同种类生物的特点采用不同的抓取机构，可最大化保证不伤害生物体。可根据海底地势法不同采用不同的行走方式，地形适应性强。
附图说明
图1是本发明一个实施例的立体示意图；
图2是本发明一个实施例的正视图；
图3是本发明一个实施例中的俯视图；
图4是本发明一个实施例中行走机构的结构示意图；
图5是本发明一个实施例中推进器摆动机构的结构示意图；
图6是本发明一个实施例中海参吸取及储存机构的结构示意图。
图中，1-履带行走机构，1-1-伺服电机，1-2-行星减速机，1-3-橡胶履带，1-4-承重轮，1-5-驱动轮，1-6-履带支架；
2-下部相机，3-五轴机械手，4-LED照明灯，5-激光灯，6-防水配电箱，7-机架,8-头部相机，9-夹爪机构，10-吸盘，10-1-吸管，11-推进器装置；
12-推进器摆动机构，12-1-伺服电机，12-2-行星减速机，12-3-连接板，12-4-输出轴转接盘；
13-第二网箱，13-1-过滤网，13-2-离心泵，13-3-排水口，14-推进器框架，15-侧面相机，16-第一网箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作优选说明。
如图1-图3所示，本发明水下采收机器人的一个实施例，包括机架7，所述机架7底部安装有行走机构，机架7的位于行走方向的一侧安装有五轴机械手3，所述五轴机械手3的下方设有第一网箱16，所述第一网箱16上设有下方相机2，所述五轴机械手3的顶部分别安装有头部相机8、水下照明装置和夹爪机构9；所述行走机构适于在海床上行走，所述下方相机2和头部相机8适于识别着床位置，所述头部相机8适于识别待采收目标，所述五轴机械手3适于驱动所述夹爪机构9运动到待采收目标附近，所述夹爪机构9适于抓取待采收目标并将其送入所述第一网箱16。
在一个实施例中，如图1-图2所示，所述水下照明装置包括LED灯4和激光灯5；其中，所述LED灯4用于所述行走机构行走时的照明，所述激光灯5用于海水浑浊时或下潜深度超过20米以上时的照明。激光灯5具有极强的穿透性，可在任何海况下为头部相机8识别待采收目标提供有效照明。
在一个实施例中，如图4所示，所述行走机构为履带行走机构1，包括伺服电机1-1、行星减速机1-2、橡胶履带1-3、承重轮1-4、驱动轮1-5和履带支架1-6；所述伺服电机1-1通过所述行星减速机1-2连接至所述驱动轮1-5，所述驱动轮1-5安装在所述承重轮1-4上，所述橡胶履带1-3套设在所述履带支架1-6上；所述伺服电机1-1驱动所述行星减速机1-2带动所述驱动轮1-5转动，所述驱动轮1-5为梯形齿轮并与所述橡胶履带1-3啮合以带动橡胶履带1-3移动；所述履带支架1-6与所述驱动轮1-5同轴，所述履带支架1-6与驱动轮1-5间隙配合，所述承重轮1-4成对安装在所述履带支架1-6的两侧，每侧4个承重轮1-4，两侧共8个承重轮1-4。由于自重，履带支架1-6和承重轮1-4重心始终朝下，橡胶履带1-3中间为梯形齿槽，两侧为导向槽，驱动轮1-5带动橡胶履带1-3转动时，承重轮1-4在橡胶履带1-3的两侧导向槽内转动，将橡胶履带1-3支撑起来，承重轮1-4由于自重始终和橡胶履带1-3与地面接触起到承重作用。
在一个实施例中，如图3所示，所述机架7的上端面固定有推进器框架14，所述推进器框架14的顶部安装有多个推进器驱动机构12，各所述推进器驱动机构12分别驱动一个对应的推进器11，以使所述机架7在水中悬浮行进。如图3所示的实施例中，推进器框架14上共装有四套推进器驱动机构12，每套推进器驱动机构12的末端安装有一个推进器11。如图5所示的实施例中，推进器驱动机构12包括伺服电机12-1、行星减速机12-2、连接板12-3和输出轴转接盘12-4，能够实现推进器11的转动。采用伺服电机12-1精确控制推进器11的摆动角度，可实现在前后左右及上下多维度的自由移动。
在一个实施例中，如图1所示，所述推进器框架14上安装有侧面相机15，所述侧面相机15适于识别所述第一网箱16是否放满。
在一个实施例中，如图1所示，所述机架7的上端面设有防水配电箱6。
在一个实施例中，如图6所示，所述机架7的上端面设有第二网箱13，所述第二网箱13的一端通过吸管10-1连通至吸盘10，另一端连通至离心泵13-2，所述离心泵13-2上设有排水口13-3。
在一个实施例中，如图6所示，所述第二网箱13与所述离心泵13-2之间设有过滤网13-1。
在一个实施例中，所述吸盘10为柔性材质吸盘。
在一个实施例中，根据所述吸盘10的吸取次数来计数采收目标的数量，当计数值等于所述第二网箱13的预设容量时，判断所述第二网箱13已满。
江瑶贝属于硬壳类生物，一般生长在水下海底20-50米泥沙地带，水下地势较为平坦。江瑶贝的采收工作原理如下：江瑶贝作业船通过卷扬机吊装本发明的机器人放置于海水中，卷扬机下降，机器人依靠重力慢慢潜入海水中，通过下部相机2和头部相机8识别机器人是否降到海底，机器人降到海底后，通过四套履带行走机构1在海底行走。通过LED灯4和激光灯5提供水下照明，通过头部相机8识别目标，当头部相机8扫描到目标物江瑶贝时，给出江瑶贝的3D视觉坐标，五轴机械手3根据目标坐标自行优化移动轨迹并移动到到目标位，夹爪机构9由伺服电机驱动，可调整夹爪角度和夹紧力矩，对目标物进行抓取，抓取完成后，五轴机械手3按照规划路径将江瑶贝放入下部的第一网箱16内。侧面相机15安装在推进器框架14的侧面，用于识别江瑶贝在第一网箱16内的放置位置以及是否放满。如放满，则结束此次作业。
海参属于软体生物，一般生长在海底岩石地带，水下地面多礁石，不适合履带行走。海参采摘工作原理：海参作业船通过卷扬机吊装本发明的机器人放置于海水中，卷扬机下降，机器人依靠重力慢慢潜入海水中，通过下部相机2和头部相机8识别确认机器人降到礁石上方。其中下部相机2为3D视觉相机，可查看机架7下方的海床上是否有礁石，并检测礁石距离机架7的距离。头部相机8安装在夹爪机构9的侧面，机器人下降时，五轴机械手3的夹爪水平伸出，通过头部相机8查看海底的地势情况。然后启动推进器11，进行前后左右及上下移动。通过LED灯4和激光灯5提供水下照明，下部相机2和头部相机8能够自动识别海参，通过推进器11和推进器摆动机构12的共同作用，机器人悬浮到海参上方，通过头部相机8识别目标，当头部相机8扫描到目标物海参时，给出海参的3D视觉坐标，五轴机械手3根据目标坐标，自行优化移动轨迹并移动到到目标位，同时启动离心泵13-2，海参将通过吸盘10进入吸管10-1，最终进入第二网箱13内。吸盘10为橡胶柔性材质吸盘，可防止抓伤海参。离心泵13-2为高压水泵，安装在第二网箱13的尾部，离心泵13-2抽水过程中，海参就会顺着水流进入吸盘10，抽入离心泵13-2的水通过排水口13-3排出。过滤网13-1可防止海参进入离心泵13-2。抓取的海参数量可由视觉识别自动计数，也可在吸盘10处设置计数装置进行自动计数。如，可将第二网箱13的容量设计为1000只，一次作业后或者第二网箱13装满后，船上的卷扬机将机器人吊起移动至作业船上，人工将第二网箱13内的海参取出。
需要特别指出的是，本发明的机器人具有至少两种工作模式，第一种是以采收硬壳类海底生物为代表的海底履带行走工作模式，准备着床时，主要通过下方相机2自动识别正下方是否有礁石，海底是否平坦。若海底平坦，则自动着床，然后基于履带行走机构自动开启水下采收作业（如江瑶贝采收作业）。第二种是以采收软体类海底生物为代表的悬浮行走工作模式，若下方相机2识别正下方有礁石，则报警提示船上操作人员此时不适合着床，需人工操作推进器11进行悬浮行走作业（如海参采收作业）。头部相机8主要用于水下行走作业时，自动识别前方障碍物和目标物，用于避障及抓取作业。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.水下采收机器人，其特征在于，包括机架（7），所述机架（7）底部安装有行走机构，机架（7）的位于行走方向的一侧安装有五轴机械手（3），所述五轴机械手（3）的下方设有第一网箱（16），所述第一网箱（16）上设有下方相机（2），所述五轴机械手（3）的顶部分别安装有头部相机（8）、水下照明装置和夹爪机构（9）；所述行走机构适于在海床上行走，所述下方相机（2）和头部相机（8）适于识别着床位置，所述头部相机（8）适于识别待采收目标，所述五轴机械手（3）适于驱动所述夹爪机构（9）运动到待采收目标附近，所述夹爪机构（9）适于抓取待采收目标并将其送入所述第一网箱（16）。
2.如权利要求1所述的水下采收机器人，其特征在于，所述水下照明装置包括LED灯（4）和激光灯（5）；其中，所述LED灯（4）用于所述行走机构行走时的照明，所述激光灯（5）用于海水浑浊时或下潜深度超过20米以上时的照明。
3.如权利要求1所述的水下采收机器人，其特征在于，所述行走机构为履带行走机构（1），包括伺服电机（1-1）、行星减速机（1-2）、橡胶履带（1-3）、承重轮（1-4）、驱动轮（1-5）和履带支架（1-6）；所述伺服电机（1-1）通过所述行星减速机（1-2）连接至所述驱动轮（1-5），所述驱动轮（1-5）安装在所述承重轮（1-4）上，所述橡胶履带（1-3）套设在所述履带支架（1-6）上；所述伺服电机（1-1）驱动所述行星减速机（1-2）带动所述驱动轮（1-5）转动，所述驱动轮（1-5）为梯形齿轮并与所述橡胶履带（1-3）啮合以带动橡胶履带（1-3）移动；所述履带支架（1-6）与所述驱动轮（1-5）同轴，所述履带支架（1-6）与驱动轮（1-5）间隙配合，所述承重轮（1-4）成对安装在所述履带支架（1-6）的两侧。
4.如权利要求1所述的水下采收机器人，其特征在于，所述机架（7）的上端面固定有推进器框架（14），所述推进器框架（14）的顶部安装有多个推进器驱动机构（12），各所述推进器驱动机构（12）分别驱动一个对应的推进器（11），以使所述机架（7）在水中悬浮行进。
5.如权利要求4所述的水下采收机器人，其特征在于，所述推进器框架（14）上安装有侧面相机（15），所述侧面相机（15）适于识别所述第一网箱（16）是否放满。
6.如权利要求1所述的水下采收机器人，其特征在于，所述机架（7）的上端面设有防水配电箱（6）。
7.如权利要求1所述的水下采收机器人，其特征在于，所述机架（7）的上端面设有第二网箱（13），所述第二网箱（13）的一端通过吸管（10-1）连通至吸盘（10），另一端连通至离心泵（13-2），所述离心泵（13-2）上设有排水口（13-3）。
8.如权利要求7所述的水下采收机器人，其特征在于，所述第二网箱（13）与所述离心泵（13-2）之间设有过滤网（13-1）。
9.如权利要求7所述的水下采收机器人，其特征在于，所述吸盘（10）为柔性材质吸盘。
10.如权利要求7所述的水下采收机器人，其特征在于，根据所述吸盘（10）的吸取次数来计数采收目标的数量，当计数值等于所述第二网箱（13）的预设容量时，判断所述第二网箱（13）已满。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20211015

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