CN116349657A - 一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，包括前端涡轮虹吸抓取结构、人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置、尾部收集装置、主舱体及连接法兰；所述前端涡轮虹吸抓取结构设置于主舱体的首端，所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置设置于主舱体内，所述尾部收集装置设置于主舱体的尾端，所述前端涡轮虹吸抓取结构与尾部收集装置均通过连接法兰与主舱体连接。本发明满足了海参采集所需的准确、高效、柔性的技术要求，用机器代替人工进行海参捕捞作业，既可以创造巨大的经济价值，也有保护人的生命安全的社会意义。
Description
技术领域
本发明涉及渔业和捕捞技术领域，更具体地说，它涉及一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置。
背景技术
我国深水高品质海参养殖具有高技术、高收益的行业特点。因此，海参的养殖规模快速增长,但是以人工为主的捕捞作业方式滞后严重。就海参捕捞作业而言，捕捞作业的专业要求高，作业人员长时间处于低温、高压、封闭的水下环境，高强度的捕捞作业也导致作业人员职业病高发，寿命缩短。
用自动化捕捞机器人代替人工潜水捕捞作业是推进海参养殖业进一步发展的重要方式。但真正用于捕捞的水下机器人，不仅整体结构复杂，而且研发周期长、产业化难度大。因此，用于捕捞的水下机器人领域到目前为止都还没有被充分开发，具有非常大的市场潜力。
对比国内外捕捞机器人的现状进行技术难点分析，首先，机器人的整体结构方面需满足深水复杂环境中所必备的稳定性和灵活性；其次，机器人的捕捞抓取动作必须满足柔性抓取和高效采集的要求。因此迫切需要设计一种新的应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的提出一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，以解决上述现有技术中存在的至少一个技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，包括前端涡轮虹吸抓取结构、人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置、尾部收集装置、主舱体及连接法兰；所述前端涡轮虹吸抓取结构设置于主舱体的首端，所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置设置于主舱体内，所述尾部收集装置设置于主舱体的尾端，所述前端涡轮虹吸抓取结构与尾部收集装置均通过连接法兰与主舱体连接。
优选地，所述主舱体外部覆盖有侧向暗流分散结构；所述侧向暗流分散结构呈防波堤和螃蟹骨甲设计，用于分解减缓侧向暗流冲刷力。
优选地，所述前端涡轮虹吸抓取结构包括花瓣形弹性阻流片、喇叭形采集口、波纹弹性伸缩管、增压涡轮、保护网罩及反向减压格栅，所述波纹弹性伸缩管分别连接叭形采集口和增压涡轮，所述叭形采集口上设置有花瓣形弹性阻流片，所述增压涡轮由保护网罩覆盖，所述增压涡轮连接的后部舱体上有反向减压格栅，所述反向减压格栅位于增压涡轮的后部。
优选地，所述花瓣形弹性阻流片呈弹性花瓣状，所述叭形采集口呈喇叭状，所述波纹弹性伸缩管呈弹性波纹状。
优选地，所述波纹弹性伸缩管伸缩带动喇叭形采集口对准海参，配合增压涡轮转动吸取海底的海参。
优选地，所述反向减压格栅上的减压减流孔与增压涡轮旋转产生的水流方向相反。
优选地，所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置包括软硅胶传送带、电动机、固定板、皮带轮及轮轴，所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置由固定板固定于主舱体的内壁上；所述软硅胶传送带环绕在皮带轮上，所述皮带轮由电动机驱动绕轮轴旋转。
优选地，所述软硅胶传送带设置为上下两组，下组的所述皮带轮由电动机驱动绕轮轴顺时针旋转，上组的所述皮带轮由电动机驱动绕轮轴逆时针旋转。
优选地，所述尾部收集装置包括网状管、电子阀门、网兜、压缩气囊、下摆固定架及网钩，所述网状管与网兜连通，所述下摆固定架固定于主舱体上，所述下摆固定架上设置有电子阀门；所述网兜上设置有压缩气囊，所述网钩配合电子阀门固定网兜。
与现有技术相比，本发明提供了一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，具备以下有益效果：
1、本发明通过设置仿生柔性抓取装置对柔性抓取系统进行仿生设计，大大提升了机器人在深水进行作业时的精准性；在进行海参抓取过程中，多相机协同传感器定位海参的位置，波纹弹性伸缩管伸缩使得喇叭形采集口对准海参，配合增压涡轮转动吸取海底的海参。
2、仿生柔性抓取装置的花瓣形弹性阻流片可以适应不同形状的海底地表面，形成有效闭合，降低作业时对环境的扰动。在增压涡轮转动吸取海底的海参时，花瓣形弹性阻流片在集中水流的同时，瓣间的空隙又可以保证适当的水流进入喇叭形采集口，产生底部向上的冲刷水流，使潜伏在海底的海参脱离地面产生初始速度，被吸入仿生柔性抓取装置舱体中；在吸取海参时, 花瓣形弹性阻流片已经初步过滤掉一部分海底泥沙和水草，解决了泥沙堵塞、海草缠绕的问题，减少后期人工分离的工作量和对水下环境的破坏。反向减压格栅上的减压减流孔与增压涡轮旋转产生的水流方向相反，可以散去部分水压，减缓水流的扰动，避免因为水流压力过大而使海参受到过度的扭曲挤压，避免海参受损。人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置产生的持续单向循环涌动的水流，在柔性输送海参的同时又可以分离颗粒较大的沙石。
3、本发明通过对柔性抓取系统进行仿生设计，大大提升了机器人在深水进行作业时的高效性。海参由人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置产生的持续单向循环涌动的水流输送，经过网状管，进入网兜之中；当网兜内的海参达到一定重量时，网兜上的压缩气囊充气鼓起，电子阀门打开，网兜受浮力作用脱离网钩上浮至水面，由随行船上的工作人员进行打捞，实现了海参的高效采集和分批出水，极大程度上提高了海参的采集效率。
4、本发明对海参捕捞的作业流程加以优化，仿生柔性抓取装置的作业流程：多相机协同传感器定位海参的位置，波纹弹性伸缩管伸缩使得喇叭形采集口对准海参，配合增压涡轮转动吸取海底的海参，反向减压格栅上的减压减流孔散去部分水压、减缓水流的扰动，人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置柔性输送海参至尾部收集装置中，当网兜内的海参达到一定重量时，网兜上的压缩气囊充气鼓起，电子阀门打开，网兜受浮力作用脱离网钩上浮至水面，由随行船上的工作人员进行打捞。
5、本发明提供了一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，用机器代替人工进行海参捕捞作业，既可以创造巨大的经济价值，也有保护人的生命安全的社会意义。
附图说明
图1是仿生柔性抓取装置的整体结构示意图；
图2是仿生柔性抓取装置的装配爆炸示意图；
图3是仿生柔性抓取装置的前端涡轮虹吸抓取结构的结构示意图；
图4是仿生柔性抓取装置的主舱体的右视透视图；
图5是仿生柔性抓取装置的人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置的结构示意图；
图6是仿生柔性抓取装置的尾部收集装置的结构示意图；
图7是仿生柔性抓取装置的工作流程原理示意图；
图中：1、前端涡轮虹吸抓取结构；2、人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置；3、尾部收集装置；4、主舱体；5、连接法兰；6、花瓣形弹性阻流片；7、喇叭形采集口；8、波纹弹性伸缩管；9、增压涡轮；10、保护网罩；11、反向减压格栅；12、网状管；13、电子阀门；14、网兜；15、压缩气囊；16、下摆固定架；17、网钩；18、软硅胶传送带；19、电动机；20、固定板；21、侧向暗流分散结构；22、皮带轮；23、轮轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。
请参阅图1-图7所示，本发明的一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，包括前端涡轮虹吸抓取结构1、人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置2、尾部收集装置3、主舱体4及连接法兰5；所述前端涡轮虹吸抓取结构1设置于主舱体4的首端，所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置2设置于主舱体4内，所述尾部收集装置3设置于主舱体4的尾端，所述前端涡轮虹吸抓取结构1与尾部收集装置3均通过连接法兰5与主舱体4连接。
一种可选的实施方式，请参阅图1和图2所示，所述主舱体4外部覆盖有侧向暗流分散结构21；所述侧向暗流分散结构21呈防波堤和螃蟹骨甲设计，用于分解减缓侧向暗流冲刷力。本发明设置侧向暗流分散结构21，且呈防波堤和螃蟹骨甲设计，可以有效地将侧向暗流冲刷力分解减缓，防止机器倾覆。
一种可选的实施方式，请参阅图3所示，所述前端涡轮虹吸抓取结构1包括花瓣形弹性阻流片6、喇叭形采集口7、波纹弹性伸缩管8、增压涡轮9、保护网罩10及反向减压格栅11，所述波纹弹性伸缩管8分别连接叭形采集口7和增压涡轮9，所述叭形采集口7上设置有花瓣形弹性阻流片6，所述增压涡轮9由保护网罩10覆盖，所述增压涡轮9连接的后部舱体上有反向减压格栅11，所述反向减压格栅11位于增压涡轮9的后部，所述反向减压格栅11上的减压减流孔与增压涡轮9旋转产生的水流方向相反；所述花瓣形弹性阻流片6呈弹性花瓣状，所述叭形采集口7呈喇叭状，所述波纹弹性伸缩管8呈弹性波纹状；所述波纹弹性伸缩管8伸缩带动喇叭形采集口7对准海参，配合增压涡轮9转动吸取海底的海参。
其中，本发明中设置保护网罩10，保护网罩10覆盖增压涡轮9，有效地避免了海参在通过舱体时被增压涡轮9损伤。在抓取过程中，多相机协同传感器定位海参的位置，波纹弹性伸缩管8伸缩使得喇叭形采集口7对准海参，配合增压涡轮9转动吸取海底的海参；花瓣形弹性阻流片6可以适应不同形状的海底地表面，形成有效闭合；在增压涡轮9转动吸取海底的海参时，花瓣形弹性阻流片6在集中水流的同时，瓣间的空隙又可以保证适当的水流进入喇叭形采集口7，产生底部向上的冲刷水流，使潜伏在海底的海参脱离地面产生初始速度，被吸入仿生柔性抓取装置舱体中；在吸取海参时, 花瓣形弹性阻流片6已经初步过滤掉一部分海底泥沙和水草，解决了泥沙堵塞、海草缠绕的问题，减少后期人工分离的工作量和对水下环境的破坏。反向减压格栅11位于增压涡轮9后部；反向减压格栅11上的减压减流孔与增压涡轮9旋转产生的水流方向相反，可以散去部分水压，减缓水流的扰动，避免因为水流压力过大而使海参受到过度的扭曲挤压，避免海参受损。本发明通过对柔性抓取系统进行仿生设计，大大提升了机器人在深水进行作业时的精准性。在进行海参抓取过程中，多相机协同传感器定位海参的位置，波纹弹性伸缩管8伸缩使得喇叭形采集口7对准海参，配合增压涡轮9转动吸取海底的海参。
一种可选的实施方式，请参阅图4和图5所示，所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置2包括软硅胶传送带18、电动机19、固定板20、皮带轮22及轮轴23，所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置2由固定板20固定于主舱体4的内壁上；所述软硅胶传送带18环绕在皮带轮22上，所述皮带轮22由电动机19驱动绕轮轴23旋转；所述软硅胶传送带18设置为上下两组，下组的所述皮带轮22由电动机19驱动绕轮轴23顺时针旋转，上组的所述皮带轮22由电动机19驱动绕轮轴23逆时针旋转。
其中，本发明中软硅胶传送带18有上下两组；下面一组的皮带轮22由电动机19驱动绕轮轴23顺时针旋转，上面一组的皮带轮22由电动机19驱动绕轮轴23逆时针旋转，以此来产生持续单向循环涌动的水流，柔性输送海参的同时又可以分离颗粒较大的沙石。
一种可选的实施方式，请参阅图6所示，所述尾部收集装置3包括网状管12、电子阀门13、网兜14、压缩气囊15、下摆固定架16及网钩17，所述网状管12与网兜14连通，所述下摆固定架16固定于主舱体4上，所述下摆固定架16上设置有电子阀门13；所述网兜14上设置有压缩气囊15，所述网钩17配合电子阀门13固定网兜14，海参由人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置2产生的持续单向循环涌动的水流输送，经过网状管12，进入网兜14之中；当网兜14内的海参达到一定重量时，网兜14上的压缩气囊15充气鼓起，电子阀门13打开，网兜14受浮力作用脱离网钩17上浮至水面，由随行船上的工作人员进行打捞，实现了海参的高效采集和分批出水。
本发明通过对柔性抓取系统进行仿生设计，大大提升了机器人在深水进行作业时的高效性。海参由人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置2产生的持续单向循环涌动的水流输送，经过网状管12，进入网兜14之中；当网兜14内的海参达到一定重量时，网兜14上的压缩气囊15充气鼓起，电子阀门13打开，网兜14受浮力作用脱离网钩17上浮至水面，由随行船上的工作人员进行打捞，实现了海参的高效采集和分批出水，极大程度上提高了海参的采集效率。
如图7所示，本发明仿生柔性抓取装置的的工作原理或作业流程为：多相机协同传感器定位海参的位置，波纹弹性伸缩管8伸缩使得喇叭形采集口7对准海参，配合增压涡轮9转动吸取海底的海参，反向减压格栅11上的减压减流孔散去部分水压、减缓水流的扰动，人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置2柔性输送海参至尾部收集装置3中，当网兜14内的海参达到一定重量时，网兜14上的压缩气囊15充气鼓起，电子阀门13打开，网兜14受浮力作用脱离网钩17上浮至水面，由随行船上的工作人员进行打捞。本发明通过对柔性抓取系统进行仿生设计，大大提升了机器人在深水进行作业时的柔和性。仿生柔性抓取装置的花瓣形弹性阻流片6可以适应不同形状的海底地表面，形成有效闭合，降低作业时对环境的扰动。在增压涡轮9转动吸取海底的海参时，花瓣形弹性阻流片6在集中水流的同时，瓣间的空隙又可以保证适当的水流进入喇叭形采集口7，产生底部向上的冲刷水流，使潜伏在海底的海参脱离地面产生初始速度，被吸入仿生柔性抓取装置舱体中；在吸取海参时, 花瓣形弹性阻流片6已经初步过滤掉一部分海底泥沙和水草，解决了泥沙堵塞、海草缠绕的问题，减少后期人工分离的工作量和对水下环境的破坏。反向减压格栅11上的减压减流孔与增压涡轮9旋转产生的水流方向相反，可以散去部分水压，减缓水流的扰动，避免因为水流压力过大而使海参受到过度的扭曲挤压，避免海参受损。人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置2产生的持续单向循环涌动的水流，在柔性输送海参的同时又可以分离颗粒较大的沙石。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，其特征在于：包括前端涡轮虹吸抓取结构（1）、人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置（2）、尾部收集装置（3）、主舱体（4）及连接法兰（5）；所述前端涡轮虹吸抓取结构（1）设置于主舱体（4）的首端，所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置（2）设置于主舱体（4）内，所述尾部收集装置（3）设置于主舱体（4）的尾端，所述前端涡轮虹吸抓取结构（1）与尾部收集装置（3）均通过连接法兰（5）与主舱体（4）连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述主舱体（4）外部覆盖有侧向暗流分散结构（21）；所述侧向暗流分散结构（21）呈防波堤和螃蟹骨甲设计，用于分解减缓侧向暗流冲刷力。
3.根据权利要求1所述的一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述前端涡轮虹吸抓取结构（1）包括花瓣形弹性阻流片（6）、喇叭形采集口（7）、波纹弹性伸缩管（8）、增压涡轮（9）、保护网罩（10）及反向减压格栅（11），所述波纹弹性伸缩管（8）分别连接叭形采集口（7）和增压涡轮（9），所述叭形采集口（7）上设置有花瓣形弹性阻流片（6），所述增压涡轮（9）由保护网罩（10）覆盖，所述增压涡轮（9）连接的后部舱体上有反向减压格栅（11），所述反向减压格栅（11）位于增压涡轮（9）的后部。
4.根据权利要求3所述的一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述花瓣形弹性阻流片（6）呈弹性花瓣状，所述叭形采集口（7）呈喇叭状，所述波纹弹性伸缩管（8）呈弹性波纹状。
5.根据权利要求3所述的一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述波纹弹性伸缩管（8）伸缩带动喇叭形采集口（7）对准海参，配合增压涡轮（9）转动吸取海底的海参。
6.根据权利要求3所述的一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述反向减压格栅（11）上的减压减流孔与增压涡轮（9）旋转产生的水流方向相反。
7.根据权利要求1所述的一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置（2）包括软硅胶传送带（18）、电动机（19）、固定板（20）、皮带轮（22）及轮轴（23），所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置（2）由固定板（20）固定于主舱体（4）的内壁上；所述软硅胶传送带（18）环绕在皮带轮（22）上，所述皮带轮（22）由电动机（19）驱动绕轮轴（23）旋转。
8.根据权利要求7所述的一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述软硅胶传送带（18）设置为上下两组，下组的所述皮带轮（22）由电动机（19）驱动绕轮轴（23）顺时针旋转，上组的所述皮带轮（22）由电动机（19）驱动绕轮轴（23）逆时针旋转。
9.根据权利要求1所述的一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述尾部收集装置（3）包括网状管（12）、电子阀门（13）、网兜（14）、压缩气囊（15）、下摆固定架（16）及网钩（17），所述网状管（12）与网兜（14）连通，所述下摆固定架（16）固定于主舱体（4）上，所述下摆固定架（16）上设置有电子阀门（13）；所述网兜（14）上设置有压缩气囊（15），所述网钩（17）配合电子阀门（13）固定网兜（14）。
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