CN110122438A - 一种泵吸式海产品勘探及捕捞装置 - Google Patents

一种泵吸式海产品勘探及捕捞装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于海洋资源勘探及渔业捕捞的泵吸式海产品勘探及捕捞装置。其技术方案是：本装置由框架、抓捕机构、推进***、输送***和图像采集***组成，框架由框架支柱、水平横梁、及框架底座构成；推进***的推进器通过电机支架装配在框架上侧顶端四个角上；输送***的捕捞收集箱装有金属网装配在框架的水平横梁间，水平吸取管装在框架底端，吸取泵用垂直吸收管连接捕捞收集箱；图像采集***的摄像头分别装配在框架支柱上；抓捕机构的转向机构用舵机支架与机械臂连接，并用金属柱将整个抓捕机构固定在框架底座上。本发明采用四自由度机械臂，能在水中复杂环境中工作；采用吸取泵装置，提高了工作效率；本装置结构合理，降低了人工成本。

Description

一种泵吸式海产品勘探及捕捞装置
技术领域
本发明涉及一种采用多自由度机械臂和吸取泵协调配合实现海洋资源勘探捕捞的泵吸式海产品勘探及捕捞装置，用于海产品勘探及渔业捕捞领域。
背景技术
随着国民生活水平的提高，海鲜产品越来越受到国民的青睐，海参等海产品的需求供不应求。我国海产资源作为海洋经济中的第一产业，是沿海地区经济发展不可或缺的一部分。目前海产品的捕捞工作仍是以人工为主，由于海底捕捞探测环境复杂，工作量大，长期水下作业对工作人员身体有很大的损伤，随着工业自动化的发展，机器捕捞逐步代替人工捕捞作业势在必行。
目前水下机器人在资源探测、水质检测、军事侦查、教育娱乐等方面有广阔的应用前景，但是用于渔业产品捕捞的水下机器人仍处于起步阶段，相比国外在这一方面掌握的技术，我国还处于落后阶段。山东威海未来机器人有限公司设计水下捕捞机器人仿照吸尘器原理，最大可将2kg的生物吸起，但其工作效率只能达到人工的1/3；我国自主研究的“蛟龙号”下潜深度极大，装配有两个机械手，伸缩自如，动作幅度可以精确到厘米，但体积庞大，动作不灵活，造价高昂，目前仅用于科学研究。随着海洋渔业的发展，急需一款工作高效、性价比高的水下捕捞装置，以替代人工进行危险的水下工作。
发明内容
本发明的目的是：为了克服市场现有水下捕捞技术的不足，实现水下渔业捕捞与海洋环境的勘探，特提供了一种泵吸式海产品勘探及捕捞装置，从而代替人工进行相关水下工作。
本发明采用吸取泵与机械爪配合工作的方式，通过双摄像头采集水下环境信息，控制多自由度机械臂和吸取泵工作快速做出反应，达到水下目标精确捕捞的目的。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种泵吸式海产品勘探及捕捞装置，是由框架、抓捕机构、推进***、输送***和图像采集***组成，其特征在于：所述框架由四根框架支柱C1、C2、C3、C4(13，14，15，16)、两根水平横梁C5、C6(17，18)及框架底座(46)组成；所述推进***由推进器A1、A2、A3、A4、A5、A6(1，2，3，4，5，6)组成，推进器A1、A2、A3、A4(1，2，3，4)分别用电机支架B1、B2、B3、B4(7，8，9，10)装配在框架上侧顶端四个角，推进器A5、A6(5，6)分别用电机支架B5、B6(11，12)装配在框架支柱C1、C2(13，14)两边内侧；所述输送***由捕捞收集箱(19)、垂直吸取管(20)、水平吸取管(21)及吸取泵(22)组成，捕捞收集箱(19)安装有金属网(47)，装配在框架的水平横梁C5(17)和水平横梁C6(18)之间，水平吸取管(21)装配在框架底端，水平吸取管(21)一端固定在机械臂(23)正下方的框架底座(46)内，另一端连接吸取泵(22)，吸取泵(22)上部用垂直吸取管(20)连接捕捞收集箱(19)；所述图像采集***由摄像头D1、D2(42，43)组成，摄像头D1、D2(42，43)分别装配在框架支柱C3、C4(15,16)上，摄像头在水中进行图像采集并将水下的环境信息数据反馈给搭载在装置上的嵌入式微处理器，微处理器发出指令控制机械臂(23)和吸取泵(22)工作实现捕捞行为；所述抓捕机构由机械臂(23)和转向机构(49)组成，转向机构(49)用舵机支架(30)与机械臂(23)连接，并用六根金属柱(24)将整个抓捕机构固定在框架底座(46)上。
抓捕机构是由机械臂(23)和转向机构(49)构成；机械臂(23)包括连杆机构(48)、机械爪G1、G2(39，40)和舵机组件；上述舵机组件包括舵机E1、E2、E3、E4、E5(25，26，27，28，29)；上述连杆机构(48)包括连杆F1(31)，连杆F2(32)，所述两根连杆用舵机E3(27)相互连接，舵机E3(27)转动控制连杆F1(31)和连杆F2(32)之间的角度，从而扩大有效抓捕范围，连杆F1(31)的另一端连接在舵机E2(26)的动力轴，连杆F2(32)用舵机E4(28)连接机械爪连接销(38)，舵机E5(29)固连在所属机械爪G1(39)上，并用齿轮啮合控制机械爪G1(39)；转向机构(49)由上顶板(33)，上滚珠槽(34)，下滚珠槽(36)，滚珠(35)及下顶板(37)组成，滚珠(35)放置在上滚珠槽(34)与下滚珠槽(36)之间进行封装，上滚珠槽(34)与上顶板(33)固定连接，下滚珠槽(36)与下顶板(37)固定连接；舵机E2(26)的机身用舵机支架(30)固定在上顶板(33)上，从而使连杆机构(48)与转向机构(49)得到有效连接；舵机E5(29)控制机械爪G1(39)尾部的齿轮(41)转动，机械爪G1(39)和机械爪G2(40)随之转动实现夹爪的张合，机械爪G1(39)、机械爪G2(40)与舵机E5(29)均装配在机械爪连接销(38)上。
推进***是由推进器A1、A2、A3、A4、A5、A6(1，2，3，4，5，6)和电机支架B1、B2、B3、B4、B5、B6(7，8，9，10，11，12)构成，每个推进器由螺旋桨叶(44)和无刷电机(45)组成，螺旋桨叶(44)安装在无刷电机(45)的转轴上，无刷电机(45)的转轴转动带动螺旋桨叶(44)转动产生推力，四组推进器A1、A2、A3、A4(1，2，3，4)分别安装在电机支架B1、B2、B3、B4(7，8，9，10)上；电机支架B1、B2、B3、B4(7，8，9，10)装配在构架顶端四角，为装置提供上升推力；推进器A5、A6(5，6)通过电机支架B5、B6(11，12)装配在框架支柱C1、C2(13，14)两边内侧，为装置提供前进后退以及转向的推力。
输送***包含捕捞收集箱(19)、垂直吸取管(20)、水平吸取管(21)及吸取泵(22)；上述捕捞收集箱(19)装配在框架的水平横梁C5(17)和水平横梁C6(18)之间，材质为金属网(47)，用于排除吸收的液体而保留捕捞的样本；垂直吸取管(20)垂直连通捕捞收集箱(19)与吸取泵(22)，吸取泵(22)装配在框架底端，水平放置并连接水平吸取管(21)尾端，用于吸取捕捞目标；水平吸取管(21)管口固定在机械臂(23)的正下方的框架底座(46)内，机械爪G1(39)将抓取目标物投放至水平吸取管(21)管口附近，同时打开吸取泵(22)，吸取管口范围内所有物品，避免目标物游离逃窜，吸取泵(22)将吸取的目标物通过垂直吸取管(20)传送至捕捞收集箱(19)，捕捞收集箱(19)外形为网状镂空设计，既能过滤淤泥或杂物，又能保留捕捞的渔业产品，最终完成捕捞作业。
本发明的有益效果是：(1)本发明充分考虑到水下环境的复杂性，采用四自由度机械臂，结构稳定合理，姿态调整方便快捷，抓取范围广，能够在水下复杂的环境中进行工作；(2)本发明在加强机械臂抓取结构的基础上，增加了吸取泵结构，实现了吸取泵和机械爪的结合工作，采用吸取泵装置，特别适合海参等渔业产品的捕获工作，提高了工作效率；(3)本发明调试方便易于控制，结构设计合理，工作高效，精准稳定，代替人工进行水下作业，有效的保护人员生命安全和身体健康，大幅降低了人工成本。
附图说明
图1是本发明的泵吸式海产品勘探及捕捞装置的整体示意图；
图2是本装置的俯视图；
图3是本装置的侧视图；
图4是本装置输送***的结构示意图；
图5是本装置框架构件的结构示意图；
图6是本装置抓捕机构的结构示意图。
图中标号说明：1、推进器A1，2、推进器A2，3、推进器A3，4、推进器A4，5、推进器A5，6、推进器A6，7、电机支架B1，8、电机支架B2，9、电机支架B3，10、电机支架B4，11、电机支架B5，12、电机支架B6，13、框架支柱C1，14、框架支柱C2，15、框架支柱C3，16、框架支柱C4，17、水平横梁C5，18、水平横梁C6，19、捕捞收集箱，20、垂直吸取管，21、水平吸取管，22、吸取泵，23、机械臂，24、金属柱，25、舵机E1，26、舵机E2，27、舵机E3，28、舵机E4，29、舵机E5，30、舵机支架，31、连杆F1，32、连杆F2，33、上顶板，34、上滚珠槽，35、滚珠，36、下滚珠槽，37、下顶板，38、机械爪连接销，39、机械爪G1，40、机械爪G2，41、齿轮，42、摄像头D1，43、摄像头D2，44、螺旋桨叶，45、无刷电机，46、框架底座，47、金属网，48、连杆机构，49、转向机构。
具体实施方式
下面结合图1、2、3、4、5、6对本发明装置做进一步说明。
如图1、图2、图3所示，泵吸式海产品勘探及捕捞装置，主要由框架、抓捕机构、推进***、输送***和图像采集***组成；当其在水下进行海产品勘探及渔业捕捞等工作时，推进***的无刷电机(45)驱动整个装置到达目标地点，并进行姿态的调整，找到最合适的工作角度进行后续工作；装置到达目标地点后，摄像头D1、D2(42，43)进行图像采集并将水下的环境数据反馈给搭载在装置上的嵌入式微处理器，从而发出指令控制机械臂(23)和吸取泵(22)工作实现捕捞行为；机械臂(23)和吸取泵(22)收到抓捕指令后，立即做出反应进行抓捕工作，机械臂(23)迅速伸展到目标所在地，将其抓取并送到水平吸取管(21)管口附近，吸取泵(22)立即启动工作吸取管口附近的抓捕目标，并通过垂直吸取管(20)将其传送至捕捞收集箱(19)内储存，捕捞收集箱(19)的网状镂空设置能够保留抓捕目标物并排出误吸的杂物，最终完成捕捞作业，捕捞收集箱(19)的材料是金属，能够适应复杂的水下环境。
如图5所示，框架采用合金材料，提高整体强度，六个推进器装配在四个顶角和两个支柱上，分别驱动装置在水中进行上下运动和转向运动，推进器采用大功率无刷电机，驱动力量大，能够保证装置在水下稳定的运动。
如图6所示，机械臂(23)的连杆机构(48)通过舵机相互铰链实现伸缩转动，工作时连杆机构(48)负责机械臂整体的伸展和收缩，转向机构(49)能够带动整个机械臂进行360度转动并精确固定在任意角度，因此就能够精确地抓取伸展半径以内任意位置的目标。
以上所述具体实施方式用于说明本专利而非限制本专利的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本专利的构思和原则前提下所作出的等同变化与修改，均属于本专利***的保护范围。

Claims (4)

1.一种泵吸式海产品勘探及捕捞装置，是由框架、抓捕机构、推进***、输送***和图像采集***组成，其特征在于：所述框架由四根框架支柱C1、C2、C3、C4(13，14，15，16)、两根水平横梁C5、C6(17，18)及框架底座(46)组成；所述推进***由推进器A1、A2、A3、A4、A5、A6(1，2，3，4，5，6)组成，推进器A1、A2、A3、A4(1，2，3，4)分别用电机支架B1、B2、B3、B4(7，8，9，10)装配在框架上侧顶端四个角，推进器A5、A6(5，6)分别用电机支架B5、B6(11，12)装配在框架支柱C1、C2(13，14)两边内侧；所述输送***由捕捞收集箱(19)、垂直吸取管(20)、水平吸取管(21)及吸取泵(22)组成，捕捞收集箱(19)安装有金属网(47)，装配在框架的水平横梁C5(17)和水平横梁C6(18)之间，水平吸取管(21)装配在框架底端，水平吸取管(21)一端固定在机械臂(23)正下方的框架底座(46)内，另一端连接吸取泵(22)，吸取泵(22)上部用垂直吸取管(20)连接捕捞收集箱(19)；所述图像采集***由摄像头D1、D2(42，43)组成，摄像头D1、D2(42，43)分别装配在框架支柱C3、C4(15,16)上；所述抓捕机构由机械臂(23)和转向机构(49)组成，转向机构(49)用舵机支架(30)与机械臂(23)连接，并用六根金属柱(24)将整个抓捕机构固定在框架底座(46)上。
2.根据权利要求1所述的海产品勘探及捕捞装置，其特征在于：所述抓捕机构是由机械臂(23)和转向机构(49)构成；机械臂(23)包括连杆机构(48)、机械爪G1、G2(39，40)和舵机组件；上述舵机组件包括舵机E1、E2、E3、E4、E5(25，26，27，28，29)；上述连杆机构(48)包括连杆F1(31)、连杆F2(32)，所述两根连杆用舵机E3(27)相互连接，连杆F1(31)的另一端连接于舵机E2(26)的动力轴，连杆F2(32)用舵机E4(28)连接机械爪连接销(38)，舵机E5(29)固连在所属机械爪G1(39)上，并用齿轮啮合控制机械爪G1(39)；转向机构(49)包括上顶板(33)，上滚珠槽(34)，下滚珠槽(36)，滚珠(35)和下顶板(37)，滚珠(35)放置在上滚珠槽(34)与下滚珠槽(36)之间进行封装，上滚珠槽(34)与上顶板(33)固定连接，下滚珠槽(36)与下顶板(37)固定连接；舵机E2(26)的机身用舵机支架(30)固定在上顶板(33)上，从而使连杆机构(48)与转向机构(49)得到有效连接；舵机E5(29)控制机械爪G1(39)尾部的齿轮(41)转动，机械爪G1(39)和机械爪G2(40)随之转动实现夹爪的张合，机械爪G1(39)、机械爪G2(40)与舵机E5(29)均装配在机械爪连接销(38)上。
3.根据权利要求1所述的海产品勘探及捕捞装置，其特征在于：所述推进***是由推进器A1、A2、A3、A4、A5、A6(1，2，3，4，5，6)和电机支架B1、B2、B3、B4、B5、B6(7，8，9，10，11，12)构成，每个推进器由螺旋桨叶(44)和无刷电机(45)组成，螺旋桨叶(44)安装在无刷电机(45)的转轴上，无刷电机(45)的转轴转动带动螺旋桨叶(44)转动产生推力，四组推进器A1、A2、A3、A4(1，2，3，4)分别安装在电机支架B1、B2、B3、B4(7，8，9，10)上；电机支架B1、B2、B3、B4(7，8，9，10)装配在框架顶端四角，为装置提供上升推力；推进器A5、A6(5，6)通过电机支架B5、B6(11，12)装配在框架支柱C1、C2(13，14)两边内侧，为装置提供前进后退以及转向的推力。
4.根据权利要求1所述的海产品勘探及捕捞装置，其特征在于：所述输送***包含捕捞收集箱(19)、垂直吸取管(20)、水平吸取管(21)及吸取泵(22)；上述捕捞收集箱(19)装配在框架的水平横梁C5(17)和水平横梁C6(18)之间，材质为金属网(47)，用于排除吸取的液体而保留捕捞的样本；垂直吸取管(20)垂直连通捕捞收集箱(19)与吸取泵(22)，吸取泵(22)装配在框架底端，水平放置并连接水平吸取管(21)尾端，用于吸取捕捞目标；水平吸取管(21)管口固定在机械臂(23)的正下方的框架底座(46)内，机械爪G1(39)将抓取目标物投放至水平吸取管(21)管口附近，同时打开吸取泵(22)，吸取管口范围内所有物品，避免目标物游离逃窜，吸取泵(22)将吸取的目标物通过垂直吸取管(20)传送至捕捞收集箱(19)，捕捞收集箱(19)外形为网状镂空设计，既能过滤淤泥或杂物，又能保留捕捞的渔业产品，最终完成捕捞作业。
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