CN116495143A - 一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人 - Google Patents
一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116495143A CN116495143A CN202310290670.0A CN202310290670A CN116495143A CN 116495143 A CN116495143 A CN 116495143A CN 202310290670 A CN202310290670 A CN 202310290670A CN 116495143 A CN116495143 A CN 116495143A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- robot
- main
- main shaft
- sea cucumber
- wheel type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 241000251511 Holothuroidea Species 0.000 title claims abstract description 61
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 49
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 30
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 210000002073 venous valve Anatomy 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 claims description 5
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims description 5
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 claims description 5
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 claims description 5
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 230000006837 decompression Effects 0.000 claims description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 3
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000009991 scouring Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 241000270322 Lepidosauria Species 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 4
- 241000237852 Mollusca Species 0.000 description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 208000028571 Occupational disease Diseases 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009360 aquaculture Methods 0.000 description 1
- 244000144974 aquaculture Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 108010066278 cabin-4 Proteins 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000009189 diving Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005226 mechanical processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001141 propulsive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
- B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
- B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
- A01K80/00—Harvesting oysters, mussels, sponges or the like
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
- B63G8/14—Control of attitude or depth
- B63G8/22—Adjustment of buoyancy by water ballasting; Emptying equipment for ballast tanks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/80—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in fisheries management
- Y02A40/81—Aquaculture, e.g. of fish
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Animal Husbandry (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明公开了一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，包括柔性抓取系统、主体外骨骼、轮式运动机构、主舱体、推进器、多相机协同传感器及浮沉舱；柔性抓取系统包括位于主舱体的首端的前端涡轮虹吸抓取结构、位于主舱体内的人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置及位于主舱体尾部的尾部收集装置；主体外骨骼包括主轴架及绕主轴架旋转绕轴旋转臂；主轴架通过第一固定板与第二固定板固定于主舱体上方；轮式运动机构包括轮式胎体及轮毂；推进器通过横向固定板固定于主轴架两侧；多相机协同传感器与浮沉舱相邻设置且均固定于主轴架上方。本发明满足深水复杂环境中所必备的稳定性和灵活性，机器人的捕捞抓取动作也满足了柔性抓取和高效采集的要求。
Description
技术领域
本发明涉及渔业和捕捞技术领域，更具体地说，它涉及一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人。
背景技术
相较于养殖规模的快速增长,以人工为主的深水搜捕作业方式远远滞后于行业的需求，成为制约行业发展的一个重要因素。
深水高品质海参养殖具有高技术、高收益的行业特点，但是深水海参捕捞作业的专业技术难度高，作业环境差，作业时间长。长期处于低温、高压的恶劣环境下进行水下作业导致捕捞人员身体负担重，职业病高发。同时，由于海底环境复杂而危险，在捕捞过程中时常会遇上水底暗流，时刻威胁着捕捞人员的生命安全，捕捞事故频频发生，专业捕捞人员伤亡率高也加剧了社会负担。因此，开发一款水下海参捕捞机器人已经成为行业发展和社会进步的迫切需求，具有广阔的应用前景。
用智能化捕捞机器人来代替人工潜水捕捞是推进海参养殖业进一步发展的重要手段。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。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上技术问题，而提出的具有深水复杂环境中所必备的稳定性和灵活性，机器人的捕捞抓取动作也满足了柔性抓取和高效采集的要求的一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，包括柔性抓取系统、主体外骨骼、轮式运动机构、主舱体、推进器、多相机协同传感器及浮沉舱；
所述柔性抓取系统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及尾部收集装置；所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置位于主舱体内；所述前端涡轮虹吸抓取结构设置于主舱体的首端，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；
所述主体外骨骼包括主轴架及绕轴旋转臂；所述绕轴旋转臂绕主轴架旋转，所述主轴架体保持稳定；所述主轴架通过第一固定板与第二固定板固定于主舱体上方；
所述轮式运动机构包括轮式胎体及轮毂；所述轮式胎体设置于轮毂上；
所述推进器通过横向固定板固定于主轴架两侧；
所述多相机协同传感器与浮沉舱相邻；所述多相机协同传感器及浮沉舱通过第三固定板与第四固定板固定于主轴架上方。
优选地，所述前端涡轮虹吸抓取结构包括依次连接的花瓣形弹性阻流片、波纹弹性伸缩管、增压涡轮、保护网罩及反向减压格栅。
优选地，所述尾部收集装置包括依次连接的网状管、电子阀门、网兜及压缩气囊。
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结合防波堤和螃蟹骨甲设计。
优选地，所述主舱体位于主轴架下方，所述主舱体的形状为仿螃蟹外骨骼的上缓下圆状。
优选地，所述轮式运动机构通过固定架与绕轴旋转臂连接，且设定活动关节在主轴架上，所述轮式运动机构由内置于固定架中的伺服电机驱动。
优选地，所述轮式胎体为五边形蜂窝状结构，每个蜂窝单元之间为均差结构支撑与链接，所述轮式胎体为新型仿生鱼肌肉材料，材料将纤维编织管嵌入增强型聚合物中空纤维微孔膜；所示轮式胎体倾斜放置。
优选地，所述推进器呈对称状分布于主轴架两侧；所述推进器共六个，前部分布四个推进器，后部分布两个推进器，用于控制机器人上浮下沉；所述推进器由电机驱动桨叶旋转产生推进力。
优选地，所述多相机协同传感器与浮沉舱相邻；所述多相机协同传感器与浮沉舱在主轴架前后均有分布；所述浮沉舱由进水阀门和排水阀门控制。
优选地，所述主轴架的末端连接缆线。
与现有技术相比，本发明提供了一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，具备以下有益效果：
1、海参捕捞机器人在深水进行作业时的稳定性得到保证。本发明通过对海参捕捞机器人进行仿生设计，构建了自适应平衡系统，大大提升了机器人在深水进行作业时的稳定性。第一，机器人的主舱体仿螃蟹外骨骼，设计为“上缓下圆”的外形，将侧面水平方向的扰流转化成弧线形水流，机器人受到自上而下的作用力，将侧向暗流的冲刷力转化成向下的压力。第二，机器人的主舱体外部覆盖有侧向暗流分散结构，侧向暗流分散结构结合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。第三，机器人的主舱体位于主轴架下方，整体重心下移，机器人的轮式运动机构通过固定架与绕轴旋转臂连接，仿爬行动物蜥蜴四肢，设定活动关节在主轴架上，运动过程中保持机器人本体相对稳定，提供了机器人整体运动控制所必需的平稳基准面，被动平衡结合主动调节，增强了机器人的抓地力，增强了机体稳定性。第四，机器人的轮式胎体采用新型仿生鱼肌肉材料，材料将纤维编织管嵌入增强型聚合物中空纤维微孔膜，根据软体动物等积形变原理，满足水下浮力相对不变的需求，在布满礁石，不平稳的海底行进时时，胎体会随着碎石的外型体积而改变，行进时也如波浪一般，但依旧保持了机器行进时的稳定性和画面传输的清晰度。轮式胎体倾斜放置，也争取了更多的接触面积。
2、海参捕捞机器人在深水进行作业时的精准性和灵活性得到保证。本发明通过对海参捕捞机器人进行仿生设计，大大提升了机器人在深水进行作业时的精准性和灵活性。本发明构建了一套搜捕自适应切换运动系统，主要由多相机协同传感器、推进器和轮式运动机构组成。轮式运动机构和推进器应用于海参捕捞机器人的不同工作状态，机器人的作业模式分为“搜”和“捕”两个工作状态。搜索过程中，多相机协同传感器采集分析图像数据，寻找适宜捕捞作业的区域，此时机器人采用推进器主动桨式运动，以提高搜寻时的机动性。一旦定位捕捞区域后，机器人便采用轮式运动机构进行轮式运动，降低环境扰动，提高了精准捕捉作业所需的稳定性和平滑性。
3、海参捕捞机器人在深水进行作业时对环境的扰动影响有所降低。本发明通过对海参捕捞机器人进行仿生设计，降低了机器人在深水进行作业时对环境的扰动影响。由于机器人的轮式胎体设计为五边形蜂窝状结构，每个蜂窝单元之间采用均差结构支撑与链接，调节了局部形变和整体应变的合理关系，提高了机器人水下本体运动消噪能力。轮式胎体的力学性能稳定，可以实现面内变形，面外承载的双重力学作用，还具有出色的隔振和吸声降噪的特性。机器人在行进时，轮胎会随着行驶过的物体形变，但其稳定性不变，可以降低对行驶姿态的改变，除了加强机器的稳定性能以外，还做到了对环境的保护。
4、本发明对海参捕捞机器人的作业流程加以优化。海参捕捞机器人的作业流程：工作人员将海参捕捞机器人放入水中，机器人打开进水阀门往浮沉舱里注水，水满后机器人下沉，此时机器人采用推进器进行运动，多相机协同传感器采集分析图像数据，寻找适宜进行捕捞作业的区域，一旦定位捕捞区域后，机器人便采用轮式运动机构进行轮式运动，到达位置后机器人采用柔性抓取系统采集海参，配合尾部收集装置，实现海参的高效采集和分批出水。作业完成后，机器人打开排水阀门，用压缩空气把浮沉舱内的水排出，推进器推动机器人上浮，工作人员回收上浮至水面的机器人。
5、深水海参捕捞作业的专业技术难度高，作业环境差，作业时间长。长期处于低温、高压的恶劣环境下进行水下作业导致捕捞人员身体负担重，职业病高发。同时，由于海底环境复杂而危险，在捕捞过程中时常会遇上水底暗流，时刻威胁着捕捞人员的生命安全，捕捞事故频频发生，专业捕捞人员伤亡率高也加剧了社会负担。本发明提供了一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，用机器人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是海参捕捞机器人整体结构示意图；
图2是海参捕捞机器人的柔性抓取系统的装配爆炸示意图；
图3是海参捕捞机器人的主体外骨骼的结构示意图；
图4是海参捕捞机器人的主体外骨骼和主舱体的结构示意图；
图5是海参捕捞机器人的轮式运动机构的结构示意图；
图6是海参捕捞机器人的推进器的结构示意图；
图7是海参捕捞机器人的推进器和主体外骨骼的装配爆炸示意图a；
图8是海参捕捞机器人的推进器和主体外骨骼的装配爆炸示意图b；
图9是海参捕捞机器人的主舱体侧向流体原理示意图；
图10是海参捕捞机器人的被动平衡原理示意图；
图11是海参捕捞机器人的轮式运动机构的说明图之蜂窝结构；
图12是海参捕捞机器人的轮式运动机构的说明图之均差链接结构；
图13是海参捕捞机器人的轮式运动机构的说明图之局部畸变；
图14是海参捕捞机器人的轮式运动机构的说明图之均差结构适应侧向斜面；
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、主体外骨骼；7、主轴架；8、绕轴旋转臂；9、第一固定板；10、第二固定板；11、轮式胎体；12、轮毂；13、推进器；14、横向固定板；15、电机；16、桨叶；17、多相机协同传感器；18、浮沉舱；19、进水阀门；20、排水阀门；21、侧向暗流分散结构；22、缆线；23、第三固定板；24、第四固定板；25、固定架。
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1-14所示，本发明的一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，包括柔性抓取系统、主体外骨骼6、轮式运动机构、主舱体4、推进器13、多相机协同传感器17及浮沉舱18；
请参阅图1所示，所述柔性抓取系统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及尾部收集装置3；所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置2位于主舱体4内；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；
请参阅图3和图4所示，所述主体外骨骼6包括主轴架7及绕轴旋转臂8；所述绕轴旋转臂8绕主轴架7旋转，所述主轴架7体保持稳定；所述主轴架7通过第一固定板9与第二固定板10固定于主舱体4上方；
请参阅图5所示，所述轮式运动机构包括轮式胎体11及轮毂12；所述轮式胎体11设置于轮毂12上；
请参阅图6所示，所述推进器13通过横向固定板14固定于主轴架7两侧；
请参阅图7-8所示，所述多相机协同传感器17与浮沉舱18相邻；所述多相机协同传感器17及浮沉舱18通过第三固定板23与第四固定板24固定于主轴架7上方。
一种可选的实施方式，请参阅图1所示，所述前端涡轮虹吸抓取结构1包括依次连接的花瓣形弹性阻流片、波纹弹性伸缩管、增压涡轮、保护网罩及反向减压格栅。
一种可选的实施方式，请参阅图1所示，所述尾部收集装置3包括依次连接的网状管、电子阀门、网兜及压缩气囊。
一种可选的实施方式，请参阅图3和图8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结合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4和图9所示，所述主舱体4仿螃蟹外骨骼，设计为“上缓下圆”的外形，将侧面水平方向的扰流转化成弧线形水流，机器人受到自上而下的作用力，将侧向暗流的冲刷力转化成向下的压力；所述主舱体4位于主轴架7下方，整体重心下移，结合仿爬行动物蜥蜴四肢设计的轮式运动机构，被动平衡结合主动调节，增强了机器人的抓地力，增强了机体稳定性。
一种可选的实施方式，请参阅图3和图5所示，所述轮式运动机构通过固定架25与绕轴旋转臂8连接，仿爬行动物蜥蜴四肢，设定活动关节在主轴架7上，运动过程中保持机器人本体相对稳定，提供整体运动控制所必需的平稳基准面，增强机体稳定性；所述轮式运动机构由内置于固定架25中的伺服电机驱动。
一种可选的实施方式，请参阅图5和图11所示，所述轮式胎体11为五边形蜂窝状结构，每个蜂窝单元之间为均差结构支撑与链接，能够调节局部形变和整体应变的合理关系，提高水下本体运动消噪能力；所述轮式胎体11为新型仿生鱼肌肉材料，材料将纤维编织管嵌入增强型聚合物中空纤维微孔膜，根据软体动物等积形变原理，满足水下浮力相对不变的需求，提高机体运动姿态稳定性；所示轮式胎体11倾斜放置，争取更多的抓取接触面积。
其中，请参阅图10所示，本发明通过对海参捕捞机器人进行仿生设计，构建了自适应平衡系统，大大提升了机器人在深水进行作业时的稳定性。第一，机器人的主舱体4仿螃蟹外骨骼，设计为“上缓下圆”的外形，将侧面水平方向的扰流转化成弧线形水流，机器人受到自上而下的作用力，将侧向暗流的冲刷力转化成向下的压力。第二，机器人的主舱体4外部覆盖有侧向暗流分散结构21，侧向暗流分散结构21结合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。第三，机器人的主舱体4位于主轴架7下方，整体重心下移，机器人的轮式运动机构通过固定架25与绕轴旋转臂8连接，仿爬行动物蜥蜴四肢，设定活动关节在主轴架7上，运动过程中保持机器人本体相对稳定，提供了机器人整体运动控制所必需的平稳基准面，被动平衡结合主动调节，增强了机器人的抓地力，增强了机体稳定性。第四，机器人的轮式胎体11采用新型仿生鱼肌肉材料，材料将纤维编织管嵌入增强型聚合物中空纤维微孔膜，根据软体动物等积形变原理，满足水下浮力相对不变的需求，在布满礁石，不平稳的海底行进时时，胎体会随着碎石的外型体积而改变，行进时也如波浪一般，但依旧保持了机器行进时的稳定性和画面传输的清晰度。轮式胎体11倾斜放置，也争取了更多的接触面积。
请参阅图11-14所示，本发明通过对海参捕捞机器人进行仿生设计，降低了机器人在深水进行作业时对环境的扰动影响。由于机器人的轮式胎体11设计为五边形蜂窝状结构，每个蜂窝单元之间采用均差结构支撑与链接，调节了局部形变和整体应变的合理关系，提高了机器人水下本体运动消噪能力。轮式胎体11的力学性能稳定，可以实现面内变形，面外承载的双重力学作用，还具有出色的隔振和吸声降噪的特性。机器人在行进时，轮胎会随着行驶过的物体形变，但其稳定性不变，可以降低对行驶姿态的改变，除了加强机器的稳定性能以外，还做到了对环境的保护。
一种可选的实施方式，请参阅图6所示，所述推进器13呈对称状分布于主轴架7两侧；所述推进器13共六个，因机器人本体的前部质量大于后部，故前部分布四个推进器13，后部分布两个推进器13，用于控制机器人上浮下沉；所述推进器13由电机15驱动桨叶16旋转产生推进力。
其中，请参阅图5和图6所示，本发明中所述轮式运动机构和推进器13应用于海参捕捞机器人的不同工作状态，机器人的作业模式分为“搜”和“捕”两个工作状态；搜索过程中采用推进器13主动桨式运动，以提高搜寻时的机动性；一旦定位捕捞区域后采用轮式运动机构轮式运动，降低环境扰动，提高精准捕捉作业所需的稳定性和平滑性。
一种可选的实施方式，请参阅图7和8所示，所述多相机协同传感器17与浮沉舱18相邻；所述多相机协同传感器17与浮沉舱18在主轴架7前后均有分布；多相机协同传感器17负责搜寻定位捕捞区域；所述浮沉舱18由进水阀门19和排水阀门20控制，浮沉舱18注满水时，增加重量抵消其储备浮力，即从水面潜入水下；用压缩空气把浮沉舱18内的水排出，重量减小，储备浮力恢复，即从水下浮出水面；所述主轴架7的末端连接缆线22。
其中，本发明通过对海参捕捞机器人进行仿生设计，大大提升了机器人在深水进行作业时的精准性和灵活性；本发明构建了一套搜捕自适应切换运动系统，主要由多相机协同传感器17、推进器13和轮式运动机构组成。轮式运动机构和推进器13应用于海参捕捞机器人的不同工作状态，机器人的作业模式分为“搜”和“捕”两个工作状态。搜索过程中，多相机协同传感器17采集分析图像数据，寻找适宜捕捞作业的区域，此时机器人采用推进器13主动桨式运动，以提高搜寻时的机动性。一旦定位捕捞区域后，机器人便采用轮式运动机构进行轮式运动，降低环境扰动，提高了精准捕捉作业所需的稳定性和平滑性。
本发明对海参捕捞机器人的作业流程加以优化，海参捕捞机器人的作业流程为：工作人员将海参捕捞机器人放入水中，机器人打开进水阀门19往浮沉舱18里注水，水满后机器人下沉，此时机器人采用推进器13进行运动，多相机协同传感器17采集分析图像数据，寻找适宜进行捕捞作业的区域，一旦定位捕捞区域后，机器人便采用轮式运动机构进行轮式运动，到达位置后机器人采用柔性抓取系统采集海参，配合尾部收集装置3，实现海参的高效采集和分批出水。作业完成后，机器人打开排水阀门20，用压缩空气把浮沉舱18内的水排出，推进器13推动机器人上浮，工作人员回收上浮至水面的机器人。
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 (10)
1.一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，其特征在于：包括柔性抓取系统、主体外骨骼（6）、轮式运动机构、主舱体（4）、推进器（13）、多相机协同传感器（17）及浮沉舱（18）；
所述柔性抓取系统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）及尾部收集装置（3）；所述人体下肢静脉瓣膜仿生涌动水流发生装置（2）位于主舱体（4）内；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；
所述主体外骨骼（6）包括主轴架（7）及绕轴旋转臂（8）；所述绕轴旋转臂（8）绕主轴架（7）旋转，所述主轴架（7）体保持稳定；所述主轴架（7）通过第一固定板（9）与第二固定板（10）固定于主舱体（4）上方；
所述轮式运动机构包括轮式胎体（11）及轮毂（12）；所述轮式胎体（11）设置于轮毂（12）上；
所述推进器（13）通过横向固定板（14）固定于主轴架（7）两侧；
所述多相机协同传感器（17）与浮沉舱（18）相邻；所述多相机协同传感器（17）及浮沉舱（18）通过第三固定板（23）与第四固定板（24）固定于主轴架（7）上方。
2.根据权利要求1所述的一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，其特征在于：所述前端涡轮虹吸抓取结构（1）包括依次连接的花瓣形弹性阻流片、波纹弹性伸缩管、增压涡轮、保护网罩及反向减压格栅。
3.根据权利要求1所述的一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，其特征在于：所述尾部收集装置（3）包括依次连接的网状管、电子阀门、网兜及压缩气囊。
4.根据权利要求1所述的一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，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）结合防波堤和螃蟹骨甲设计。
5.根据权利要求3所述的一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，其特征在于：所述主舱体（4）位于主轴架（7）下方，所述主舱体（4）的形状为仿螃蟹外骨骼的上缓下圆状。
6.根据权利要求1所述的一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，其特征在于：所述轮式运动机构通过固定架（25）与绕轴旋转臂（8）连接，且设定活动关节在主轴架（7）上，所述轮式运动机构由内置于固定架（25）中的伺服电机驱动。
7.根据权利要求1所述的一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，其特征在于：所述轮式胎体（11）为五边形蜂窝状结构，每个蜂窝单元之间为均差结构支撑与链接，所述轮式胎体（11）为新型仿生鱼肌肉材料，材料将纤维编织管嵌入增强型聚合物中空纤维微孔膜；所示轮式胎体（11）倾斜放置。
8.根据权利要求1所述的一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，其特征在于：所述推进器（13）呈对称状分布于主轴架（7）两侧；所述推进器（13）共六个，前部分布四个推进器（13），后部分布两个推进器（13），用于控制机器人上浮下沉；所述推进器（13）由电机（15）驱动桨叶（16）旋转产生推进力。
9.根据权利要求1所述的一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，其特征在于：所述多相机协同传感器（17）与浮沉舱（18）相邻；所述多相机协同传感器（17）与浮沉舱（18）在主轴架（7）前后均有分布；所述浮沉舱（18）由进水阀门（19）和排水阀门（20）控制。
10.根据权利要求1所述的一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人，其特征在于：所述主轴架（7）的末端连接缆线（22）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310290670.0A CN116495143B (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310290670.0A CN116495143B (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116495143A true CN116495143A (zh) | 2023-07-28 |
| CN116495143B CN116495143B (zh) | 2023-11-03 |
Family
ID=87327467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310290670.0A Active CN116495143B (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116495143B (zh) |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103029818A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-04-10 | 浙江工业大学 | 一种仿生海底生物捕捞机器人 |
| CN103535330A (zh) * | 2013-11-04 | 2014-01-29 | 钟定胜 | 一种沉浮控制装置及多工况可沉浮海参搜索捕捞器 |
| CN206658888U (zh) * | 2017-04-25 | 2017-11-24 | 青岛森科特智能仪器有限公司 | 一种全方位海参捕捞器 |
| CN207089614U (zh) * | 2017-06-27 | 2018-03-13 | 西南科技大学 | 水下机器人以及水陆两栖机器人 |
| CN108355225A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-08-03 | 山东百多安医疗器械有限公司 | 一种具有双重防返流瓣膜的静脉导管及其制备方法 |
| CN110074075A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-02 | 威海浦鲸智能设备有限公司 | 一种自动捕捞海参的机器人 |
| CN110422301A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-08 | 天津大学 | 一种海底垃圾清理机器人 |
| US20210009248A1 (en) * | 2020-09-28 | 2021-01-14 | Ocean University Of China | Pile leg walking type mining robot |
| CN112544577A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-03-26 | 浙江海洋大学 | 一种海参捕捞机器人 |
| CN213800132U (zh) * | 2020-12-23 | 2021-07-27 | 重庆工程学院 | 一种新型水下机器人 |
| US20210309332A1 (en) * | 2019-07-04 | 2021-10-07 | Institute Of Automation, Chinese Academy Of Sciences | Biomimetic robotic manta ray |
| CN113500610A (zh) * | 2021-07-19 | 2021-10-15 | 浙江大学台州研究院 | 水下采收机器人 |
| CN214546666U (zh) * | 2021-03-04 | 2021-11-02 | 未来海工智能装备(山东)有限公司 | 海参捕捞机器人 |
| WO2022037042A1 (zh) * | 2020-08-21 | 2022-02-24 | 南京灵雀智能制造有限公司 | 适用于水上急救机器人浮力约束装置、急救机器人及工作方法 |
| CN115071921A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-20 | 沈阳航空航天大学 | 一种舰船在役检测可浮游爬壁机构 |
| CN115122838A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-09-30 | 兰州交通大学 | 一种水陆两栖轻型物料回收智能车 |
-
2023
- 2023-03-23 CN CN202310290670.0A patent/CN116495143B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103029818A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-04-10 | 浙江工业大学 | 一种仿生海底生物捕捞机器人 |
| CN103535330A (zh) * | 2013-11-04 | 2014-01-29 | 钟定胜 | 一种沉浮控制装置及多工况可沉浮海参搜索捕捞器 |
| CN206658888U (zh) * | 2017-04-25 | 2017-11-24 | 青岛森科特智能仪器有限公司 | 一种全方位海参捕捞器 |
| CN207089614U (zh) * | 2017-06-27 | 2018-03-13 | 西南科技大学 | 水下机器人以及水陆两栖机器人 |
| CN108355225A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-08-03 | 山东百多安医疗器械有限公司 | 一种具有双重防返流瓣膜的静脉导管及其制备方法 |
| CN110074075A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-02 | 威海浦鲸智能设备有限公司 | 一种自动捕捞海参的机器人 |
| US20210309332A1 (en) * | 2019-07-04 | 2021-10-07 | Institute Of Automation, Chinese Academy Of Sciences | Biomimetic robotic manta ray |
| CN110422301A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-08 | 天津大学 | 一种海底垃圾清理机器人 |
| WO2022037042A1 (zh) * | 2020-08-21 | 2022-02-24 | 南京灵雀智能制造有限公司 | 适用于水上急救机器人浮力约束装置、急救机器人及工作方法 |
| US20210009248A1 (en) * | 2020-09-28 | 2021-01-14 | Ocean University Of China | Pile leg walking type mining robot |
| CN112544577A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-03-26 | 浙江海洋大学 | 一种海参捕捞机器人 |
| CN213800132U (zh) * | 2020-12-23 | 2021-07-27 | 重庆工程学院 | 一种新型水下机器人 |
| CN214546666U (zh) * | 2021-03-04 | 2021-11-02 | 未来海工智能装备(山东)有限公司 | 海参捕捞机器人 |
| CN113500610A (zh) * | 2021-07-19 | 2021-10-15 | 浙江大学台州研究院 | 水下采收机器人 |
| CN115071921A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-20 | 沈阳航空航天大学 | 一种舰船在役检测可浮游爬壁机构 |
| CN115122838A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-09-30 | 兰州交通大学 | 一种水陆两栖轻型物料回收智能车 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116495143B (zh) | 2023-11-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109944221B (zh) | 一种用于水上漂浮垃圾的浮式垃圾清理装置 | |
| CN108820173B (zh) | 基于浮力驱动与无轴矢量推进的变形潜水器及其工作方法 | |
| JP4464389B2 (ja) | 水没可能囲い網 | |
| CN100537902C (zh) | 一种帮助鱼类通过水坝的方法 | |
| CN103125414A (zh) | 可旋转自航式抗风浪深水网箱 | |
| CN210054283U (zh) | 养殖网箱 | |
| CN206314415U (zh) | 一种深远海卧式可潜浮单柱形抗台网箱系统 | |
| CN108859637A (zh) | 一种球形两栖机器人 | |
| US20200149506A1 (en) | Wave power generation device | |
| CN112644652A (zh) | 自航式深远海渔场平台 | |
| CN110495414A (zh) | 沉浮式海洋自动化网箱养殖系统 | |
| CN109110059A (zh) | 一种仿生海洋浮标 | |
| CN116495143B (zh) | 一种整体结构仿生设计的水下海参捕捞机器人 | |
| CN116349657B (zh) | 一种应用于高品相海参捕捞的仿生柔性抓取装置 | |
| CN101375675B (zh) | 圆环形框架式潮浪水下自动清洗网箱的装置 | |
| JP2003335293A (ja) | 浮遊物回収船 | |
| CN202348704U (zh) | 水底潜水吸污机 | |
| CN109006612B (zh) | 一种具有联动清污功能的渔业网箱系泊结构 | |
| CN206314414U (zh) | 一种深远海卧式可潜浮双柱形抗台网箱系统 | |
| CN109018231A (zh) | 一种水下作业机器人用水面漂浮装置 | |
| CN208789417U (zh) | 一种球形两栖机器人 | |
| CN210258768U (zh) | 一种蝠鲼式水面巡游装置 | |
| CN110901859B (zh) | 一种水上可伸缩式三轴智能搜救机器人 | |
| CN218736625U (zh) | 一种立体多层复合式养殖笼 | |
| CN218412503U (zh) | 一种环境监测基站 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |