CN117481071A - 一种鱼缸除垢机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鱼缸除垢机器人，包括，在整机框架的底板上设置的自适应不同缸径、贴合缸沿的万向轮、用于夹紧缸壁的三点接触式滚轮以及调节三点接触式滚轮夹紧程度的调节丝杠；用于清除污垢的除垢刷、带动除垢刷上下往复运动且位于除垢机构最上方的苏格兰轭机构，以及调节除垢刷高度的高度调节器；将除垢刷紧密接触缸壁的压紧机构；通过电机驱动以同步带轮传动的方式为机器人的移动和除垢提供动力支持的行走模块；用于识别机器人行进过程中的起止位置标志物的传感装置；用于识别机器人前进方向的污垢累积程度的视频监测装置；以及控制鱼缸除垢全过程的启停、行走、除垢等操作的控制系统。
Description
技术领域
本发明属于水产养殖智能装备领域，特别涉及一种鱼缸除垢机器人。
背景技术
我国是水产养殖大国，养殖水产品占全球接近70%，水产养殖已经成为万亿级产业，其中淡水养殖占三分之二以上。但是，传统的淡水养殖在追求高产的同时，使用了过多的鱼饵和药物，带了严重的环境污染及水产品质量安全问题。同时，外塘养殖除了影响生态，还存在生产稳定性差，受天气气候影响大，以及劳动强度高等问题。因此，为了解决高产、高效和绿色可持续发展，以及满足人们对高品质水产品的需求等问题，近年来我国设施水产养殖得到了快速发展。通过物联网和智能增氧、投喂等装备的应用，实现高密度高品质的工厂化养殖。设施养殖一般采用直径在6米以上的圆形缸，使用过程中，发现缸内壁在使用一段时间后容易积累污垢，尤其是在水面与缸壁接触部位，如果不及时清理，会增加后期维护难度，同时影响到养殖水体水质。人工清洗费时费力，效率低下。为此，在大规模养殖情况下，开发鱼缸壁自动清扫机器人显得非常必要。而清扫机器人能够实现自动清扫、节约劳动力、提高效率。但现有技术中，设施的形状并不是完全直线型的，设施的直径、弯曲弧度等不同，导致了机器人在清洗时，存在清洗不干净，效率低下，甚至清洗不到的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种鱼缸除垢机器人，可定期对工厂养殖中的大型鱼缸内壁进行自动清洗，解决了自适应匹配不同直径弯曲弧度鱼缸的安装，沿弯曲路径自主行进，自动感应启停位置点，模拟人工清洗动作，清洁情况的监测评估等问题。
一种鱼缸除垢机器人，包括：除垢机构、压紧机构、行走模块、传感装置、视频监测装置、控制系统以及将其组装在一起的整机框架和机器人外壳；
所述整机框架的底板上设置有自适应不同缸径、贴合缸沿的万向轮、用于夹紧缸壁的三点接触式滚轮以及调节所述三点接触式滚轮夹紧程度的调节丝杠；
所述除垢机构包括用于清除污垢的除垢刷、带动除垢刷上下往复运动且位于除垢机构最上方的苏格兰轭机构，以及调节除垢刷高度的高度调节器；
所述压紧机构用于将所述除垢刷紧密接触缸壁；
所述行走模块位于整机框架的底板右端，通过电机驱动以同步带轮传动的方式为机器人的移动和除垢提供动力支持；
所述传感装置位于整机框架底板的两侧，用于识别机器人行进过程中的起止位置标志物；
所述视频监测装置位于整机框架的前端中部、苏格兰轭机构旁边，用于识别机器人前进方向的污垢累积程度，并将监测的信息传输给控制系统；
所述控制系统根据接收的传感装置传送的机器人到达位置标志物位置后的信息控制机器人往返绕缸壁工作，根据实时接收的所述视频监测装置传送的污垢累积程度信息控制苏格兰轭机构的转速，并决定是否结束除垢工作。
优选地，三点接触式滚轮包括与缸内壁接触的一个滚轮和与缸外壁接触的两个滚轮，且与缸外壁接触的两个滚轮分别通过螺纹连接方式固定在减震器上，所述减震器通过螺纹连接方式固定在整机框架的底板上。
优选地，调节丝杠为滚珠丝杠，前端采用螺纹连接的方式固定在滚珠丝杆固定支座上，滚珠丝杆固定支座通过螺纹连接方式固定在U型板上，滚珠丝杠的轴套在轴承里，轴承支座和整机框架的底板通过螺纹连接；滚珠丝杆的后端通过膜片联轴器将滚珠丝杆与手柄25连接；手柄通过手摇的方式控制导轨伸缩，进而控制所述三点接触式滚轮夹紧缸壁。
优选地，万向轮位于整机框架底板下方两端，采用螺纹连接的方式固定在减震器上，减震器通过螺纹连接固定在整机框架的底板上。
优选地，所述高度调节器与压紧装置的两个扭簧通过两个连接器连接，每个连接器包括左连接器与右连接器，左连接器与高度调节器31连接并通过螺栓和右连接器固定，右连接器自带圆形凸台，扭簧固定在凸台上，夹紧件左端的轴与右连接器配合，通过扭簧压紧连接器将力传递至连接除垢刷刷头的连杆，使得位于高度调节器的尾部的除垢刷紧贴缸内壁；除垢刷与高度调节器通过自锁式尼龙扎带束带连接。
优选地，苏格兰轭机构包括一体的转轮、滑销滑槽和滑杆。
优选地，夹紧件夹紧在苏格兰轭机构的滑杆上，夹紧件为螺纹连接。
优选地，苏格兰轭机构与电机的输出轴为键连接或螺纹连接。
优选地，行走模块包括通过螺纹连接固定在整机框架的底板上的电机支撑件，电机支座通过螺纹连接固定在电机支撑件上，电机通过螺栓连接固定在电机支座上；同步带轮的小带轮通过键连接和顶丝固定在电机的输出轴上，轴承支座通过螺纹连接固定在整机框架的底板上，与轴承相配合的轴采用键连接的方式与大带轮和驱动轮配合。
优选地，传感装置与底板为螺纹连接，其利用红外传感系统识别起始位置标志物。
1）本发明的机器人在整机框架中利用三点接触式滚轮结构，通过手柄控制调节丝杠，带动导轨伸缩，使三点接触式滚轮夹紧缸壁，保证除垢工作的稳定性；万向轮能够360°摆动可使除垢机器人适应不同鱼缸的缸径，两个万向轮和外壁两个滚轮均采用带有减震器的设计，能够在除垢机器人前进过程中起到减震和跨越简单障碍的作用；
2）本发明的机器人含有传感装置，位于整机框架底板的两侧，与底板为螺纹连接；传感装置能够实现在除垢机器人绕缸壁工作一周，到达起始位置后按原路线返回继续除垢工作的功能；
3）本发明的机器人中设置有视频监测装置，位于整机框架的前端中部，采用螺纹连接安装在整机框架上，视频监测装置可以在除垢机器人作业时，识别机器人前进方向的污垢累积程度，从而实时控制苏格兰轭的转速和决定是否结束工作，达到理想的除垢效果；
4）本发明的机器人中除垢机构的设计独具匠心，其中的高度调节器用于调节除垢刷的高度，苏格兰轭机构的设计可使除垢刷循环往复工作，提升除垢效果。
附图说明
图1是本发明的一种鱼缸除垢机器人含机器人外壳的结构图；
图2是本发明的一种鱼缸除垢机器人不含机器人外壳的结构图；
图3是本发明的一种鱼缸除垢机器人的机器人外壳的结构图；
图4是本发明的一种鱼缸除垢机器人的整机框架底板与三点式接触滚轮、万向轮以及驱动轮的连接关系图；
图5是本发明的一种鱼缸除垢机器人的调节丝杠与整机框架的连接关系图；
图6是本发明的一种鱼缸除垢机器人的除垢机构中苏格兰轭、高度调节器以及压紧装置的连接关系图；
图7 是本发明的一种鱼缸除垢机器人的行走模块中电机、同步带轮与整机框架的连接关系图。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
一种鱼缸除垢机器人，整体结构如图1和2所示，主要包括：机器人外壳1、整机框架2、除垢机构3、压紧机构4、行走模块5、传感装置6、视频监测装置7以及控制系统。
机器人外壳1将整机框架2、除垢机构3、压紧机构4、行走模块5、传感装置6、视频监测装置7和控制系统进行包裹，起到屏障保护、防尘防水作用，如图3所示。机器人外壳1的材料优选为亚克力板材质。
整机框架2将除垢机构3、压紧机构4、行走模块5、传感装置6、视频监测装置7以及控制系统合理组装在一起。整机框架2包括三点接触式滚轮20、万向轮21、调节丝杠22，参考图2、图4和图5。
万向轮21位于整机框架2的下方两端，采用螺纹连接的方式固定在减震器上，减震器通过螺纹连接固定在整机框架2的底板上。万向轮21能够360°摆动，可极大程度地贴合缸沿，适应不同鱼缸的缸径。
在本发明的该实施方式中，调节丝杠22为滚珠丝杠，前端采用螺纹连接的方式固定在滚珠丝杆固定支座23上，滚珠丝杆固定支座23通过螺纹连接固定在U型板上，滚珠丝杠的轴套在轴承里，轴承支座和整机框架2的底板为螺纹连接；滚珠丝杆的后端通过膜片联轴器24，将滚珠丝杆和手柄25连接。
三点接触式滚轮20位于整机框架2的下方，在除垢机器人内方向（前向）有一个与鱼缸内壁接触的滚轮，采用螺钉连接的方式固定在整机框架2的底板；外方向（后向）有两个与鱼缸外壁接触的滚轮，采用螺纹连接的方式固定在减震器26上，减震器26通过螺纹连接固定在整机框架2的底板。这种可控制夹紧的设计，使机器人能够适应不同鱼缸的壁厚和缸径。手柄25通过手摇的方式控制导轨伸缩，进而控制三点接触式滚轮20夹紧缸壁。
参见图2、图6和图7所示，除垢机构3包括苏格兰轭机构30、高度调节器31和除垢刷（未示出）。苏格兰轭机构30位于除垢机构3的最上方，苏格兰轭机构30与电机51的输出轴为键连接或螺纹连接。苏格兰轭机构30中的转轮、滑销滑槽和滑杆33是一体的。高度调节器31与压紧机构4中的两个扭簧40通过两个连接器41连接，每个连接器41包括左连接器与右连接器。夹紧件42夹紧在苏格兰轭结构30的滑杆33上，夹紧件42为螺纹连接。夹紧件42左端的轴与右连接器配合，右连接器自带圆形凸台，扭簧40固定在该凸台上。左连接器通过螺栓和右连接器固定，左连接器与高度调机器31连接。除垢刷位于高度调节器31尾部连杆34的除垢刷挂接处32，除垢刷与高度调节器31通过自锁式尼龙扎带束带连接，高度调节器31用于调节除垢刷的高度。工作时，扭簧40压紧右连接器，从而为连杆34提供持续力，使除垢刷的刷头紧贴鱼缸内壁，以达到有效除垢的目的。苏格兰轭机构30在电机51的驱动下用于带动除垢刷循环往复工作，提升除垢效果。
行走模块5通过电机51驱动，以同步带轮传动的方式为机器人的移动和执行端除垢提供动力支持。其中，电机支撑件52位于整机框架2的底板的右端，通过螺纹连接固定在整机框架2的底板上，电机支座53通过螺纹连接固定在电机支撑件52上，电机51通过螺栓连接固定在电机支座53上。同步带轮的小带轮54通过键连接和顶丝固定在电机51的输出轴上，轴承支座通过螺纹连接固定在整机框架2的底板上，与轴承相配合的轴采用键连接的方式与大带轮55、驱动轮56配合。
传感装置6位于整机框架2底板的两侧，与底板为螺纹连接，其利用红外传感系统识别起始位置标志物，实现机器人绕缸壁工作一周，到达起始位置后按原路线返回继续除垢工作的功能。
视频监测装置7位于整机框架2的前端中部，采用螺纹连接安装在整机框架2上，其可以识别机器人前进方向的污垢累积程度，从而实时控制苏格兰轭结构30的转速和决定是否结束工作，以达到理想的除垢效果。
控制系统采用PLC嵌入式开发下位机软件，包括PLC控制板、电源和电机驱动器。PLC控制板与传感装置6、视频监测装置7和电机驱动器连接，负责为鱼缸除垢全过程提供决策控制；电源与控制系统和驱动电机连接。经传感装置6传感和视频监测装置7采集的信息，经过控制系统分析处理后，可实现鱼缸除垢全过程的启停、行走、除垢等操作。
本发明的除垢机器人对鱼缸进行除垢的步骤如下。将本发明的机器人挂载在要除垢的鱼缸壁上沿，使得三点接触式滚轮20中的一个滚轮在鱼缸内壁，两个滚轮在鱼缸外壁。手动摇动手摇杆装置的手柄25来调节丝杠22，进而控制导轨的伸缩，使得三点接触式滚轮20夹紧缸壁；同时在鱼缸内壁一侧，调节螺栓和垫片使得内壁上的一个滚轮贴紧缸壁，保证机器人贴合鱼缸内壁不滑落。除垢前，手动调节高度调节器31，使除垢刷保持在一个合适的高度，以便于进行除垢工操作。准备就绪后，开启电源，PLC控制系统向电机驱动器发出信号，电机驱动器开始驱动行走和除垢电机转动；除垢刷开始工作的同时，视频监测装置7开始工作。视频监测装置7快速捕捉除垢机器人前进方向的图像并识别出污垢积累程度，向控制系统输送信号。行走模块5以同步带轮的传动方式带动滚轮滚动和苏格兰轭机构30转动，使除垢机器人稳步行进并执行除垢操作。压紧机构4中的扭簧40通过连接器41向除垢刷所连接的连杆34传递压力，保证有足够的摩擦力以达到较好除垢效果。若鱼缸的缸壁存有简单障碍，整机框架2中的万向轮21和外壁上的两个滚轮都由于采用带有减震器的设计方式，不仅能起到减震作用，同时能够跨越简单障碍。除垢机构3的苏格兰轭机构30接收电机51的动力和控制系统的指令，按照污垢积累程度做出相应的反应；如果污垢积累很多，则苏格兰轭机构30快速转动，加强除垢效果；如果污垢较少，则苏格兰轭机构转速较慢，避免过度消耗。在苏格兰轭机构30的带动下，除垢刷循环往复地工作，提升除垢效果。除垢机器人绕缸壁工作一周，到达起始位置后，传感装置6感应到位于起始位置的标志物，发出转向指令，使得除垢机器人按原路线返回继续除垢工作。机器人一直保持该工作状态，除垢工作完成后切断电源，机器人停止工作。
此实施例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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种鱼缸除垢机器人，其特征在于，包括：除垢机构、压紧机构、行走模块、传感装置、视频监测装置、控制系统以及将其组装在一起的整机框架和机器人外壳；
所述整机框架的底板上设置有自适应不同缸径、贴合缸沿的万向轮、用于夹紧缸壁的三点接触式滚轮以及调节所述三点接触式滚轮夹紧程度的调节丝杠；
所述除垢机构包括用于清除污垢的除垢刷、带动除垢刷上下往复运动且位于除垢机构最上方的苏格兰轭机构，以及调节除垢刷高度的高度调节器；
所述压紧机构用于将所述除垢刷紧密接触缸壁；
所述行走模块位于整机框架的底板右端，通过电机驱动以同步带轮传动的方式为机器人的移动和除垢提供动力支持；
所述传感装置位于整机框架底板的两侧，用于识别机器人行进过程中的起止位置标志物；
所述视频监测装置位于整机框架的前端中部、苏格兰轭机构旁边，用于识别机器人前进方向的污垢累积程度，并将监测的信息传输给控制系统；
所述控制系统根据接收的传感装置传送的机器人到达位置标志物位置后的信息控制机器人往返绕缸壁工作，根据实时接收的所述视频监测装置传送的污垢累积程度信息控制苏格兰轭机构的转速，并决定是否结束除垢工作。
2.根据权利要求1所述的一种鱼缸除垢机器人，其特征在于：所述三点接触式滚轮包括与缸内壁接触的一个滚轮和与缸外壁接触的两个滚轮，且与缸外壁接触的两个滚轮分别通过螺纹连接方式固定在减震器上，所述减震器通过螺纹连接方式固定在整机框架的底板上。
3.根据权利要求1所述的一种鱼缸除垢机器人，其特征在于：所述调节丝杠为滚珠丝杠，前端采用螺纹连接的方式固定在滚珠丝杆固定支座上，滚珠丝杆固定支座通过螺纹连接方式固定在U型板上，滚珠丝杠的轴套在轴承里，轴承支座和整机框架的底板通过螺纹连接；滚珠丝杆的后端通过膜片联轴器将滚珠丝杆与手柄25连接；手柄通过手摇的方式控制导轨伸缩，进而控制所述三点接触式滚轮夹紧缸壁。
4.根据权利要求1所述的一种鱼缸除垢机器人，其特征在于：所述万向轮位于整机框架底板下方两端，采用螺纹连接的方式固定在减震器上，减震器通过螺纹连接固定在整机框架的底板上。
5.根据权利要求1所述的一种鱼缸除垢机器人，其特征在于：所述高度调节器与压紧装置的两个扭簧通过两个连接器连接，每个连接器包括左连接器与右连接器，左连接器与高度调机器31连接并通过螺栓和右连接器固定，右连接器自带圆形凸台，扭簧固定在凸台上，夹紧件左端的轴与右连接器配合，通过扭簧压紧连接器将力传递至连接除垢刷刷头的连杆，使得位于高度调节器的尾部的除垢刷紧贴缸内壁；除垢刷与高度调节器通过自锁式尼龙扎带束带连接。
6.根据权利要求1所述的一种鱼缸除垢机器人，其特征在于：所述苏格兰轭机构包括一体的转轮、滑销滑槽和滑杆。
7.根据权利要求1所述的一种鱼缸除垢机器人，其特征在于：夹紧件夹紧在苏格兰轭机构的滑杆上，夹紧件为螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的一种鱼缸除垢机器人，其特征在于：所述苏格兰轭机构与电机的输出轴为键连接或螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的一种鱼缸除垢机器人，其特征在于：所述行走模块包括通过螺纹连接固定在整机框架的底板上的电机支撑件，电机支座通过螺纹连接固定在电机支撑件上，电机通过螺栓连接固定在电机支座上；同步带轮的小带轮通过键连接和顶丝固定在电机的输出轴上，轴承支座通过螺纹连接固定在整机框架的底板上，与轴承相配合的轴采用键连接的方式与大带轮和驱动轮配合。
10.根据权利要求1所述的一种鱼缸除垢机器人，其特征在于：所述传感装置与底板为螺纹连接，其利用红外传感系统识别起始位置标志物。
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