一种水下仿生非接触捕捞设备及其捕捞方法
技术领域
本发明涉及海产品捕捞领域,尤其涉及一种水下仿生非接触捕捞设备及其捕捞方法。
背景技术
中国人口老龄化问题越来越突出,如海参等行动缓慢的软体海洋生物捕捞作业一直依赖人工潜水捕捞作业,由于海底作业环境差,特别是冬天作业,容易诱发关节炎等职业病,另外遇到氧气供应故障、抽筋、洋流、漩涡、水草缠绕等突发情况还会对作业人员的生命安全造成巨大威胁,海底捕捞作业环节的各项瓶颈已经严重影响到整个海参等相关渔业的发展。
随着人工智能技术的发展,近年来也出现了不少利用潜水机器人捕捞作业的情况,但是在捕捞方法上基本还是采用类似人工作业的方法,依靠机器臂、机械手捕捞海参等海产品,然后放入特定的容器中,从捕捞作业效率上看,对比人工作业并没有多大程度的提高,此外机械手作业时由于力度不好掌握还会对上述海产品造成损坏,降低捕捞物的经济价值。另外海底环境复杂,各种水生植物经常对其它形态机器人构成行动障碍,容易造成捕捞装备损失。
本发明为了综合解决上述问题,基于国际仿生学术的综合理论知识,参照大型海洋生物捕食的全过程,提供一种软体海洋生物的捕捞控制系统及方法,实现海参等高经济价值海产品的高效、安全、智能化自动无损捕捞作业。
发明内容
为了克服依靠机械手捕捞海产品的工作效率低,易对海产品造成损坏,降低捕捞物的经济价值,并且在海底以遇到行动障碍,造成捕捞装备损失的缺点,本发明提供一种水下仿生非接触捕捞设备。
技术方案为:一种水下仿生非接触捕捞设备,包括有躯壳、抽水滤网、电控平衡尾翼、主控制器、天线、侧翼、螺旋桨、水下识别摄像头、探照灯、收获仓、仿生食道、舱门、主动力叶轮、防损网和口腔开闭单元;躯壳的后侧固接有抽水滤网;抽水滤网内安装有提供动力的主动力叶轮;抽水滤网的后侧固接有电控平衡尾翼;躯壳的上侧安装有主控制器和收发信号的天线;躯壳的左侧和右侧各安装有一个侧翼和一个平衡身体并调整方向的螺旋桨;躯壳前侧的上部安装寻找海产品的水下识别摄像头;躯壳前侧的左部和前侧的右部各安装有一个照明水下环境的探照灯;躯壳的内部固接有收获仓;收获仓与抽水滤网之间安装有防损网;收获仓的前侧固接有仿生食道;仿生食道与主动力叶轮之间连接有开闭腔口的口腔开闭单元,口腔开闭单元开启后,主动力叶轮运转过程中产生强大的吸力把海产品通过仿生食道吸入收获仓内部,多余的液体经过防损网从抽水滤网排出;收获仓的底部设有舱门。
作为更进一步的优选方案,口腔开闭单元包括有第一转轴、第一直齿轮、前挡板、第一环形滑块、后挡板、扭力弹簧、弧形齿板和柔性锥形防逃网;主动力叶轮的转轴部件固接有第一转轴;第一转轴的前侧转动连接仿生食道;第一转轴的前端固接有第一直齿轮;仿生食道的前端固接有前挡板;仿生食道的内侧滑动块连接有第一环形滑块;第一环形滑块的内侧固接有后挡板;后挡板与前挡板之间固接有扭力弹簧;第一环形滑块的后侧固接有弧形齿板;第一直齿轮与弧形齿板相啮合;仿生食道的中部固接有若干个柔性锥形防逃网。
作为更进一步的优选方案,还包括有紧急锚定单元,躯壳上设有紧急锚定单元,紧急锚定单元包括有电动转轴、绳缆和平衡锚;躯壳内侧的左部和右部各连接有一个电动转轴;两个电动转轴的外表面各绕设有一个绳缆;两个绳缆的下端均穿插于躯壳的下侧,两个绳缆的下端各固接有一个平衡锚。
作为更进一步的优选方案,两个平衡锚下侧的中部均设置为减少航行阻力的扁平状球体结构。
作为更进一步的优选方案,还包括有重力平衡单元,两个侧翼上设有重力平衡单元,重力平衡单元包括有导轨、电动丝杆、单滑块、安装架和L形固定杆;两个侧翼的内侧各固接有一个导轨;两个导轨的内部各连接有一个电动丝杆;两个导轨的中部各滑动连接有一个单滑块;两个单滑块各连接一个电动丝杆;两个单滑块的下侧各固接有一个安装架;两个安装架的后端各连接有一个切除组件;两个平衡锚均连接切除组件;躯壳的左侧和后侧各固接有一个L形固定杆;两个L形固定杆各紧贴一个安装架。
作为更进一步的优选方案,切除组件包括有套环、弹簧滑块和切刀;两个安装架的后端各固接有一个套环;两个平衡锚各插接一个套环;两个安装架的后侧各连接有一个弹簧滑块;两个弹簧滑块的后侧各固接有一个切刀。
作为更进一步的优选方案,两个套环的中部各开设有一个与切刀相对应的切槽。
作为更进一步的优选方案,还包括有驱赶单元,收获仓内设有驱赶单元,驱赶单元包括有固定板、第二环形滑块、环形齿板、长杆、第一传动轮、第二转轴、第二传动轮、第二直齿轮、水下电动推杆和第三直齿轮;收获仓的内侧固接有固定板;固定板的后侧滑动连接有第二环形滑块;第二环形滑块的内侧固接有环形齿板;环绕第二环形滑块的后侧固接有若干个长杆;第一转轴的中部固接有第一传动轮;固定板的上侧转动连接有第二转轴;第二转轴的后端固接有第二传动轮;第一传动轮与第二传动轮之间绕设有传动皮带;第二转轴的中部固接有第二直齿轮;固定板的上侧固接有水下电动推杆;水下电动推杆的伸缩端通过安装块转动连接有第三直齿轮,第三直齿轮位于第二直齿轮的上侧。
作为更进一步的优选方案,所有长杆均设置为后端向第一转轴方向收拢的不规则S形结构。
一种水下仿生非接触捕捞方法,包括以下步骤:
S1:巡航模式,将本设备投入海水中,在深海领域进行深潜巡航,通过探照灯配合水下识别摄像头对水域中的海产品进行搜寻,期间主控制器中设有的雷达系统对水域环境进行探测,防止本设备在航行中触礁或发生碰撞;
S2:捕捞模式,发现目标后,操作人员远程发出捕捞指令,无需人工或者机械手接触海产品,主动力叶轮在运转期间联动口腔开闭单元打开仿生食道,通过启动主动力叶轮带动水流产生强大吸引力,直接模仿大型海洋鱼类捕食的过程,把海产品吸入仿生食道并进入收获仓中,即主动力叶轮启动,口腔打开,同时设备在水中航行,连续性的进行捕捞工作;
S3:结束捕捞,捕捞完成主动力叶轮停止工作、口腔闭合,两侧的螺旋桨带动设备进入巡航模式,防止口腔打开影响仿生航行器的水下航行;
S4:紧急脱险,当遇上突发急流时,调整设备的航行姿态,驶离危险水域;
S5:海产品获取,在捕捞工作结束后,螺旋桨带动本设备回到海面,由操作人员将本设备回收,操作人员仅需打开舱门,便可将收获仓内收货的海产品倒出收取,整个操作快速便捷,并有效的防止海产品受到破坏。
本发明具有以下优点:在本发明提供一种海产品捕捞设备及其捕捞方法,包括收获仓、仿生食道、防损网以及主动力叶轮等,发现目标后,操作人员远程发出捕捞指令,主控制器的天线接收指令后,主控制器内置的计算机系统,通过水下识别摄像头内置的识别软件识别出特定目标后,系统自动发出捕捞指令,无需人工或者机械手接触海产品,主动力叶轮在运转期间联动口腔开闭单元打开仿生食道,通过启动主动力叶轮带动水流产生强大吸引力,直接模仿大型海洋鱼类捕食的过程,把海产品吸入仿生食道并进入收获仓中,即主动力叶轮启动,口腔打开,同时捕捞设备在水中航行,连续性的进行捕捞工作,捕捞完成主动力叶轮停止工作、口腔闭合,两侧的螺旋桨带动捕捞设备进入巡航模式,防止口腔打开影响仿生航行器的水下航行;从而解决了依靠机械手捕捞海产品的工作效率低,易对海产品造成损坏,降低捕捞物的经济价值,并且在海底以遇到行动障碍,造成捕捞装备损失的技术问题;
另外本捕捞设备在航行或巡航过程中,设有应对突发急流的紧急锚定部件和重力平衡部件,当捕捞设备遇上突发的急流时,捕捞设备的重力平衡部件和驱赶部件配合紧急锚定部件调整整个捕捞设备的重力分布,使捕捞设备保持正常的航行姿态离开突发急流的水域,若捕捞设备无法及时逃离突发急流的水域,则由紧急锚定部件带动捕捞设备锚定在海底安全区域。
附图说明
图1为本水下仿生非接触捕捞设备的第一种立体结构示意图;
图2为本水下仿生非接触捕捞设备的第二种立体结构示意图;
图3为本水下仿生非接触捕捞设备的局部立体结构示意图;
图4为本水下仿生非接触捕捞设备的口腔开闭单元立体结构示意图;
图5为本水下仿生非接触捕捞设备的C1放大图;
图6为本水下仿生非接触捕捞设备的口腔开闭单元局部立体结构示意图;
图7为本水下仿生非接触捕捞设备的紧急锚定单元立体结构示意图;
图8为本水下仿生非接触捕捞设备的C2放大图;
图9为本水下仿生非接触捕捞设备的重力平衡单元立体结构示意图;
图10为本水下仿生非接触捕捞设备的重力平衡单元局部立体结构示意图;
图11为本水下仿生非接触捕捞设备的驱赶单元第一种立体结构示意图;
图12为本水下仿生非接触捕捞设备的驱赶单元第二种立体结构示意图。
附图标记:1-躯壳,2-抽水滤网,3-电控平衡尾翼,4-主控制器,5-天线,6-侧翼,7-螺旋桨,8-水下识别摄像头,9-探照灯,10-收获仓,11-仿生食道,12-舱门,13-主动力叶轮,14-防损网,101-第一转轴,102-第一直齿轮,103-前挡板,104-第一环形滑块,105-后挡板,106-扭力弹簧,107-弧形齿板,108-柔性锥形防逃网,201-电动转轴,202-绳缆,203-平衡锚,301-导轨,302-电动丝杆,303-单滑块,304-安装架,305-套环,306-弹簧滑块,307-切刀,308-L形固定杆,401-固定板,402-第二环形滑块,403-环形齿板,404-长杆,405-第一传动轮,406-第二转轴,407-第二传动轮,408-第二直齿轮,409-水下电动推杆,410-第三直齿轮。
具体实施方式
下面结合具体的实施例来对本发明做进一步的说明,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语如:设置、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。
一种水下仿生非接触捕捞方法,包括以下步骤:
S1:巡航模式,通过探照灯9配合水下识别摄像头8对水域中的海产品进行搜寻,期间主控制器4中设有的雷达系统对水域环境进行探测,防止本设备在航行中触礁或发生碰撞;
S2:捕捞模式,发现目标后,操作人员远程发出捕捞指令,无需人工或者机械手接触海产品,主动力叶轮13在运转期间联动口腔开闭单元打开仿生食道11,通过启动主动力叶轮13带动水流产生强大吸引力,直接模仿大型海洋鱼类捕食的过程,把海产品吸入仿生食道11并进入收获仓10中,即主动力叶轮13启动,口腔打开,同时设备在水中航行,连续性的进行捕捞工作;
S3:结束捕捞,捕捞完成主动力叶轮13停止工作、口腔闭合,两侧的螺旋桨7带动设备进入巡航模式,防止口腔打开影响仿生航行器的水下航行;
S4:紧急脱险,当遇上突发急流时,调整设备的航行姿态,驶离危险水域;
S5:海产品获取,在捕捞工作结束后,螺旋桨7带动本设备回到海面,由操作人员将本设备回收,操作人员仅需打开舱门12,便可将收获仓10内收货的海产品倒出收取,整个操作快速便捷,并有效的防止海产品受到破坏。
实施例1
一种水下仿生非接触捕捞设备,如图1-图6所示,包括有躯壳1、抽水滤网2、电控平衡尾翼3、主控制器4、天线5、侧翼6、螺旋桨7、水下识别摄像头8、探照灯9、收获仓10、仿生食道11、舱门12、主动力叶轮13、防损网14和口腔开闭单元;躯壳1的后侧固接有抽水滤网2;抽水滤网2内安装有提供动力的主动力叶轮13;抽水滤网2的后侧固接有电控平衡尾翼3;躯壳1的上侧安装有主控制器4和天线5;躯壳1的左侧和右侧各安装有一个侧翼6和一个螺旋桨7;躯壳1前侧的上部安装有水下识别摄像头8;躯壳1前侧的左部和前侧的右部各安装有一个探照灯9;躯壳1的内部固接有收获仓10;收获仓10与抽水滤网2之间安装有防损网14;收获仓10的前侧固接有仿生食道11;仿生食道11与主动力叶轮13之间连接有口腔开闭单元;收获仓10的底部设有舱门12。
如图3-图6所示,口腔开闭单元包括有第一转轴101、第一直齿轮102、前挡板103、第一环形滑块104、后挡板105、扭力弹簧106、弧形齿板107和柔性锥形防逃网108;主动力叶轮13的转轴部件固接有第一转轴101;第一转轴101的前侧转动连接仿生食道11;第一转轴101的前端固接有第一直齿轮102;仿生食道11的前端焊接有前挡板103;仿生食道11的内侧滑动块连接有第一环形滑块104;第一环形滑块104的内侧焊接有后挡板105;后挡板105与前挡板103之间固接有扭力弹簧106;第一环形滑块104的后侧螺栓连接有弧形齿板107;第一直齿轮102与弧形齿板107相啮合;仿生食道11的中部固接有若干个柔性锥形防逃网108。
巡航模式:操作人员将本水下仿生非接触捕捞设备放入海中,以下简称捕捞设备,之后位于躯壳1两侧侧翼6下的两个螺旋桨7,推动本捕捞设备在海中巡航,同时电控平衡尾翼3配合两个螺旋桨7调整整个捕捞设备在海中的航行姿态,潜入指定水域,通过探照灯9配合水下识别摄像头8对水域中的海产品进行搜寻,发现目标后,操作人员远程发出捕捞指令,主控制器4的天线5接收指令后,主控制器4内置的计算机系统,通过水下识别摄像头8内置的识别软件,识别出特定目标后,系统自动发出捕捞指令,进行海产品捕捞工作,同时主控制器4内设有的雷达系统对水域环境进行探测,防止本捕捞设备在航行中触礁或发生碰撞。
海产品捕捞模式:系统发出捕捞指令后,主动力叶轮13开始运转,主动力叶轮13的带动第一转轴101和第一直齿轮102转动,第一直齿轮102啮合弧形齿板107带动第一环形滑块104沿仿生食道11旋转,第一环形滑块104带动后挡板105旋转至与前挡板103重叠,后挡板105带动扭力弹簧106产生扭转,使仿生食道11与外界水域大面积连通,此时仿生食道11的腔口部位被打开,外界水域中的海水大量灌入仿生食道11进入收获仓10,并通过防损网14流经抽水滤网2排离本捕捞设备,同时高速运转的主动力叶轮13搅动海水产生强大的吸力,直接模仿大型海洋鱼类捕食的过程,把海产品吸入仿生食道11并进入收获仓10中,其中柔性锥形防逃网108让已经捕获的海产品只能随着水流朝向收获仓10单向运动,防止海产品从仿生食道11逆向逃走,即主动力叶轮13启动,口腔打开,同时捕捞设备在水中航行,连续性的进行捕捞工作,捕捞完成后主动力叶轮13停止工作、口腔闭合,两侧的螺旋桨7带动捕捞设备进入巡航模式,防止口腔打开影响仿生航行器的水下航行。
海产品收取:在捕捞工作结束后,螺旋桨7带动本捕捞设备回到海面,由操作人员将本捕捞设备回收,操作人员仅需打开舱门12,便可将收获仓10内收货的海产品倒出收取,整个操作快速便捷,并有效的防止海产品受到破坏。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上作出的进一步优化,如图1-图8所示,还包括有紧急锚定单元,躯壳1上设有紧急锚定单元,紧急锚定单元包括有电动转轴201、绳缆202和平衡锚203;躯壳1内侧的左部和右部各连接有一个电动转轴201;两个电动转轴201的外表面各绕设有一个绳缆202;两个绳缆202的下端均穿插于躯壳1的下侧,两个绳缆202的下端各固接有一个平衡锚203;两个平衡锚203下侧的中部均设置为减少航行阻力的扁平状球体结构。
如图7-图10所示,还包括有重力平衡单元,两个侧翼6上设有重力平衡单元,重力平衡单元包括有导轨301、电动丝杆302、单滑块303、安装架304和L形固定杆308;两个侧翼6的内侧各螺栓连接有一个导轨301;两个导轨301的内部各连接有一个电动丝杆302;两个导轨301的中部各滑动连接有一个单滑块303;两个单滑块303各连接一个电动丝杆302;两个单滑块303的下侧各螺栓连接有一个安装架304;两个安装架304的后端各连接有一个切除组件;两个平衡锚203均连接切除组件;躯壳1的左侧和后侧各焊接有一个L形固定杆308;两个L形固定杆308各紧贴一个安装架304。
如图10所示,切除组件包括有套环305、弹簧滑块306和切刀307;两个安装架304的后端各焊接有一个套环305;两个平衡锚203各插接一个套环305;两个安装架304的后侧各连接有一个弹簧滑块306;两个弹簧滑块306的后侧各固接有一个切刀307;两个套环305的中部各开设有一个与切刀307相对应的切槽。
本水下仿生非接触捕捞设备在巡航模式或海产品捕捞模式的航行期间,当遇上突发的急流时,躯壳1发生剧烈的抖动,需要紧急逃离该突发急流水域,由主动力叶轮13产生大推力带动整个捕捞设备快速移动,同时电控平衡尾翼3配合两侧的螺旋桨7对捕捞设备的姿态进行调整,使本捕捞设备保持航向稳定行驶。
当本捕捞设备的收获仓10内储满海产品时,整个捕捞设备比较笨重,单靠电控平衡尾翼3和两侧的螺旋桨7难以迅速的调整捕捞设备航行姿态,此时电动转轴201带动绳缆202向下放出,同时电动丝杆302带动单滑块303沿导轨301移动,单滑块303带动安装架304推动平衡锚203沿躯壳1的侧身移动,若整个捕捞设备受急流冲击呈头部朝下、尾部朝上的严重倾斜状态,则由安装架304带动平衡锚203移动至躯壳1的后侧,调整整个捕捞设备的重心靠后,若整个捕捞设备受急流冲击呈头部朝上、尾部朝下的严重倾斜状态,则由安装架304带动平衡锚203移动至躯壳1的前侧,调整整个捕捞设备的重心靠前,使绳缆202在将平衡锚203放出期间,两个安装架304带动两个平衡锚203保持位于躯壳1的两侧,并实现对整个捕捞设备的姿态进行调整,保证捕捞设备顺利驶离突发急流水域。
若突发急流强度较大,本捕捞设备来不及驶离突发急流水域,则由电控平衡尾翼3配合两侧的螺旋桨7带动本捕捞设备向下浅至海底安全区域,并由电动转轴201带动绳缆202将平衡锚203沿套环305向下放出,使本捕捞设备被锚定在海底安全区域,之后待突发急流减弱后再返航避险。
若本捕捞设备被锚定在海底安全区域准备返航时,平衡锚203被海底的水草缠住而无法顺利回收,则由电动丝杆302带动单滑块303沿导轨301向前移动,单滑块303带动安装架304及切除组件拉动绳缆202向前移动,当弹簧滑块306经过L形固定杆308时,移动的弹簧滑块306受L形固定杆308的阻碍,带动切刀307沿安装架304向套环305方向压缩,使切刀307切入套环305的切槽中将绳缆202切断,使平衡锚203被切除,保证本捕捞设备顺利驶离海底。
实施例3
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步优化,如图1-图12所示,还包括有驱赶单元,收获仓10内设有驱赶单元,驱赶单元包括有固定板401、第二环形滑块402、环形齿板403、长杆404、第一传动轮405、第二转轴406、第二传动轮407、第二直齿轮408、水下电动推杆409和第三直齿轮410;收获仓10的内侧螺栓连接有固定板401;固定板401的后侧滑动连接有第二环形滑块402;第二环形滑块402的内侧螺栓连接有环形齿板403;环绕第二环形滑块402的后侧焊接有若干个长杆404;所有长杆404均设置为后端向第一转轴101方向收拢的不规则S形结构;第一转轴101的中部固接有第一传动轮405;固定板401的上侧转动连接有第二转轴406;第二转轴406的后端固接有第二传动轮407;第一传动轮405与第二传动轮407之间绕设有传动皮带;第二转轴406的中部固接有第二直齿轮408;固定板401的上侧螺栓连接有水下电动推杆409;水下电动推杆409的伸缩端通过安装块转动连接有第三直齿轮410,第三直齿轮410位于第二直齿轮408的上侧。
本捕捞设备遇上突发急流时,若需要快速将整个重心后调,则由水下电动推杆409带动第三直齿轮410的上下两侧分别与环形齿板403和第二直齿轮408相啮合,由第一转轴101带动第一传动轮405转动,第一传动轮405通过传动皮带带动第二传动轮407和第二转轴406转动,第二转轴406带动第二直齿轮408啮合第三直齿轮410并带动其转动,第三直齿轮410啮合环形齿板403带动第二环形滑块402及其所连接的长杆404旋转,长杆404在旋转期间达到对收获仓10内部海产品驱赶的效果,使收获仓10内部海产品集体向后侧躲避,实现快速将整个捕捞设备及其内部捕获的海产品整体重心后调,使捕捞设备的头部向上微倾,为捕捞设备及时驶离突发急流水域争取时间。
以上结合具体实施例描述了本发明实施例的技术原理。这些描述只是为了解释本发明实施例的原理,而不能以任何方式解释为对本发明实施例保护范围的限制。基于此处的解释,本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明实施例的其它具体实施方式,这些方式都将落入本发明实施例的保护范围之内。