CN115107051A - 一种深海养殖网箱维护机器人及维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人遥控潜水器技术领域，公开了一种深海养殖网箱维护机器人，包括机架、密封舱、控制模块、图像采集模块、运动模块、清洗模块和修补模块，密封舱、图像采集模块、运动模块、清洗模块和修补模块设置在机架上，控制模块设置在密封舱内，图像采集模块用于采集水下图像，运动模块用于带动机器人移动以及调整机器人的姿态，清洗模块包括空化射流组件，空化射流组件设置在机架上，可对网箱进行空化射流清洗，清洗效率高且不损伤网箱，修补模块包括修复机械臂和辅助机械臂，辅助机械臂将网衣破损区域的两条边缘网线向中心位置合拢，修复机械臂将网衣破损区域的两条边缘网线收拢钉紧。本发明还提供一种基于上述机器人的深海养殖网箱维护方法。

Description

一种深海养殖网箱维护机器人及维护方法

技术领域

本发明涉及无人遥控潜水器技术领域，特别是涉及一种深海养殖网箱维护机器人及维护方法。

背景技术

在海水网箱养殖中，网箱的完好是网箱养殖的基本条件，网箱破损会导致养殖资源流失并造成经济损失。并且，网箱网衣附着物的增加也会增加网箱的整体重量，使网箱的阻力增加，严重影响到网箱的安全性和使用寿命。因此，海水网箱养殖中最主要的问题是如何对网箱网衣附着物清洗并对破损的网衣进行有效的修复。

目前，对于海水养殖网箱普遍的清洁方案主要有两种，一种是依靠人工潜水进行操作，清洗步骤繁杂，且危险系数较高。一种是水下机器人依靠高压射流的技术对网箱网衣进行清洗，但其清洗效果对于牡蛎、藤壶等贝类附着物相对有限。且上述的此类的清洗方案存在对网箱母材的损伤。同时，对于养殖网箱的破损目前的修复方式主要以潜水员下水修复为主，修复工作危险性高，且修复效率低下。

现有技术公开了一种深海抗风浪网箱网衣清洗装置及清洗方法，所述清洗装置所述深海抗风浪网箱包含圆形网箱框架、安装在网箱框架的网衣，网箱框架顶部安装有护栏管，所述网箱框架上通过第一可移动固定支架平台安装有框架轨道，框架轨道上安装有具有清洗喷头的清洗滑车，清洗喷头与提供高压水、电能、高压气的可移动主机平台连接。该专利是通过高压射流对网箱进行清洗的，对网箱的损害大，并且该专利的装置只能进行清洗，对网箱的网衣破损处无法修补，实用性不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可进行清洗和修复，并且效果好的深海养殖网箱维护机器人及维护方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种深海养殖网箱维护机器人，包括机架、密封舱、控制模块、图像采集模块、运动模块、清洗模块和修补模块，所述密封舱、所述图像采集模块、所述运动模块、所述清洗模块和所述修补模块设置在所述机架上，所述控制模块设置在所述密封舱内，所述图像采集模块用于采集水下图像，所述运动模块用于带动机器人移动以及调整机器人的姿态，所述清洗模块包括空化射流组件，所述空化射流组件设置在所述机架上，所述修补模块包括修复机械臂和辅助机械臂，所述辅助机械臂用于将网衣破损区域的两条边缘网线向中心位置合拢，所述辅助机械臂包括夹爪支架和四个夹爪，所述夹爪支架与所述机架连接，四个所述夹爪可相互靠近或远离地设置在所述夹爪支架上，所述修复机械臂用于将网衣破损区域的两条边缘网线收拢钉紧，所述修复机械臂包括承压支架、上压爪、下承爪、钉匣、U型修复钉和动态摄像头，所述承压支架与所述机架连接，所述动态摄像头连接在所述承压支架上，所述上压爪和所述下承爪可相互靠近或远离地设置在所述承压支架上，所述钉匣与所述上压爪连接，且所述钉匣位于所述上压爪与所述下承爪之间，所述钉匣具有钉槽，所述U型修复钉位于所述钉槽中，所述钉匣设有与所述钉槽相通的出钉孔，所述下承爪上设有承槽，所述承槽位于所述出钉孔的下方。

作为优选方案，所述运动模块包括水平运动机构和竖直运动机构，所述水平运动机构用于驱动机器人作水平方向运动，所述水平运动机构包括两个主推进器和两个副推进器，两个所述主推进器设于所述机架的后端且沿机架的中心轴线对称分布，两个所述副推进器设于所述机架的前端且沿所述机架的中心轴线对称分布；所述竖直运动机构用于驱动机器人作竖直方向运动，所述竖直运动机构包括两个垂降推进器，两个所述垂降推进器与所述机架连接且沿所述机架的前后方向设置；所述主推进器、所述副推进器和所述垂降推进器均可正反转。

作为优选方案，所述机架包括上层机架和下层机架，所述上层机架与所述下层机架可拆卸连接，所述上层机架包括支撑架和两个上层侧板，两个所述上层侧板平行间隔设置，所述支撑架位于两个所述上层侧板之间，且所述支撑架分别与两个所述上层侧板连接，所述密封舱与所述支撑架连接，所述主推进器和所述副推进器位于所述支撑架的下方，所述主推进器和所述副推进器与所述密封舱连接，所述上层侧板上设有过水孔，所述过水孔的位置低于所述支撑架的位置；所述下层机架包括第一支撑板、第二支撑板和两个下层侧板，两个所述下层侧板平行间隔设置，所述第一支撑板和所述第二支撑板位于两个所述下层侧板之间且上下间隔设置，所述第二支撑板的前后两端设有缺口，使所述第二支撑板为H型结构，两个所述垂降推进器均与所述第一支撑板连接且各自位于两端的所述缺口处。

作为优选方案，所述主推进器通过主推进器支架与所述密封舱铰接，所述副推进器通过副推进器支架与所述密封舱铰接。

作为优选方案，所述密封舱包括舱体和舱盖，所述舱体具有容置腔和与所述容置腔相通的舱口，所述舱盖安装在所述舱口处，且所述舱盖与所述舱体之间通过密封圈进行密封，所述控制模块包括控制器和连接电缆，所述控制器位于所述容置腔中，所述连接电缆与所述控制器连接，所述舱盖上设有供所述连接电缆穿出的连接孔，所述舱体上设有多个线孔，所述控制器与所述图像采集模块、所述运动模块、所述清洗模块和所述修补模块的连接线分别从多个所述线孔中穿过。

作为优选方案，所述图像采集模块包括探照灯和环境摄像头，所述探照灯和所述环境摄像头均设于所述密封舱的前端，所述环境摄像头通过防抖云台与所述密封舱的底面连接，所述探照灯通过照明支架与所述密封舱的顶面连接，且所述密封舱的顶面的前端为自后至前向下倾斜以形成斜面，所述照明支架连接于该所述斜面上。

作为优选方案，所述清洗模块还包括密封箱，所述空化射流组件包括压缩水泵、过滤器、射流管和空化喷嘴，所述密封箱连接在所述机架上，所述密封箱的箱壁上设有入水孔，所述压缩水泵和所述过滤器设于所述密封箱内，所述过滤器通过管道与所述压缩水泵连接，所述射流管位于所述密封箱外，所述空化喷嘴安装于所述射流管的一端，所述射流管的另一端伸入所述密封箱内且与所述压缩水泵连接，所述射流管通过射流支架安装在所述机架上。

作为优选方案，所述修复机械臂和所述辅助机械臂分别连接于所述机架的两侧，且所述修复机械臂和所述辅助机械臂均可沿所述机架的长度方向移动地与所述机架连接。

作为优选方案，所述修复机械臂还包括第一安装座、第一修复支杆和第二修复支杆，所述第一安装座与所述机架连接，所述第一安装座、所述第一修复支杆、所述第二修复支杆和所述承压支架依次转动连接；所述辅助机械臂包括第二安装座、第一辅助支杆和第二辅助支杆，所述第二安装座与所述机架连接，所述第二安装座、所述第一辅助支杆、所述第二辅助支杆和夹爪支架依次转动连接。

本发明还提供一种基于上述的深海养殖网箱维护机器人的深海养殖网箱维护方法，包括：

机器人入水，通过图像采集模块采集网箱的图像，获得网箱的形状、位置和尺寸；

根据网箱的形状、位置和尺寸，规划机器人的移动路径，其中，机器人从网箱的顶端开始，绕网箱一圈，然后，下降一个预设高度，继续绕网箱周向移动，循环往复，直至移动到网箱的底端；接着，机器人向上移动二个预设高度，并绕网箱一圈，之后上升一个预设高度，继续绕网箱周向移动，循环往复，直至移动到网箱的顶端；

在机器人的移动过程中，清洗模块对网箱进行空化射流清洗，同时，图像采集模块对网箱进行图像采集，根据采集到的图像判断网箱的网衣是否破损，若网衣破损，通过修补模块对网衣的破损区域进行修补，若无破损，机器人继续移动；

在对网箱的网衣进行修补时，辅助机械臂的夹爪张开，其中两个夹爪勾住网衣破损区域的其中一条边缘网线，另外两个夹爪勾住网衣破损区域的另一条边缘网线，接着，四个夹爪靠近，将网衣破损区域的两条边缘网线合拢；修复机械臂移动至夹爪合拢处，让网衣破损区域的两条边缘网线位于其上压爪和下承爪之间，上压爪向下承爪靠近，将钉匣中的U型修复钉压出，且U型修复钉的钉脚在承槽中向内弯曲，实现将网衣破损区域的两条边缘网线钉在一起。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过在机架上设置图像采集模块，可获得水下情况，为机器人的水下工作提供指导，并通过设置清洗模块，可对网箱进行清洗，且清洗模块包括空化射流组件，因此，清洗模块对网箱进行空化射流清洗，空化射流可使得水射流中产生高密度的空化泡，在物体表面局部微小区域溃灭产生的强大微射流冲击力而达到清洗坚硬污垢和附着海生物，对网箱的清洁效果好，另外，本发明设置了修补模块，可对网箱的网衣破损区域进行修补，修补模块包括修复机械臂和辅助机械臂，先通过辅助机械臂将网衣破损区域的边缘网线拉近，再通过修复机械臂将U型修复钉安装在网衣破损区域的边缘网线上，将网衣破损区域的边缘网线钉在一起，从而实现对网衣破损区域的修补，此修复方式效率高、修补效果好。

附图说明

图1是本发明实施例的深海养殖网箱维护机器人的结构示意图。

图2是本发明实施例的深海养殖网箱维护机器人的侧视图。

图3是本发明实施例的深海养殖网箱维护机器人的正视图。

图4是本发明实施例的机架的结构示意图。

图5是本发明实施例的上层机架的结构示意图。

图6是本发明实施例的下层机架的结构示意图。

图7是本发明实施例的运动模块与机架的连接示意图。

图8是本发明实施例的水平运动机构的布置示意图。

图9是本发明实施例的竖直运动机构的布置示意图。

图10是本发明实施例的密封舱的结构示意图。

图11是本发明实施例的图像采集模块与密封舱的连接示意图。

图12是本发明实施例的清洗模块与机架的连接示意图。

图13是本发明实施例的密封箱内的布置示意图。

图14是本发明实施例的修补模块在机架上的布置示意图。

图15是本发明实施例的修补模块与机架的移动结构的示意图。

图16是本发明实施例的辅助机械臂的夹爪支架和夹爪的结构示意图。

图17是本发明实施例的修复机械臂的执行端的结构示意图。

图18是本发明实施例的数据采集模块的结构示意图。

图中，1-机架；101-上层机架；1011-支撑架；1012-上层侧板；1013-过水孔；102-下层机架；1021-第一支撑板；1022-第二支撑板；1023-下层侧板；1024-缺口；103-连接件；2-密封舱；201-舱体；202-舱盖；203-容置腔；204-舱口；205-线孔；3-修复机械臂；301-承压支架；302-上压爪；303-下承爪；3031-承槽；304-钉匣；3041-钉槽；305-U型修复钉；306-动态摄像头；307-第一安装座；308-第一修复支杆；309-第二修复支杆；310-压片；311-连杆；4-辅助机械臂；401-夹爪支架；402-夹爪；403-第二安装座；404-第一辅助支杆；405-第二辅助支杆；406-液压杆；407-第一铰接杆；408-第二铰接杆；5-主推进器；6-副推进器；7-垂降推进器；8-主推进器支架；9-副推进器支架；10-控制器；11-连接电缆；12-探照灯；13-环境摄像头；14-防抖云台；15-照明支架；16-温度传感器；17-水深水压传感器；18-温度支架；19-深压支架；20-密封箱；2001-入水孔；21-压缩水泵；22-过滤器；23-射流管；24-空化喷嘴；25-射流支架；26-轨道座；27-移动电机；28-传送带；29-导轨。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例一

如图1至图18所示，本发明优选实施例的一种深海养殖网箱维护机器人，包括机架1、密封舱2、控制模块、图像采集模块、运动模块、清洗模块和修补模块，密封舱2、图像采集模块、运动模块、清洗模块和修补模块设置在机架1上，控制模块设置在密封舱2内，图像采集模块用于采集水下图像，运动模块用于带动机器人移动以及调整机器人的姿态，清洗模块包括空化射流组件，空化射流组件设置在机架1上，修补模块包括修复机械臂3和辅助机械臂4，辅助机械臂4用于将网衣破损区域的两条边缘网线向中心位置合拢，辅助机械臂4包括夹爪支架401和四个夹爪402，夹爪支架401与机架1连接，四个夹爪402可相互靠近或远离地设置在夹爪支架401上，修复机械臂3用于将网衣破损区域的两条边缘网线收拢钉紧，修复机械臂3包括承压支架301、上压爪302、下承爪303、钉匣304、U型修复钉305和动态摄像头306，承压支架301与机架1连接，动态摄像头306连接在承压支架301上，上压爪302和下承爪303可相互靠近或远离地设置在承压支架301上，钉匣304与上压爪302连接，且钉匣304位于上压爪302与下承爪303之间，钉匣304具有钉槽3041，U型修复钉305位于钉槽3041中，钉匣304设有与钉槽3041相通的出钉孔，下承爪303上设有承槽3031，承槽3031位于出钉孔的下方。本实施例通过在机架1上设置图像采集模块，可获得水下情况，为机器人的水下工作提供指导，并通过设置清洗模块，可对网箱进行清洗，且清洗模块包括空化射流组件，因此，清洗模块对网箱进行空化射流清洗，空化射流可使得水射流中产生高密度的空化泡，在物体表面局部微小区域溃灭产生的强大微射流冲击力而达到清洗坚硬污垢和附着海生物，对网箱的清洁效果好，另外，本实施例设置了修补模块，可对网箱的网衣破损区域进行修补，修补模块包括修复机械臂3和辅助机械臂4，先通过辅助机械臂4将网衣破损区域的边缘网线拉近，再通过修复机械臂3将U型修复钉安装在网衣破损区域的边缘网线上，将网衣破损区域的边缘网线钉在一起，从而实现对网衣破损区域的修补，此修复方式效率高、修补效果好。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，在实施例一的基础上，本实施例对机架1和运动模块作进一步的说明。

在本实施例中，运动模块包括水平运动机构和竖直运动机构，水平运动机构用于驱动机器人作水平方向运动，水平运动机构包括两个主推进器5和两个副推进器6，两个主推进器5设于机架1的后端且沿机架1的中心轴线对称分布，两个副推进器6设于机架1的前端且沿机架1的中心轴线对称分布；竖直运动机构用于驱动机器人作竖直方向运动，竖直运动机构包括两个垂降推进器7，两个垂降推进器7与机架1连接且沿机架1的前后方向设置，本实施例的两个垂降推进器7沿机架1的中心轴线设置；主推进器5、副推进器6和垂降推进器7均可正反转。通过设置对称的主推进器5和副推进器6，能够在稳定驱动机器人前进和后退的同时，提高机器人改变转向的能力和转向速度，从而适应深水养殖区域的复杂的环境。两个垂降推进器7沿机架1的前后方向设置，从而可对称的输出竖直升力，提高机器人在上升和下降过程中的平稳性，另一方面，通过沿着机架1的轴线分布的垂降推进器7推动作用，配合水平运动机构，能够快速调节机器人在水中的姿态，以满足不同角度和不同位置的网箱清洗和网箱修复等作业需求。当然，可以理解的是所述的推进器为喷水推进器，在螺旋桨的带动下，吸入水流并排出水流产生反作用力，从而推动机器人运动。本实施例的主推进器5、副推进器6和垂降推进器7均可正反转，从而能够在不同的需求情况下输出相反方向的水流，产生相反方向的推力。在机器人需要进行水平的转向时，位于矩形的对角线上的主推进器5和副推进器6共同正转或共同反转输出，能够提供双倍的切向力，提高机器人在水平方向的转动速度和动力大小。

在本实施例中，机架1包括上层机架101和下层机架102，上层机架101与下层机架102可拆卸连接，上层机架101包括支撑架1011和两个上层侧板1012，两个上层侧板1012平行间隔设置，支撑架1011位于两个上层侧板1012之间，且支撑架1011分别与两个上层侧板1012连接，密封舱2与支撑架1011连接，主推进器5和副推进器6位于支撑架1011的下方，主推进器5和副推进器6与密封舱2连接，上层侧板1012上设有过水孔1013，过水孔1013的位置低于支撑架1011的位置；下层机架102包括第一支撑板1021、第二支撑板1022和两个下层侧板1023，两个下层侧板1023平行间隔设置，第一支撑板1021和第二支撑板1022位于两个下层侧板1023之间且上下间隔设置，第二支撑板1022的前后两端设有缺口1024，使第二支撑板1022为H型结构，两个垂降推进器7均与第一支撑板1021连接且各自位于两端的缺口1024处。

本实施例的机架1作为承载结构，用于密封舱2、图像采集模块、运动模块、清洗模块和修补模块的安装。机架1采用耐腐蚀，重量轻，质地坚硬的材料制作而成。在本实施例中，上层机架101和下层机架102通过连接件103连接在一起。上层机架101的上层侧板1012上设有第一螺孔，下层机架102的下层侧板1023上设有第二螺孔，连接件103上设有第三螺孔和第四螺孔，第三螺孔与第一螺孔通过螺栓连接，第四螺孔与第二螺孔通过螺栓连接，从而将上层机架101和下层机架102连接在一起。本实施例将机架1分为上层机架101和下层机架102，上层机架101位于下层机架102的上方，使机架1为上下两层式固定结构，便于运输和安装组件。

本实施例的支撑架1011包括支撑横条和支撑纵条，支撑横条的两端与两个上层侧板1021连接，支撑纵条与各支撑横条垂直连接。支撑架1011用于承载密封舱2。本实施例可通过增加支撑横条的数量，以及调整相邻的两个支撑横条的间距，从而达到提高刚度和提高防撞能力的效果。本实施例的支撑架1011与上层侧板1021通过螺栓连接。

第一支撑板1021和第二支撑板1022与下层侧板1023均分别通过螺栓连接。第二支撑板1022采用H型结构，不仅能够实现第二支撑板1022与两个下层侧板1023之间的连接固定，还能够保证安装于第一支撑板1021的垂降推进器7的输出水流通过和吸入水流，可有效避免因支撑板遮挡水流路径导致的驱动力过小或不足的问题。

本实施例的两个主推进器5和两个副推进器6是安装于密封舱2的四个角上，过水孔1013可解决表面因上层侧板1012遮挡影响水流路径而导致的驱动力过小或不足的问题。垂降推进器7位于第一支撑板1021和第二支撑板1022之间，缺口1024用于使垂降推进器7的输出水流通过和吸入水流，可防止表面因下层侧板1023遮挡影响水流路径而导致的驱动力过小或不足的问题。

进一步地，本实施例的主推进器5通过主推进器支架8与密封舱2铰接，副推进器6通过副推进器支架9与密封舱2铰接。可改变主推进器5和副推进器6的水流角度，进行更为精密的水平方向的角度和位置变化。本实施例在密封舱2上设置第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机与主推进器支架8连接以带动主推进器支架8转动，第二伺服电机与副推进器支架9连接以带动副推进器支架9转动，可通过控制模块控制第一伺服电机和第二伺服电机来改变主推进器5和副推进器6的朝向，从而获取更多样的推进效果。

具体地，本实施例的机架1上设置有陀螺仪，陀螺仪、主推进器5、副推进器6和垂降推进器7与控制模块通信连接，控制模块接收陀螺仪的检测信号，通过PID算法来对主推进器5、副推进器6和垂降推进器7进行闭环控制，从而进行机器人的运动以及姿态调整。本实施例的控制模块控制垂降推进器7，使机器人保持稳定的工作姿态；控制模块控制主推进器5、副推进器6的正反转、转速和朝向进行水平方向的行进、后退与转向，从而调整机器人的运动和姿态。

本实施例的其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例三

本实施例与实施例二的区别在于，在实施例二的基础上，本实施例对密封舱2、控制模块和图像采集模块作进一步的说明。

在本实施例中，密封舱2包括舱体201和舱盖202，舱体201具有容置腔203和与容置腔相通的舱口204，舱盖202安装在舱口204处，且舱盖202与舱体201之间通过密封圈进行密封，控制模块包括控制器10和连接电缆11，控制器10位于容置腔203中，连接电缆11与控制器10连接，舱盖202上设有供连接电缆11穿出的连接孔，舱体201上设有多个线孔205，控制器10与图像采集模块、运动模块、清洗模块和修补模块的连接线分别从多个线孔205中穿过。图像采集模块、运动模块、清洗模块和修补模块将各自的信号传输至控制器10，控制器10对图像采集模块、运动模块、清洗模块和修补模块进行控制，且控制器10将信号通过连接电缆11传输至水上控制中心。控制器10负责整个机器人的控制工作以及对接收到的数据进行处理和发送工作，连接电缆11用于实现水面上与机器人之间的供电和信息传输。密封舱2对控制器10起到紧密保护的作用。

本实施例的图像采集模块包括探照灯12和环境摄像头13，探照灯12和环境摄像头14均设于密封舱2的前端，环境摄像头13通过防抖云台14与密封舱2的底面连接，探照灯12通过照明支架15与密封舱2的顶面连接，且密封舱2的顶面的前端为自后至前向下倾斜以形成斜面，照明支架15连接于该斜面上。探照灯12用于在光线不良的环境下提供辅助照明，提高可视度。探照灯12通过照明支架15连接于密封舱2的顶部的斜面上，使密封舱4的顶部前端呈一定的斜度，用于修正探照灯12的灯光照射角度，使探照灯12的光线可成为环境摄像头13的入射光，以照亮环境摄像头13的视野。环境摄像头13采用水下摄像机，环境摄像头13将拍摄到的影像传输至控制器10。防抖云台14能够提供一个主动的运动抵消外界的不稳定性，使得环境摄像头13获取的影像更为稳定清晰，可保证环境摄像头13在水下平稳的获取影像数据，提高环境摄像头13在工作过程中的稳定性，提高采集影像的精度。环境摄像头13可拍摄图像或视频。

此外，本实施例的机器人还包括数据采集模块，数据采集模块与控制器10连接，数据采集模块将采集到的数据传输到控制器10进行处理。数据采集模块包括温度传感器16和水深水压传感器17，温度传感器16用于采集海水的温度数据，水深水压传感器17用于采集机器人运行位置处的水深、水压数据。温度传感器16通过温度支架18连接于密封舱2的底部，水深水压传感器17通过深压支架19连接于密封舱2的底部。通过数据采集模块，对机器人运行位置的海水各类指标进行采集，并上传到机器人的控制器10，辅助机器人工作过程中的运行控制。

本实施例的其他结构与实施例二相同，此处不再赘述。

实施例四

本实施例与实施例三的区别在于，在实施例三的基础上，本实施例对清洗模块作进一步的说明。

在本实施例中，清洗模块还包括密封箱20，空化射流组件包括压缩水泵21、过滤器22、射流管23和空化喷嘴24，密封箱20连接在机架1上，密封箱20的箱壁上设有入水孔2001，压缩水泵21和过滤器22设于密封箱20内，过滤器20通过管道与压缩水泵21连接，射流管23位于密封箱20外，空化喷嘴24安装于射流管23的一端，射流管23的另一端伸入密封箱20内且与压缩水泵21连接，射流管23通过射流支架25安装在机架1上。通过压缩水泵21的作用，水流经由密封箱20两侧的入水孔2001进入过滤器22，过滤器22负责对吸入的海水进行初步过滤并输入压缩水泵21；压缩水泵21负责完成过滤的海水进行压力和流速的调节，并经由射流管23到达空化喷嘴24产生大量的空化泡，利用空化泡中在材料表面的溃灭作用以达到清洗网箱网衣的作用。

本实施例的密封箱20放置在第一支撑板1021上且位于支撑架1011的下方，密封箱20通过铰制孔和螺栓与第一支撑板1021安装。射流支架25为管箍，通过射流支架25，使射流管23固定在第一支撑板1021上。本实施例的空化射流组件设置为两组，且两组空化射流组件沿机架1的中心轴线对称设置。本实施例通过图像采集模块采集网箱的图像，确定网箱该区域是否有附着物，若有，控制模块通过运动模块调整机器人的姿态，使空化射流组件对准附着物来进行清洗。通过图像采集模块配合清洗模块、运动模块，辅助进行网箱网衣的清洗，提高网箱清洗机构的效率和准确度。

本实施例的其他结构与实施例三相同，此处不再赘述。

实施例五

本实施例与实施例四的区别在于，在实施例四的基础上，本实施例对修复模块作进一步的说明。

在本实施例中，修复机械臂3和辅助机械臂4分别连接于机架1的两侧，且修复机械臂3和辅助机械臂4均可沿机架1的长度方向移动地与机架1连接。使修复机械臂3和辅助机械臂4的位置更加灵活，提高修复机械臂3和辅助机械臂4的自由度，进而提升修复网箱网衣效率。

进一步地，本实施例的修复机械臂3还包括第一安装座307、第一修复支杆308和第二修复支杆309，第一安装座307与机架1连接，第一安装座307、第一修复支杆308、第二修复支杆309和承压支架301依次转动连接；辅助机械臂4包括第二安装座403、第一辅助支杆404和第二辅助支杆405，第二安装座403与机架1连接，第二安装座403、第一辅助支杆404、第二辅助支杆405和夹爪支架401依次转动连接。使修复机械臂3和辅助机械臂4的动作更加灵活。本实施例的第一安装座307与第一修复支杆308之间的转动、第一修复支杆308与第二修复支杆309之间的转动、第二修复支杆309与承压支架301之间的转动、第二安装座403与第一辅助支杆404之间的转动、第一辅助支杆404与第二辅助支杆405之间的转动、第二辅助支杆405与夹爪支架401之间的转动分别设置舵机进行带动，实现修复机械臂3和辅助机械臂4动作的自动化。

在本实施例中，修复机械臂3和辅助机械臂4分别连接在两个下层侧板1023上。机器人还包括移动机构，修复机械臂3和辅助机械臂4分别通过一个移动机构与下层侧板1023连接。移动机构包括轨道座26、移动电机27、传送带28、主动轮、从动轮和导轨29，轨道座26连接在下层侧板1023上，导轨29沿轨道座26的长度方向设置，主动轮、从动轮分别可转动地连接在轨道座26上，且主动轮、从动轮位于导轨29的两端，移动电机27连接在轨道座26上且与主动轮传动连接以带动主动轮转动，传送带28绕装在主动轮、从动轮上，第一安装座307和第二安装座403分别滑动安装在各自的移动机构的导轨29上，第一安装座307和第二安装座403均设有贯穿其两侧的第一安装孔和第二安装孔，第一安装孔和第二安装孔上下设置，传送带28的上段和下段分别从第一安装孔和第二安装孔中穿过，且第一安装座307和第二安装座403分别与各自的移动机构的传送带28的上段相固定。移动电机27工作，带动主动轮转动，使传送带28移动，进而带动安装座沿导轨29滑动，实现修复机械臂3和辅助机械臂4的位置改变，并且通过移动电机27的正反转，可实现修复机械臂3和辅助机械臂4相反方向的移动。

本实施例的辅助机械臂4还包括液压杆406，液压杆406设置在夹爪支架401上，通过液压杆406带动四个夹爪402聚拢或松开。本实施例的四个夹爪402各自通过一个铰接结构与夹爪支架401连接，铰接结构包括第一铰接杆406和第二铰接杆407，第一铰接杆406的两端分别与夹爪支架401和夹爪402铰接，第二铰接杆407的两端分别与液压杆406的伸出端和夹爪402连接。具体地，本实施例的夹爪支架401包括下支板、上支板和若干立杆，上支板和下支板平行间隔设置，立杆位于上支板和下支板之间，且立杆的两端分别与上支板和下支板连接，液压杆406位于上支板和下支板之间，下支板设有通孔，液压杆406的伸出端从该通孔穿过，第一铰接杆406与下支板连接。本实施例将四个夹爪402分为两组，每组两个夹爪402，四个夹爪402沿夹爪支架401的周向设置，同一组中的两个夹爪402之间的夹角小于或等于60°，不同组且相邻的两个夹爪402之间的夹角大于或等于120°，使不同组的两个夹爪402勾住网衣破损区域的同一条边缘网线，同组的两个夹爪402分别勾住网衣破损区域的两条边缘网线，在收拢后，两组夹爪402之间有空间，不同组的相邻的夹爪402之间有一定距离，可供修复机械臂3伸入来将网线钉在一起，避免夹爪402妨碍修复机械臂3工作。本实施例通过液压杆406带动夹爪402开合，从而实现对网衣破损处的收拢，进而辅助修复机械臂3对网箱网衣的修复。

本实施例的修复机械臂3的上压爪302与下承爪303相对的一侧连接有压片310，在上压爪302靠近下承爪303时，压片310插入钉匣304的钉槽3041中，对钉槽3041中的U型修复钉305下压，将U型修复钉305从出钉孔压出，U型修复钉305在下承爪303的承槽3031中被挤压，使U型修复钉305的钉脚向内弯曲，从而将网衣破损区域的两条边缘网线钉在一起。本实施例的下承爪303与承压支架301转动连接，上压爪302与下承爪303转动连接，承压支架301上设有舵机带动下承爪303转动，可改变上压爪302与下承爪303的位置，更好地适应收拢后的网衣破损区域的边缘网线的位置，使网衣破损区域的边缘网线位于上压爪302与下承爪303之间。承压支架301设有下压液压杆，上压爪302通过连杆311与下压液压杆的伸出端连接，通过下压液压杆的伸缩，带动上压爪302靠近或远离下承爪303。动态摄像头设置在承压支架301上，用于捕捉机械臂的运动视觉图像，以辅助完成网箱修复工作。

另外，钉槽3041中还设有出钉弹簧，出钉弹簧的一端与钉槽3041远离出钉孔的一端连接，出钉弹簧位于钉槽3041远离出钉孔的端部和U型修复钉305之间，可将U型修复钉305往出钉孔处推动，保证上压臂302下压时有U型修复钉305压出。

在辅助机械臂4通过液压杆406的作用将网箱破损区域的边缘的两条网线向中心位置合拢，继而修复机械臂3的上压爪302和下承爪303向破损区域合拢，合拢过程中，上压爪302的压片310将钉槽3041中的U型修复钉305压出并在下承爪303的承槽3031中挤压。挤压过程中U型修复钉305的两个钉脚向中心弯曲形变，从而将破损区域的两条边缘网线收拢钉紧，完成修复工作。

本实施例的其他结构与实施例四相同，此处不再赘述。

实施例六

本实施例提供一种基于上述实施例的深海养殖网箱维护机器人的深海养殖网箱维护方法，包括：

机器人入水，通过图像采集模块采集网箱的图像，获得网箱的形状、位置和尺寸；

根据网箱的形状、位置和尺寸，规划机器人的移动路径，其中，机器人从网箱的顶端开始，绕网箱一圈，然后，下降一个预设高度，继续绕网箱周向移动，循环往复，直至移动到网箱的底端；接着，机器人向上移动二个预设高度，并绕网箱一圈，之后上升一个预设高度，继续绕网箱周向移动，循环往复，直至移动到网箱的顶端；

在机器人的移动过程中，清洗模块对网箱进行空化射流清洗，同时，图像采集模块对网箱进行图像采集，根据采集到的图像判断网箱的网衣是否破损，若网衣破损，通过修补模块对网衣的破损区域进行修补，若无破损，机器人继续移动；

在对网箱的网衣进行修补时，辅助机械臂的夹爪张开，其中两个夹爪勾住网衣破损区域的其中一条边缘网线，另外两个夹爪勾住网衣破损区域的另一条边缘网线，接着，四个夹爪靠近，将网衣破损区域的两条边缘网线合拢；修复机械臂移动至夹爪合拢处，让网衣破损区域的两条边缘网线位于其上压爪和下承爪之间，上压爪向下承爪靠近，将钉匣中的U型修复钉压出，且U型修复钉的钉脚在承槽中向内弯曲，实现将网衣破损区域的两条边缘网线钉在一起。

通过上述维护方法，可对网箱进行全面清洗，并且对网箱的网衣进行全面检查，能够将网箱网衣的破损区域进行全部修补，避免遗漏，而且维护效率高。

综上，本发明实施例提供一种深海养殖网箱维护机器人，其通过在机架1上设置图像采集模块，可获得水下情况，为机器人的水下工作提供指导，并通过设置清洗模块，可对网箱进行清洗，且清洗模块包括空化射流组件，因此，清洗模块对网箱进行空化射流清洗，空化射流可使得水射流中产生高密度的空化泡，在物体表面局部微小区域溃灭产生的强大微射流冲击力而达到清洗坚硬污垢和附着海生物，对网箱的清洁效果好，另外，本实施例设置了修补模块，可对网箱的网衣破损区域进行修补，修补模块包括修复机械臂3和辅助机械臂4，先通过辅助机械臂4将网衣破损区域的边缘网线拉近，再通过修复机械臂3将U型修复钉安装在网衣破损区域的边缘网线上，将网衣破损区域的边缘网线钉在一起，从而实现对网衣破损区域的修补，此修复方式效率高、修补效果好。本发明实施例还提供一种基于上述维护机器人的维护方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种深海养殖网箱维护机器人，其特征在于，包括机架(1)、密封舱(2)、控制模块、图像采集模块、运动模块、清洗模块和修补模块，所述密封舱(2)、所述图像采集模块、所述运动模块、所述清洗模块和所述修补模块设置在所述机架(1)上，所述控制模块设置在所述密封舱(2)内，所述图像采集模块用于采集水下图像，所述运动模块用于带动机器人移动以及调整机器人的姿态，所述清洗模块包括空化射流组件，所述空化射流组件设置在所述机架(1)上，所述修补模块包括修复机械臂(3)和辅助机械臂(4)，所述辅助机械臂(4)用于将网衣破损区域的两条边缘网线向中心位置合拢，所述辅助机械臂(4)包括夹爪支架(401)(401)和四个夹爪(402)，所述夹爪支架(401)(401)与所述机架(1)连接，四个所述夹爪(402)可相互靠近或远离地设置在所述夹爪支架(401)(401)上，所述修复机械臂(3)用于将网衣破损区域的两条边缘网线收拢钉紧，所述修复机械臂(3)包括承压支架(301)、上压爪(302)、下承爪(303)、钉匣(304)、U型修复钉(305)和动态摄像头(306)，所述承压支架(301)与所述机架(1)连接，所述动态摄像头(306)连接在所述承压支架(301)上，所述上压爪(302)和所述下承爪(303)可相互靠近或远离地设置在所述承压支架(301)上，所述钉匣(304)与所述上压爪(302)连接，且所述钉匣(304)位于所述上压爪(302)与所述下承爪(303)之间，所述钉匣(304)具有钉槽(3041)，所述U型修复钉(305)位于所述钉槽(3041)中，所述钉匣(304)设有与所述钉槽(3041)相通的出钉孔，所述下承爪(303)上设有承槽(3031)，所述承槽(3031)位于所述出钉孔的下方。

2.根据权利要求1所述的深海养殖网箱维护机器人，其特征在于，所述运动模块包括水平运动机构和竖直运动机构，所述水平运动机构用于驱动机器人作水平方向运动，所述水平运动机构包括两个主推进器(5)和两个副推进器(6)，两个所述主推进器(5)设于所述机架(1)的后端且沿机架(1)的中心轴线对称分布，两个所述副推进器(6)设于所述机架(1)的前端且沿所述机架(1)的中心轴线对称分布；

所述竖直运动机构用于驱动机器人作竖直方向运动，所述竖直运动机构包括两个垂降推进器(7)，两个所述垂降推进器(7)与所述机架(1)连接且沿所述机架(1)的前后方向设置；

所述主推进器(5)、所述副推进器(6)和所述垂降推进器(7)均可正反转。

3.根据权利要求2所述的深海养殖网箱维护机器人，其特征在于，所述机架(1)包括上层机架(101)和下层机架(102)，所述上层机架(101)与所述下层机架(102)可拆卸连接，

所述上层机架(101)包括支撑架(1011)和两个上层侧板(1012)，两个所述上层侧板(1012)平行间隔设置，所述支撑架(1011)位于两个所述上层侧板(1012)之间，且所述支撑架(1011)分别与两个所述上层侧板(1012)连接，所述密封舱(2)与所述支撑架(1011)连接，所述主推进器(5)和所述副推进器(6)位于所述支撑架(1011)的下方，所述主推进器(5)和所述副推进器(6)与所述密封舱(2)连接，所述上层侧板(1012)上设有过水孔(1013)，所述过水孔(1013)的位置低于所述支撑架(1011)的位置；

所述下层机架(102)包括第一支撑板(1021)、第二支撑板(1022)和两个下层侧板(1023)，两个所述下层侧板(1023)平行间隔设置，所述第一支撑板(1021)和所述第二支撑板(1022)位于两个所述下层侧板(1023)之间且上下间隔设置，所述第二支撑板(1022)的前后两端设有缺口(1024)，使所述第二支撑板(1022)为H型结构，两个所述垂降推进器(7)均与所述第一支撑板(1021)连接且各自位于两端的所述缺口(1024)处。

4.根据权利要求3所述的深海养殖网箱维护机器人，其特征在于，所述主推进器(5)通过主推进器支架(8)与所述密封舱(2)铰接，所述副推进器(6)通过副推进器支架(9)与所述密封舱(2)铰接。

5.根据权利要求1所述的深海养殖网箱维护机器人，其特征在于，所述密封舱(2)包括舱体(201)和舱盖(202)，所述舱体(201)具有容置腔(203)和与所述容置腔(203)相通的舱口(204)，所述舱盖(202)安装在所述舱口(204)处，且所述舱盖(202)与所述舱体(201)之间通过密封圈进行密封，所述控制模块包括控制器(10)和连接电缆(11)，所述控制器(10)位于所述容置腔(203)中，所述连接电缆(11)与所述控制器(10)连接，所述舱盖(202)上设有供所述连接电缆(11)穿出的连接孔，所述舱体(201)上设有多个线孔(205)，所述控制器(10)与所述图像采集模块、所述运动模块、所述清洗模块和所述修补模块的连接线分别从多个所述线孔(205)中穿过。

6.根据权利要求1所述的深海养殖网箱维护机器人，其特征在于，所述图像采集模块包括探照灯(12)和环境摄像头(13)，所述探照灯(12)和所述环境摄像头(13)均设于所述密封舱(2)的前端，所述环境摄像头(13)通过防抖云台(14)与所述密封舱(2)的底面连接，所述探照灯(12)通过照明支架(15)与所述密封舱(2)的顶面连接，且所述密封舱(2)的顶面的前端为自后至前向下倾斜以形成斜面，所述照明支架(15)连接于该所述斜面上。

7.根据权利要求1所述的深海养殖网箱维护机器人，其特征在于，所述清洗模块还包括密封箱(20)，所述空化射流组件包括压缩水泵(21)、过滤器(22)、射流管(23)和空化喷嘴(24)，所述密封箱(20)连接在所述机架(1)上，所述密封箱(20)的箱壁上设有入水孔(2001)，所述压缩水泵(21)和所述过滤器(22)设于所述密封箱(20)内，所述过滤器(22)通过管道与所述压缩水泵(21)连接，所述射流管(23)位于所述密封箱(20)外，所述空化喷嘴(24)安装于所述射流管(23)的一端，所述射流管(23)的另一端伸入所述密封箱(20)内且与所述压缩水泵(21)连接，所述射流管(23)通过射流支架(25)安装在所述机架(1)上。

8.根据权利要求1所述的深海养殖网箱维护机器人，其特征在于，所述修复机械臂(3)和所述辅助机械臂(4)分别连接于所述机架(1)的两侧，且所述修复机械臂(3)和所述辅助机械臂(4)均可沿所述机架(1)的长度方向移动地与所述机架(1)连接。

9.根据权利要求1或8所述的深海养殖网箱维护机器人，其特征在于，所述修复机械臂(3)还包括第一安装座(307)、第一修复支杆(308)和第二修复支杆(309)，所述第一安装座(307)与所述机架(1)连接，所述第一安装座(307)、所述第一修复支杆(308)、所述第二修复支杆(309)和所述承压支架(301)依次转动连接；所述辅助机械臂(4)包括第二安装座(403)、第一辅助支杆(404)和第二辅助支杆(405)，所述第二安装座(403)与所述机架(1)连接，所述第二安装座(403)、所述第一辅助支杆(404)、所述第二辅助支杆(405)和夹爪支架(401)(401)依次转动连接。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述的深海养殖网箱维护机器人的深海养殖网箱维护方法，其特征在于，包括：

机器人入水，通过图像采集模块采集网箱的图像，获得网箱的形状、位置和尺寸；

根据网箱的形状、位置和尺寸，规划机器人的移动路径，其中，机器人从网箱的顶端开始，绕网箱一圈，然后，下降一个预设高度，继续绕网箱周向移动，循环往复，直至移动到网箱的底端；接着，机器人向上移动二个预设高度，并绕网箱一圈，之后上升一个预设高度，继续绕网箱周向移动，循环往复，直至移动到网箱的顶端；

在机器人的移动过程中，清洗模块对网箱进行空化射流清洗，同时，图像采集模块对网箱进行图像采集，根据采集到的图像判断网箱的网衣是否破损，若网衣破损，通过修补模块对网衣的破损区域进行修补，若无破损，机器人继续移动；

在对网箱的网衣进行修补时，辅助机械臂(4)的夹爪(402)张开，其中两个夹爪(402)勾住网衣破损区域的其中一条边缘网线，另外两个夹爪(402)勾住网衣破损区域的另一条边缘网线，接着，四个夹爪(402)靠近，将网衣破损区域的两条边缘网线合拢；修复机械臂(3)移动至夹爪(402)合拢处，让网衣破损区域的两条边缘网线位于其上压爪(302)和下承爪(303)之间，上压爪(302)向下承爪(303)靠近，将钉匣(304)中的U型修复钉(305)压出，且U型修复钉(305)的钉脚在承槽(3031)中向内弯曲，实现将网衣破损区域的两条边缘网线钉在一起。

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