CN219146482U - 一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开是关于一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人，涉及深海养殖业和水下机器人作业领域，收集箱的入口两侧分别设置滑跃板，收集箱的排水口处设置螺旋桨推进器，螺旋桨推进器的排水口与病、死鱼收集口在纵向上对角线分布，当在螺旋桨推进器的作用下，收集箱内的水流排出，形成负压时，外部水流吸入病、死鱼收集口处，带动网箱底部病、死鱼进入收集口并从沿着滑跃板向上跃起后落入收集箱内部的两侧；防水云台摄像机以及防水双目摄像机可以实时监测收集作业状态。本公开技术方案使得排水时产生的反推力抵消，对水下机器人作业的运动稳定性有很大提升，又对网箱底部栖息的鱼类有很小的影响，使得病、死鱼捕捞作业对正常养殖的干扰最小。

Description

一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人

技术领域

本实用新型公开涉及深海养殖业和水下机器人作业领域，尤其涉及一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人。

背景技术

随着我国海洋渔业由近海向深蓝发展，对水下机器人的需求越来越大，目前现有的应用于海水养殖的水下机器人主要是检测网箱有无破损，观测养殖生物和监测水质，而病、死养殖生物的沉积物的捕捞清理问题并没有得到解决。网箱内的病、死养殖生物没有及时清除，会产生有机物质，这些有机质在底部被腐败厌氧菌分解产生有毒害物质，对于生存的养殖鱼类造成极大的危害，腐烂恶化产生的硫化氢、氨气等有毒气体进入水体会引起水质恶化，同时大量有机质为病原菌提供营养，病原菌借机大量繁殖，加剧鱼类的发病，威胁养殖鱼群的生存环境。

中国实用新型专利2020116212528，深远海网箱无人值守多功能水下机器人公开了一种深远海网箱无人值守多功能水下机器人。包括机器人主体、毛刷式网箱清洗系统、病死鱼收集系统、网箱破洞修复系统，机器人主体包括机器人主体壳体、视觉系统、机器人运动系统和控制系统，视觉系统、机器人运动系统、控制系统和网箱破洞修复系统均设置在机器人主体壳体上。其用于深远海网箱的维护及破洞修补，对网箱上的附着物进行清理，对网箱内养殖生物的生长状态和生存环境进行监控，对网箱内病、死养殖生物进行捕捞清理，然而，该实用新型的病死鱼收集系统(含13、12等)只是利用括中心杆和沿中心杆的环形外壁间隔设置的收集叶片，中心杆由电机带动做旋转运动，中心杆上的叶片将病死鱼卷入收集箱13，从而实现了病死鱼的收集，无法进行反推力抵消，使得网箱底部栖息的鱼类受到较大影响，不利于正常养殖。

解决技术问题的困难：传统病、死鱼清理主要依靠潜水员携带网兜下潜打捞作业，其单次捕捞量小，劳动强度大，危险性高，不适合在大型深远海养殖网箱中清理作业，国内水下捕捞机器人大多应用于海参、海胆等小体型生物抓取上，而病、死鱼表面光滑、体型较大，很难被捕捞回收

意义：深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人不仅可以完成病、死鱼的清理回收作业，还可以监测网衣的完整性，能完全代替潜水员作业，减轻养殖工人工作强度，降低养殖成本。

实用新型内容

为克服相关技术中存在的问题，本实用新型公开实施例提供了一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人。所述技术方案如下：

根据本实用新型公开实施例的第一方面，提供一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人，包括控制单元、电源管理单元以及对称设置的动力单元，该用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人还包括：

捕捞单元，所述捕捞单元包括：收集箱，收集箱的入口两侧分别设置滑跃板，所述收集箱尾板的排水口处设置螺旋桨推进器，所述螺旋桨推进器的排水口与收集口在纵向上对角线分布，当在螺旋桨推进器的作用下，收集箱内的水流排出，形成负压时，外部水流吸入收集口处，带动网箱底部病、死鱼进入收集口并从沿着滑跃板向上跃起后落入收集箱内部的两侧；

观测及照明单元，所述观测及照明单元包括：设置于收集箱上方的四个水下照明灯、防水云台摄像机以及设置于导流罩上方的防水双目摄像机。

在一个实施例中，所述捕捞单元还包括：导流罩，所述导流罩为通道结构，所述通道结构的一对侧壁距离由进口逐渐减小至出口，导流罩下端焊接铝制圆管，用来减少与网衣的摩擦。

在一个实施例中，所述动力单元包括：

防水电机，所述防水电机设置于履带内侧保护板的一侧表面上，通过螺栓固定；

履带，所述履带通过连接件与防水电机的旋转端同步运动。

在一个实施例中，所述连接件包括：

主动轮，所述主动轮与防水电机的旋转端相连接；

履带连接支架，所述履带连接支架与承重板、拖带板、履带外侧保护板、履带内侧保护板以及浮力块相连接；

从动轮，所述从动轮设置于履带内侧保护板上，且相对收集箱旋转，所述履带啮合于主动轮与从动轮上；

承重板，所述承重轮设置于履带连接支架下端，且与履带内侧贴合；

拖带板，所述拖带板设置于履带连接支架上端，且与履带内侧贴合。

在一个实施例中，所述收集箱的排水口处设有排水管，所述排水管内设有螺旋桨推进器，所述排水管靠近收集箱的一端装配挡鱼罩

在一个实施例中，所述观测及照明单元还包括：

水下照明灯，所述水下照明灯通过顶部框架设置于收集箱的上方上，且水下照明灯的光线对准机器人前进方向和后退方向；

防水云台摄像机，所述云台摄像机通过顶部框架设置于收集箱的上方；

防水双目摄像机，所述防水双目摄像机设置于导流罩上部，且对准机器人的前进方向。

在一个实施例中，所述收集箱的出口处活动连接收集箱出口板，所述收集箱出口板通过销钉与收集箱插孔相连接。

照明控制模块、捕捞控制模块、行进控制模块均集成于电路板上。

本实用新型公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过使用水下机器人可以代替养殖工人完成病、死鱼打捞工作，收集养殖水体的环境数据，提高网箱养殖水体的环境和质量，还能有效保护海洋生态系统，实现渔业的可持续发展，对国家推进传统渔业由近海向深蓝挺进有着非常重大的意义，具体为：

第一、收集箱的外形与传统的箱体不同，在设计时使用水动力学软件计算后进行了优化，收集箱入口处加入了舵机控制的单向门，收集箱入口两侧堆成设置有水流挡板，收集箱中部加入滑跃板，使病、死鱼在进入收集箱后在水流的带动下沿着滑跃板向上跃起，落入收集箱出水口下方区域，收集箱体外形采用倒梯形设计，随着收集量的逐渐增加，病、死鱼会沿收集箱两侧逐渐落到箱体底部；收集箱顶部与滑跃板近似平行，使收集箱内的流场分布更合理，更有利于病、死鱼的收集，同时，收集箱整体采用亚克力材料制成，有较好的透明度，顶部框架固定的防水云台相机可以实时监测回收作业状态；

第二、采用防水电机作为水下机器人的执行元件，通过防水电机转动带动主动轮转动使履带运行，考虑到本实用新型的水下机器人主要在网箱底部网衣爬行作业，故不需要垂直方向的自由度，不使用螺旋桨推进器作为机器人运动执行机构；

第三、动力单元模块化设计便于拆卸及修理。履带内外两侧保护板能防止异物进入履带行走机构中，影响水下机器人的运动性能，此外，还可以保护网衣，以防履带及挡板的尖锐部分刮坏网衣；

第四、两个水下照明灯布置在机器人前部，两个水下照明灯布置在机器人后部，通过套环与顶部框架相连接，四个照明灯呈一定角度布置，确保水下机器人作业时有良好的视野。一个防水云台摄像机布置在顶部框架上，能完整监控到机器人周围环境以及收集箱内部的作业过程。一个防水双目相机放置在收集箱前侧、导流罩上部，通过螺栓固定在导流罩上，用来识别病、死鱼以及视觉定位；

第五、控制单元通过调节电机转速来控制水下机器人的行走速度，当两侧电机的转速不同时，水下机器人可完成转艏动作。控制单元主要组成有端盖、耐压壳体、控制板、其他电子元器件以及水密插头。控制单元放置在耐压舱中，耐压舱为圆柱体型，耐压效果好且能有效减少行进时的阻力。控制单元线路通过水密插头和电缆与左右两侧的动力单元、螺旋桨推进器、捕捞单元舵机及电源管理单元相连；

第六、电源管理单元放置在耐压舱中，主要组成有端盖、耐压壳体、变压器、其他电子元器件及水密插头，电源管理单元与控制单元独立布置，可以有效减少强弱电间的干扰，提高电子器件的精度；

第七、收集单元放置在水下机器人的中部，螺旋桨推进器与病、死鱼收集口在纵向上对角线布置，形成高度差利于捕捞作业。尾部的吸管排水口向左右两侧开口，这样做既可以使得排水时产生的反推力抵消，对水下机器人作业的运动稳定性有很大提升，又对网箱底部栖息的鱼类有很小的影响，使得病、死鱼捕捞作业对正常养殖的干扰最小。

当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本实用新型的所述用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人的第一结构示意图；

图2是本实用新型的所述用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人的第二结构示意图；

图3是本实用新型的所述动力单元的部分结构示意图；

图4是本实用新型的所述收集单元结构示意图；

图5是本实用新型的收集箱局部剖视图；

图6是本实用新型的收集箱底部结构示意图；

图7是本实用新型的收集单元部分装置结构示意图；

图8是本实用新型的水下照明灯固定装置结构示意图；

附图标记：

图中：

1履带内侧保护板； 2履带外侧保护板；

3履带； 4导流罩；

5防水双目摄像机； 6收集箱；

7角钢； 8控制单元；

9水下照明灯； 10电源管理单元；

11中部框架； 12防水电机；

13防水云台摄像机； 14顶部框架；

15从动轮； 16承重板；

17浮力块； 18履带连接支架；

19拖带板； 20主动轮；

21舵机与其驱动的挡板； 22排水管；

23尾板； 24滑跃板；

25收集箱内部侧板； 26收集口；

27合页； 28收集箱底板；

29收集箱插孔； 30螺旋桨推进器；

31挡鱼罩； 32导流罩底部的焊接圆管；

33水下照明灯固定夹持件a； 34水下照明灯固定夹持件b；

35水下照明灯固定夹持件c； 36水下照明灯固定套环。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本实用新型公开实施例所提供的技术方案涉及一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人，尤其涉及深海养殖业和水下机器人作业领域。在相关技术中，网箱内的病、死养殖生物没有及时清除，会产生有机物质，这些有机质在底部被腐败厌氧菌分解产生有毒害物质，对于生存的养殖鱼类造成极大的危害，腐烂恶化产生的硫化氢、氨气等有毒气体进入水体会引起水质恶化，同时大量有机质为病原菌提供营养，病原菌借机大量繁殖，加剧鱼类的发病，威胁养殖鱼群的生存环境。基于此，本公开技术方案所提供的一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人，本文设计的机器人适用于大型离岸式水产养殖网箱，波浪强度较大的深远海区域，对于减轻捕捞的劳动强度和危险性，降低病、死鱼回收捕捞成本。

如图1至图8所示，本实用新型所述的用于深远海网箱的病、死鱼检测与清理机器人包括动力单元、观测及照明单元、控制单元、电源管理单元、收集单元等五大单元模块。

动力单元包括两侧的防水电机及其驱动的履带运动机构，具体的来说，其包括履带内侧保护罩1、履带外侧保护罩2、履带3、从动轮15、承重板16、履带连接支架18、浮力块17、拖带板19、主动轮20、防水电机12以及其他辅助零件。水下机器人在下落到网箱内部时，控制单元上位机发出控制指令，通过脐带缆传到下位机，下位机再发出指令控制防水电机的运转，电机再通过轴来带动主动轮20运转驱动履带3在网衣上行走，当行走到网箱边角处需要转弯时，两侧防水电机12差速转动或者反向转动使水下机器人实现转艏运动。履带内侧保护罩1、履带外侧保护罩2、承重板16以及拖带板19使用螺栓通过履带连接支架18相连接，防水电机13固定在履带内侧侧板上，转动轴与主动轮上通过键连接来传递动力。

观测及照明单元包括两个摄像机、四个水下照明灯和固定连接件，具体的来说，其包括放置在机器人顶部框架上的四个水下照明灯水、防水云台摄像机13、收集口处的防水双目摄像机5。机器人前侧的两个水下照明灯的主要作用是增强机器人前进方向的光照亮度，便于识别病、死鱼和观测网箱环境以及为放置在收集口26的防水双目摄像机5提供良好的视野，实时观测捕捞病、死鱼情况；

需要进一步指出的是，防水云台摄像机13通过螺栓固定在顶部框架14上，观测的视野更广，防水双目摄像机5通过螺栓固定在机器人收集单元的收集口上方导流罩4上；

需要进一步指出的是，水下照明灯其通过水下照明灯固定套环33、水下照明灯固定夹持件a34、水下照明灯固定夹持件b35、水下照明灯固定夹持件c36固定在顶部框架上。水下照明灯固定夹持件a34与水下照明灯固定夹持件b35通过螺钉连接固定，水下照明灯固定夹持件b35与水下照明灯固定夹持件c36通过螺栓固定且两者间的角度可调，可根据水下环境、光照强度手动调整，尾部的两个水下照明灯为监控病、死鱼捕捞机器人的作业效果创造照明条件。配合布置在顶部框架的防水云台摄像机13一起使用，防水云台摄像机13将收集箱6内的视频图像实时传输到上位机屏幕上，岸基操作人员可通过视频图像确认病、死鱼是否收集满以及收集的状态，此外，还可配合设计好的算法进行自主判断是否收集满。防水双目摄像机5放置在导流罩4上方，主要作用是实时拍摄机器人前进方向的环境信息并自主识别病、死鱼，进行视觉定位，确保不撞上网衣，避免破损网衣，使养殖鱼类逃离，造成财产损失。此外，还可以观测到收集口26处的通畅情况，当过大尺寸病、死鱼堵塞收集口，使作业任务无法继续展开，先尝试移动防水舵机驱动的挡板21，使其推动大尺寸病、死鱼离开原来的位置，如果无法使堵塞通畅，控制水下机器人返回到岸上进行进一步处理。

捕捞单元包括机器人前部的导流罩4，中部的收集箱6、螺旋桨推进器30、尾部的排水管22组成，具体的来说，其包括导流罩4、导流罩下方的圆管32、舵机与其驱动的挡板21、排水管22、收集箱上的尾板23、滑跃板24、收集箱内的侧板25、收集箱收集口26、合页27、收集箱底板28、收集箱插孔29、螺旋桨推进器30、挡鱼罩31。具体实施方式为：灯光及摄像单元将视频图像通过线缆传入到控制单元8下位机中，下位机再将视频信号通过复合脐带缆传到上位机，岸基操作人员可通过人工遥控或者上位机自主运行程序进行病、死鱼捕捞作业。首先开启舵机，控制舵机使其驱动的挡板21逆时针旋转至与网箱底面平行，此时开启螺旋桨推进器30，螺旋桨推进器30开始转动，收集箱6内的水流被快速排出，形成负压，导流罩4与收集箱入口处26的水流被吸入，周围的水体又向收集箱入口处流动，最终流水带动网箱底部病、死鱼进入收集箱44中，完成病、死鱼收集作业。导流罩4下方安装有铝制圆管32，用来防止刮碰网衣，导流罩4的各条边也进行圆角处理，使其与网衣接触部位光滑无勾挂。收集箱排水管口处安装有镂空半球挡鱼罩31，其相比平面挡鱼板，其效果更好，能有效防止病、死鱼被吸在平面挡鱼板处，影响螺旋桨推进器的排水效率，使收集效率降低。排水管22向两侧同时开口，以此抵消水流产生的推力。收集箱内的观测及照明单元实时传输收集箱内的视频图片到上位机，上位机以此判断病、死鱼是否收集满，如果收集满，则关闭螺旋桨推进器并驱动舵机，使其驱动的挡板21顺时针旋转至与网箱底面垂直，此时，收集箱入口关闭，病、死鱼检测与清理机器人开始返程。病、死鱼检测与清理机器人自主返回到作业起点，被绞车吊起。当机器人被吊放到离地面50cm处，工作人员拨出连接收集箱底板插孔和收集箱插孔29的销钉，收集箱底板28打开，这时病、死鱼和收集箱内的水会在重力的作用下下落，落入提前准备好的收集筒内，至此，单次病、死鱼收集任务完成。病、死鱼检测与清理机器人可多次重复作业，直至完成所有病、死鱼清理。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人，包括控制单元、电源管理单元以及对称设置的动力单元，其特征在于，该用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人还包括：

捕捞单元，所述捕捞单元包括：收集箱(6)，收集箱(6)的收集口(26)两侧对称设置水流挡板(25)，所述收集箱(6)设有排水口(23)，所述排水口(23)内设置螺旋桨推进器(30)，所述收集箱的排水口(23)与收集口(26)在纵向上对角线分布，当在螺旋桨推进器(30)的作用下，收集箱内的水流排出，形成负压时，外部水流吸入所述收集口(26)处，带动网箱底部病、死鱼进入收集口并从沿着滑跃板(24)向上跃起后落入收集箱(6)内部的两侧；

观测及照明单元，所述观测及照明单元包括：水下照明灯(9)，所述水下照明灯设置于顶部框架(14)上，且设置于收集箱(6)的上部，水下照明灯的光线对准机器人前进方向和后退方向；

防水云台摄像机(13)，所述防水云台摄像机(13)通过顶部框架(14)设置于收集箱(6)的上方；

防水双目摄像机(5)，所述防水双目摄像机(5)设置于收集箱(6)前侧，且对准机器人的前进方向。

2.根据权利要求1所述的一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人，其特征在于，所述捕捞单元还包括：导流罩(4)，所述导流罩(4)为通道结构，所述通道结构的一对侧壁距离由进口逐渐减小至出口，导流罩(4)的下端焊接铝制圆管(32)，用来减少与网衣的摩擦。

3.根据权利要求1所述的一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人，其特征在于，所述动力单元包括：

防水电机(12)，所述防水电机(12)设置于履带内侧保护板(1)的一侧表面上；

履带(3)，所述履带(3)通过连接件与防水电机(12)的旋转端同步运动。

4.根据权利要求3所述的一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人，其特征在于，所述连接件包括：

主动轮(20)，所述主动轮(20)与防水电机(12)的旋转端相连接；

履带连接支架(18)，所述履带连接支架(18)与承重板(16)、拖带板(19)、履带外侧保护板(2)、履带内侧保护板(1)以及浮力块(17)相连接；从动轮(15)，所述从动轮(15)设置于履带内侧保护板(1)上，且相对收集箱(6)旋转，所述履带(3)啮合于主动轮(20)与从动轮(15)上；

承重板(16)，所述承重板(16)设置于履带连接支架(18)下端，且与履带(3)贴合；

拖带板(19)，所述拖带板(19)设置于履带连接支架(18)上端，且与履带(3)贴合。

5.根据权利要求1所述的一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人，其特征在于，所述收集箱的排水口处设有排水管(22)，所述排水管(22)内设有螺旋桨推进器(30)，靠近收集箱的所述排水管(22)的一端装配挡鱼罩(31)。

6.根据权利要求1所述的一种用于深远海网箱的病死鱼检测与清理机器人，其特征在于，所述收集箱(6)的出口处活动连接收集箱出口板(28)，所述收集箱出口板(28)通过销钉与收集箱插孔(29)相连接。

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