CN110074075A - 一种自动捕捞海参的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海参捕捞装置技术领域，尤其涉及一种自动捕捞海参的机器人，解决现有技术中存在抓取成功率低、效率低、抓取难度高、无法适应海底环境的缺点，包括机架、履带、控制仓、配重仓以及升降仓，所述控制仓固定设置在机架的顶部，所述配重仓对称布置在所述机架的内部两侧，所述升降仓固定设置在配重仓的顶部，所述机架的顶部依次设置有液压油箱、射流器以及液压泵，所述机架的外侧通过螺栓连接有支撑板，过机器人水下捕捞海参，操作人员只需在母船上操控机器人就能完成整个捕捞任务，通过吸入口、射流器、海参吸口、涡轮抽吸装置等结构的设置，采用真空射流技术，利用软管将海参快速吸入并自动进行分离，高效快捷。

Description

一种自动捕捞海参的机器人

技术领域

本发明涉及海参捕捞装置技术领域，尤其涉及一种自动捕捞海参的机器人。

背景技术

水下机器人是个新生事物，兴起时间不长，应用也不广泛，主要限于水下石油、海底勘探、军事等方面的应用。我国自主研究的第一台水下机器人，是由中科院沈阳自动化所与上海交通大学等单位于1980年开始研制“海人一号”，为我国水下机器人的起步和发展奠定了基础。虽然经过三、四十年的发展，我国的水下机器人事业有了长足的进步，但总体来说还是很薄弱。应用领域也主要集中在军事、石油、搜救、科考等领域，在海珍品养殖、水下捕捞作业等领域，还仅限于观察、录像等低层次的简单应用。

随着人们对海产品需求的不断增加，海珍品养殖和捕捞市场巨大，国内一些机构和院校也开始了水下捕捞机器人方面的研究，典型的代表是从2017年开始的每年一次在獐子岛举办的水下机器人目标抓取大赛。这个赛事代表了国内各大院校科研机构对水下捕捞的最新研究成果。但从2017年和2018年两届赛事的比赛情况看，该赛事参与者以学术研究为多，真正实用还有很长的路要走。此前捕捞搜集系统一般采用机械臂搜集，机械臂捕捞的缺点主要表现在以下几点：

1、机械臂力度把握不准，力度过大会伤害海参，力度过小就无法成功抓取；2、效率低下，机械臂抓取速度还不如人工采集的一半，过于浪费时间；3、抓取稳定性差，成功率低，由于受海流影响，机器人在水下受海流冲击，致使机器人很难准确抓取确认目标；4、辨识率低，受天气或者海流的影响，海水会比较浑浊，机器人在光线不足的情况下，很难准确辨识标的物；5、海底结构形式复杂，岩石、裂隙等环境对机械手的抓取造成很大障碍，很多地方根本抓取不到；因此，研制出一种高效、准确、能适应各种复杂海底环境的捕捞机器人迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在抓取成功率低、效率低、抓取难度高、无法适应海底环境的缺点，而提出的一种自动捕捞海参的机器人。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种自动捕捞海参的机器人，包括机架、履带、控制仓、配重仓以及升降仓，所述控制仓固定设置在机架的顶部，所述配重仓对称布置在所述机架的内部两侧，所述升降仓固定设置在配重仓的顶部，所述机架的顶部依次设置有液压油箱、射流器以及液压泵，所述机架的外侧通过螺栓连接有支撑板，所述支撑板的一侧安装有第二液压缸，所述第二液压缸的内部设置有第二活塞杆，所述第二活塞杆的另一端通过螺栓连接有齿条，所述齿条啮合连接有齿轮，所述齿轮转动安装在所述机架的一侧，且齿轮的一侧焊接有连接轴，所述连接轴的外部通过螺丝固定有转动块，所述转动块的一侧分别活动铰接有捕捞臂和第一液压缸，所述捕捞臂的一端活动铰接有海参吸口，所述海参吸口的一侧活动铰接有连杆，连杆的另一端与所述捕捞臂的一侧活动铰接。

优选的，所述控制仓为空腔结构，控制仓的一端装配有铝合金舱盖，且控制仓的内部分别安装有单片机、成像探测器、加速度感应器、重力感应器、导航装置、声呐装置以及陀螺仪，控制仓的另一端由透明材料制成。

优选的，所述机架的底部转动安装有履带转轮，履带转轮与液压泵电性连接，所述液压油箱与液压泵之间通过管道连接，所述履带套设在所述履带转轮的外侧。

优选的，所述第一液压缸的内部设置有第一活塞杆，所述第一活塞杆的另一端与所述捕捞臂的一侧活动铰接。

优选的，所述射流器的顶部和一侧分别开设有射流器出口和吸入口，所述吸入口的一端装设有软管，软管的另一端装设在所述海参吸口的内部，所述射流器出口和吸入口的内壁均通过螺栓固定有金属栅栏，所述射流器的尾部还安装有涡轮抽吸装置。

优选的，所述机架的四周和底部均通过螺丝安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端通过联轴器连接有驱动螺旋桨，所述驱动螺旋桨的数量设置为八个，所述第一液压缸、第二液压缸、驱动电机、成像探测器、加速度感应器、重力感应器、导航装置、声呐装置以及陀螺仪均与所述单片机之间为电性连接。

优选的，所述支撑板的一侧通过铆钉固定有导轨，所述导轨滑动连接有滑块，所述滑块与所述齿条的一侧通过螺丝固定连接。

优选的，所述机架的两侧安装有照明装置。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过机器人水下捕捞海参，操作人员只需在母船上操控机器人就能完成整个捕捞任务。

2、本发明通过吸入口、射流器、海参吸口、涡轮抽吸装置等结构的设置，采用真空射流技术，利用软管将海参快速吸入并自动进行分离，高效快捷。

3、本发明通过单片机、照明装置、声呐装置、加速度感应器、陀螺仪、捕捞臂、成像探测器、第一液压缸、第二液压缸等结构的设置，采用声呐和光电成像技术，对目标进行高效识别，经加速传感器和陀螺仪对机器人运动速度和方位做出预先计算，配合升降仓、配重仓以及驱动螺旋桨，使机器人在海下移动稳定，降低了抓取难度，通过单片机对捕捞臂进行精确操控，提高了抓取的准确度，有效地解决了目前海参捕捞机械臂存在的难题。

4、本发明通过第一液压缸、第二液压缸、连杆、齿轮、齿条等结构的设置，经液压装置操控的捕捞臂可上下左右随意转动调节，能克服海底结构形式复杂的岩石、裂隙等环境，可满足捕捞的使用需求。

附图说明

图1为本发明提出的一种自动捕捞海参的机器人的结构示意图；

图2为本发明提出的一种自动捕捞海参的机器人的翻转结构示意图；

图3为本发明提出的一种自动捕捞海参的机器人的俯视图；

图4为本发明提出的一种自动捕捞海参的机器人的主视图。

图中：1机架、2控制仓、3液压油箱、4射流器、5射流器出口、6液压泵、7驱动螺旋桨、8第一液压缸、9转动块、10捕捞臂、11第二液压缸、12齿条、13齿轮、14导轨、15支撑板、16连杆、17海参吸口、18履带转轴、19配重仓、20升降仓、21吸入口、22软管。

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。

参照图1-4，一种自动捕捞海参的机器人，包括机架1、履带、控制仓2、配重仓19以及升降仓20，所述控制仓2固定设置在机架1的顶部，配重仓19对称布置在机架1的内部两侧，升降仓20固定设置在配重仓19的顶部，机架1的顶部依次设置有液压油箱3、射流器4以及液压泵6，机架1的外侧通过螺栓连接有支撑板15，支撑板15的一侧安装有第二液压缸11，第二液压缸11的内部设置有第二活塞杆，第二活塞杆的另一端通过螺栓连接有齿条12，齿条12啮合连接有齿轮13，齿轮13转动安装在机架1的一侧，且齿轮13的一侧焊接有连接轴，连接轴的外部通过螺丝固定有转动块9，转动块9的一侧分别活动铰接有捕捞臂10和第一液压缸8，捕捞臂10的一端活动铰接有海参吸口17，海参吸口17的一侧活动铰接有连杆16，连杆16的另一端与捕捞臂10的一侧活动铰接，控制仓2为空腔结构，控制仓2的一端装配有铝合金舱盖，且控制仓2的内部分别安装有单片机、成像探测器、加速度感应器、重力感应器、导航装置、声呐装置以及陀螺仪，控制仓2的另一端由透明材料制成，机架1的底部转动安装有履带转轮18，履带转轮18与液压泵6电性连接，液压油箱3与液压泵6之间通过管道连接，履带套设在履带转轮18的外侧，第一液压缸8的内部设置有第一活塞杆，第一活塞杆的另一端与捕捞臂10的一侧活动铰接，通过机器人水下捕捞海参，操作人员只需在母船上操控机器人就能完成整个捕捞任务，通过单片机、照明装置、声呐装置、加速度感应器、陀螺仪、捕捞臂、成像探测器、第一液压缸8、第二液压缸11等结构的设置，采用声呐和光电成像技术，对目标进行高效识别，经加速传感器和陀螺仪对机器人运动速度和方位做出预先计算，配合升降仓20、配重仓19以及驱动螺旋桨7，使机器人在海下移动稳定，降低了抓取难度，通过单片机对捕捞臂10进行精确操控，提高了抓取的准确度，有效地解决了目前海参捕捞机械臂存在的难题；

其中，射流器4的顶部和一侧分别开设有射流器出口5和吸入口21，吸入口21的一端装设有软管22，软管22的另一端装设在海参吸口17的内部，通过吸入口21、射流器4、海参吸口17、涡轮抽吸装置等结构的设置，采用真空射流技术，利用软管22将海参快速吸入并自动进行分离，高效快捷，射流器出口5和吸入口21的内壁均通过螺栓固定有金属栅栏，射流器4的尾部还安装有涡轮抽吸装置，机架1的四周和底部均通过螺丝安装有驱动电机，驱动电机的输出端通过联轴器连接有驱动螺旋桨7，驱动螺旋桨7的数量设置为八个，第一液压缸8、第二液压缸11、驱动电机、成像探测器、加速度感应器、重力感应器、导航装置、声呐装置以及陀螺仪均与单片机之间为电性连接，通过第一液压缸8、第二液压缸11、连杆16、齿轮13、齿条12等结构的设置，经液压装置操控的捕捞臂10可上下左右随意转动调节，能克服海底结构形式复杂的岩石、裂隙等环境，可满足捕捞的使用需求，支撑板15的一侧通过铆钉固定有导轨14，导轨14滑动连接有滑块，滑块与齿条12的一侧通过螺丝固定连接，机架1的两侧安装有照明装置。

本实施例中，设备在使用时，捕捞机器人位于水下工作，技术人员在位于水面的母船上对机器人进行操控，完成打捞工作，其中捕捞机器人的电源系统以及控制仓均与母船的电源和控制系统连接，控制系统由控制线缆和控制台组成，控制线缆包括动力缆和控制信号传输缆。

工作原理如下：水下捕捞机器人行走系统采用履带式行走机构，履带由液压泵6驱动，液压泵6动力来自于专为机器人配置的液压站，控制仓2位于机器人的中部，整体结构为圆桶状，后部由铝合金舱盖密封，前部采用透明玻璃材质，用于成像探测器使用，捕捞机器人的照明装置位于机器人的左右两侧，由控制缆提供电源，控制仓2的内部安装有声呐装置、重力感应装置，加速度传感器、陀螺仪等感知系统以及导航装置全部集中在控制仓内，通过控制仓内的单片机，控制各系统的正常运行，水下捕捞机器人的感知系统包括对环境的判断系统和对水流方向与速度感知系统，通过环境判断系统对目标物所处环境、位置分布与障碍物分布做逻辑判断，依靠图像声呐、光学成像系统，使得水下机器人能自动感知并构建水下环境3D模型，并自动规划捕捞路径和捕捞方案及脱困预案，感知系统在水下机器人运动和作业时，机器人内部的加速度传感器、陀螺仪等系统，感知机器人姿态、方向、速度、位移等参数的变化，将相关参数实时传输给控制系统，由控制系统根据参数的变化，指挥执行机构比如螺旋桨、捕捞系统进行移动或者捕捞；

机架1内部设置的配重仓19，位于机器人的下部，成圆筒状，左右各有一个，为机器人配重，增强抵御水流的冲击力，左右升降仓20，位于机器人的配重仓19的上部，左右各一个，辅助机器人上浮和下沉；

打捞时，经成像探测器检测到海参后，由单片机控制液压泵6使机器人移动，之后单片机再操控第一液压缸8和第二液压缸11动作，第一液压缸8在动作后，第一活塞杆伸缩时使捕捞臂10上下转动，第二液压缸11动作后，作用齿条12和滑块在导轨14上来回滑动，经啮合关系使齿轮13带着转动块9同时转动，从而带动整个捕捞臂10转动，可对捕捞位置进行精确调整，调整完成后，机器人的射流器4工作，通过射流器4内部的涡轮抽吸装置转动，使海参经过海参吸口17和软管22吸入到射流器4内，射流器4位于机器人的上部，呈锥形圆筒状，此设计可以用较小的吸入动力在软管22吸口处形成较大的吸入力，确保在一定范围内的海参能全部收集，射流器4后部还设有出水口，开口位置向上，用以减少由于吸入海参时排水造成的强大后坐力引起机器人的位移，在吸入口21处设有金属栅栏，栅栏间距经过精确计算，只允许海参通过，其他的石块或海草被拦截在栅栏外面，如果杂物聚集太多，机器人会采用反推方式借助水流将杂物吐出，同时，在射流器出口5处，也设有金属栅栏，防止海参随水流溢出；

进一步的，水下捕捞机器人的动力系统包括8台大驱动螺旋桨7，水平4台，垂直4台，保证水下捕捞机器人姿态的稳定和良好的水下适用能力，即使在水流较大情况下，机器人依然能灵活自如的运动和捕捞作业，动力系统的推力和响应时效，是该系统的关键，控制软件的算法也是动力系统优劣的核心，本系统将保证水下机器人在移动过程中的高度精确性，在捕捞作业时的稳定性；

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 (8)

1.一种自动捕捞海参的机器人，包括机架(1)、履带、控制仓(2)、配重仓(19)以及升降仓(20)，其特征在于，所述控制仓(2)固定设置在机架(1)的顶部，所述配重仓(19)对称布置在所述机架(1)的内部两侧，所述升降仓(20)固定设置在配重仓(19)的顶部，所述机架(1)的顶部依次设置有液压油箱(3)、射流器(4)以及液压泵(6)，所述机架(1)的外侧通过螺栓连接有支撑板(15)，所述支撑板(15)的一侧安装有第二液压缸(11)，所述第二液压缸(11)的内部设置有第二活塞杆，所述第二活塞杆的另一端通过螺栓连接有齿条(12)，所述齿条(12)啮合连接有齿轮(13)，所述齿轮(13)转动安装在所述机架(1)的一侧，且齿轮(13)的一侧焊接有连接轴，所述连接轴的外部通过螺丝固定有转动块(9)，所述转动块(9)的一侧分别活动铰接有捕捞臂(10)和第一液压缸(8)，所述捕捞臂(10)的一端活动铰接有海参吸口(17)，所述海参吸口(17)的一侧活动铰接有连杆(16)，连杆(16)的另一端与所述捕捞臂(10)的一侧活动铰接。

2.根据权利要求1所述的一种自动捕捞海参的机器人，其特征在于，所述控制仓(2)为空腔结构，控制仓(2)的一端装配有铝合金舱盖，且控制仓(2)的内部分别安装有单片机、成像探测器、加速度感应器、重力感应器、导航装置、声呐装置以及陀螺仪，控制仓(2)的另一端由透明材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种自动捕捞海参的机器人，其特征在于，所述机架(1)的底部转动安装有履带转轮(18)，履带转轮(18)与液压泵(6)电性连接，所述液压油箱(3)与液压泵(6)之间通过管道连接，所述履带套设在所述履带转轮(18)的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种自动捕捞海参的机器人，其特征在于，所述第一液压缸(8)的内部设置有第一活塞杆，所述第一活塞杆的另一端与所述捕捞臂(10)的一侧活动铰接。

5.根据权利要求1所述的一种自动捕捞海参的机器人，其特征在于，所述射流器(4)的顶部和一侧分别开设有射流器出口(5)和吸入口(21)，所述吸入口(21)的一端装设有软管(22)，软管(22)的另一端装设在所述海参吸口(17)的内部，所述射流器出口(5)和吸入口(21)的内壁均通过螺栓固定有金属栅栏，所述射流器(4)的尾部还安装有涡轮抽吸装置。

6.根据权利要求2所述的一种自动捕捞海参的机器人，其特征在于，所述机架(1)的四周和底部均通过螺丝安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端通过联轴器连接有驱动螺旋桨(7)，所述驱动螺旋桨(7)的数量设置为八个，所述第一液压缸(8)、第二液压缸(11)、驱动电机、成像探测器、加速度感应器、重力感应器、导航装置、声呐装置以及陀螺仪均与所述单片机之间为电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种自动捕捞海参的机器人，其特征在于，所述支撑板(15)的一侧通过铆钉固定有导轨(14)，所述导轨(14)滑动连接有滑块，所述滑块与所述齿条(12)的一侧通过螺丝固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种自动捕捞海参的机器人，其特征在于，所述机架(1)的两侧安装有照明装置。