CN110402901A - 一种仿生鱿鱼活体捕获装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生鱿鱼活体捕获装置及控制方法，所述捕获装置包括用于储存深海活体的密封箱、固定在密封箱前端的密封箱通道和设置在密封箱通道上的软体弹性触手。本发明是基于由于触手的结构特性设计出的全新深海活体捕获装置，由于捕获触手采用软体弹性材料制成，在对活体进行捕获时，不会对目标对象造成伤害，且通过在密封箱通道上设置四个软体弹性触手，每个软体弹性触手内设有三个空腔，触手可在各个方向进行弯曲，可实现三维空间的抓取动作，整个捕获装置的灵敏度、捕抓精度、抓捕效率很高。
Description
技术领域
本发明涉及生物仿生结构技术领域，特别是涉及一种仿生鱿鱼深海捕获装置及控制方法。
背景技术
鱿鱼是经过五千万年的适应、进化、发展而成，这漫长的自然选择使得鱿鱼的某些部位巧夺天工，生物特性趋于完美，具有最合理、最优化的结构特点、灵活的运动特性和海洋复杂环境下的极好适应性，向自然界学习，采用仿生学原理，设计、研制新型的捕抓机械是近年来快速发展也是重中之重的领域之一。鱿鱼触手具有高灵活性和高灵敏度，依靠其优异的触手结构，鱿鱼往往能快速抓取行动灵活、重于其本身质量几十倍的活物。海洋资源是自然资源之一，广阔的海洋里蕴藏着丰富的可供人类使用的资源，而海洋活物的捕抓有利于对海洋复杂环境的分析，从而推进人类对海洋资源的开发利用。现有捕鱼装置结构较为复杂，且捕获过程中会对深海珍稀鱼类造成伤害。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，设计出一种仿生鱿鱼活体捕获装置及控制方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种仿生鱿鱼活体捕获装置，包括密封箱、密封箱通道和软体弹性触手；
所述密封箱通道固定在密封箱的前端，密封箱通道上设有锥形网格状结构，锥形网格状结构的一端固定在密封箱通道的前端内壁上、另一端位于密封箱通道的腔体内；
所述密封箱通道的外侧固定有红外摄像头，密封箱通道内设有四个沿其长度方向贯穿其通道壁的通道油路，四个通道油路对称设置，每个通道油路上均对应设置有一个软体弹性触手，
每个软体弹性触手均由触手主体和触手夹头构成；所述触手主体通过密封组件固定在密封箱通道的前端，触手主体的内部设置有与所述通道油路相连通的触手油路；所述触手夹头固定在触手主体的端部，触手夹头上固定有压力传感器和流速传感器。
作为优选地，还包括液压***、和用以控制液压***以改***体弹性触手的弯曲方向从而捕捉活体的微控制器，所述液压***和微控制器均设置在岸上或船舶上；
所述液压***的出油口通过油管与密封箱通道内的通道油路相连通；
所述微控制器通过电缆与液压***、红外摄像头、压力传感器和流速传感器连接。
作为优选地，所述通道油路和触手油路均由三个等大的沿圆周方向均匀对称分布的空腔构成，通道油路内的每个空腔均与触手油路内相对应的空腔连通，通道油路内的每个空腔均对应连接有一根油管，每根油管上均设有一个节流阀。
作为优选地，所述触手油路内的三个空腔贯穿触手主体的整个长度方向，并交汇于触手夹头的前端顶点。
作为优选地，所述软体弹性触手可选用硅胶、橡胶或热塑性弹性体材料制作而成。
作为优选地，所述密封组件包括密封上连接件和密封下连接件，所述密封上连接件与密封下连接件螺纹连接。
作为优选地，所述密封上连接件的套体上部设有将其内部腔室分隔为三个等大空腔的第一隔离部件、套体的下部内壁上设有内螺纹；
所述密封下连接件的上部外壁上设有外螺纹、且内部设有将其内部腔室分隔为三个等大空腔的第二隔离部件。
作为优选地，所述密封箱包括密封箱体和密封箱端盖，所述密封箱端盖通过转动副连接于密封箱体的一端部，密封箱体的另一端部设有密封卡槽环，密封箱通道卡扣固定在密封卡槽环内。
一种仿生鱿鱼活体捕获装置的控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1，红外摄像头将其采集的图像数据、流速传感器将其采集到的水体流速分别传输给微控制器，微控制器对接收到的数据进行处理并控制液压***中的油压泵开始供油，油压泵通过油管向各通道油路内部的不同空腔内注入等量的液压油，从而使四个软体弹性触手处于形变量相同的伸直状态，为下一步抓取动作做准备；
步骤2，开始抓取动作：微控制器调节各油管上节流阀的节流面积，以调节流入各通道油路的不同空腔内的油量，从而调节各软体弹性触手的三个空腔内输入的油压，使各软体弹性触手的三个空腔之间的油压差达到设定值，各软体弹性触手的弯曲从前端逐渐蔓延至尾端；
抓取过程中，各个软体弹性触手上的压力传感器分别实时检测其触手夹头与深海活体之间的压力，并将检测到的压力信号传输给微控制器，微控制器对接收到的信号进行逻辑判断，当压力达到设定阈值时，微控制器控制液压***向各软体弹性触手的三个空腔之间的输入油压不变，四个软体弹性触手配合将深海活体送入密封箱通道，从而存储在密封箱内，完成深海活体的抓取工作。
本发明的积极有益效果：本发明是基于由于触手的结构特性设计出的全新深海活体捕获装置，由于捕获触手采用软体弹性材料制成，在对活体进行捕获时，不会对目标对象造成伤害，且通过在密封箱通道上设置四个软体弹性触手，每个软体弹性触手内设有三个空腔，触手可在各个方向进行弯曲，可实现三维空间的抓取动作，整个捕获装置的灵敏度、捕抓精度、抓捕效率很高。且本发明的捕获装置可用于捕获多种形状、体积、质量的活体，应用广泛，操作方式十分便捷。
附图说明
为了更清楚得说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明仿生鱿鱼活体捕获装置的结构示意图。
图2为软体弹性触手的结构示意图。
图3为密封箱通道的立体结构示意图。
图4为密封箱通道的正视结构示意图。
图5为密封箱的立体结构示意图。
图6为密封箱盖的结构示意图。
图7为密封上连接件的结构示意图。
图8为密封下连接件的结构示意图。
图9为仿生鱿鱼活体捕获装置与液压***和微控制器的连接图。
图中标号的具体含义为：1为密封箱，2为密封箱通道，3为软体弹性触手，4为密封箱体，5为密封箱端盖，6为密封卡槽环，7为锥形网格状结构，8为通道油路，9为触手主体，10为触手夹头，11为触手油路，12为基座,13为红外摄像头,14为压力传感器，15为流速传感器，16为电缆，17为油管接头,18为密封上连接件，19为密封下连接件,20为第一隔离部件，21为第二隔离部件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
结合图1-图9说明本实施方式，本发明的仿生鱿鱼活体捕获装置，通过控制软体弹性触手内部的腔体油压来使触手向各个方向弯曲，从而实现软体弹性触手的快速动作，且触手抓捕深海活物时，同时将抓捕到的活物存储在压强、温度不变的密封箱内，有效地保障了活物的生命特征。
所述仿生鱿鱼活体捕获装置包括密封箱1、密封箱通道2、软体弹性触手3。
所述密封箱1用于储存深海活体，可以为抓捕到的活物提供恒温、恒压的储存环境。所述密封箱1为圆柱体，与密封箱通道2相连接。具体地，所述密封箱1包括密封箱体4和密封箱端盖5，所述密封箱端盖5通过转动副连接于密封箱体4的一端部，密封箱体4的另一端部设有密封卡槽环6，密封箱通道2卡扣固定在密封卡槽环6内。
所述密封箱通道2为内中空的圆柱形结构，固定在密封箱1的前端。密封箱通道2和密封箱1的下方设有基座，可对捕获装置进行支撑。
所述密封箱通道2上设有锥形网格状结构7，锥形网格状结构7的一端固定在密封箱通道2的前端内壁上、另一端位于密封箱通道2的腔体内。软体弹性触手3将成功捕获的活体从锥形网格状结构中间的圆孔送入到密封箱通道2内。
所述密封箱通道2的内部设有四个沿其长度方向贯穿其通道壁的通道油路8，四个通道油路对称设置。每个通道油路8均对应设置有一个软体弹性触手3，即密封箱通道2端部固定有四个结构相同的软体弹性触手3。
软体弹性触手3由触手主体9和触手夹头10构成。所述触手主体9通过密封组件固定在密封箱通道2的前端，触手主体9为圆柱形，触手主体9的内部设置有与通道油路8相连通的触手油路11。所述触手夹头10固定在触手主体9的端部，触手夹头10呈子弹形且其内侧面为平面，触手夹头10上固定有压力传感器14和流速传感器15。本实施例中，软体弹性触手3可选用硅胶、橡胶或热塑性弹性体材料等制作而成。
所述密封组件包括密封上连接件18和密封下连接件19。密封上连接件18的套体上部设有将其内部腔室分隔为三个等大空腔的第一隔离部件20、套体的下部内壁上设有内螺纹。密封下连接件19的上部外壁上设有外螺纹、且内部设有将其内部腔室分隔为三个等大空腔的第二隔离部件21。密封下连接件19螺纹固定在密封上连接件18上。
密封箱通道2上的四个通道油路8结构相同，每个通道油路8均由三个等大的扇形空腔构成，且三个空腔沿圆周方向均匀对称分布。密封箱通道2上每个通道油路8所在的位置处，均固定有三个油管接头17，每个油管接头与该通道油路内的对应空腔相连通。当在每个油管接头17上安装油管后，即可通过液压***向各空腔内注油。
触手主体9上的触手油路11也由三个等大扇形空腔构成，且三个空腔也沿圆周方向均匀对称分布。所述触手油路11内的三个空腔贯穿触手主体9的整个长度方向，并交汇于触手夹头10的前端顶点。
当密封箱通道2的每个通道油路8所在位置处均固定一个软体弹性触手3后，每个软体弹性触手3内部的三个空腔均与该位置的触手油路11内对应的空腔相连通。
所述密封箱通道2的外侧固定有红外摄像头13。红外摄像头13用于拍摄所述仿生鱿鱼活体捕获装置周围的环境图像。
本发明的仿生鱿鱼活体捕获装置通过液压***和微控制器控制，来捕获水中的活体。液压***和微控制器可设置到岸边，也可设置到船舶上。液压***通过油管为仿生鱿鱼活体捕获装置供油；微控制器用于根据各传感器以及红外摄像头采集到的信号，控制液压***向不同软体弹性触手输出的油压，从而改***体弹性触手的弯曲方向以成功捕捉到活体。
液压***、红外摄像头13、压力传感器14和流速传感器15均通过电缆与微控制器连接，本实施例中，电缆采用的是电力载波电缆。
液压***由油压泵、油管和节流阀组成。具体地，本实施例中，液压***包括一个油压泵、12根油管，每根油管上均配备有一个节流阀，节流阀用以控制油管内液压油的流量。这12根油管的一端并联连接至油压泵的出油口、另一端连接至其各自对应的通道油路的相应扇形空腔（即密封箱通道2上共连接有12根油管，每根油管均对应有唯一一个扇形空腔）。油压泵和节流阀均与微控制器电连接，微控制器可通过控制各节流阀的节流面积来控制相应油管的油压，从而控制各自软体弹性触手的弯曲方向。
微控制器控制单个软体弹性触手弯曲方向的控制原理为：令某一触手内部的三个触手空腔分别为第一触手空腔、第二触手空腔和第三触手空腔，若第二触手空腔和第三触手空腔内的油压相同且大于第一触手空腔内的油压，则该触手朝向第一触手空腔的方向弯曲，若第三触手空腔内的油压大于第二触手空腔内的油压、第二触手空腔内的油压大于第一触手空腔内的油压，则该触手朝向第一触手空腔和第二触手空腔之间的中间方向弯曲；同理，改变这三个触手空腔之间的油压差可实现该触手向不同方向的弯曲。
这样，微控制器通过控制各软体弹性触手内三个空腔之间的油压差，即可使四个软体弹性触手向不同方向弯曲，从而配合抓取到水中的活体。
所述仿生鱿鱼深海活体捕获装置的控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1，红外摄像头将其采集的图像数据、流速传感器将其采集到的水体流速分别传输给微控制器，微控制器对接收到的数据进行处理并控制液压***中的油压泵开始供油，油压泵通过油管向各通道油路内部的不同空腔内注入等量的液压油，从而使四个软体弹性触手处于形变量相同的伸直状态，为下一步抓取动作做准备；
步骤2，开始抓取动作：微控制器调节各油管上的节流阀，以调节12根油管向其对应的相应扇形空腔内的供油流量，从而调节各软体弹性触手内部的三个空腔内的输入油压，使各软体弹性触手的三个空腔之间的油压差达到设定值，各软体弹性触手的弯曲从前端逐渐蔓延至尾端，开始抓取活体；
抓取过程中，各个软体弹性触手上的压力传感器分别实时检测其触手夹头与深海活体之间的压力，并将检测到的压力信号传输给微控制器，微控制器对接收到的信号进行逻辑判断，当压力达到设定阈值时，微控制器控制各油管内的油量不变，使各软体弹性触手的三个空腔之间的输入油压不变，四个软体弹性触手配合将深海活体送入密封箱通道，从而存储在密封箱内，完成深海活体的抓取工作。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种仿生鱿鱼活体捕获装置,其特征在于，包括密封箱（1）、密封箱通道（2）和软体弹性触手（3）；
所述密封箱通道（2）固定在密封箱（1）的前端，密封箱通道（2）上设有锥形网格状结构（7），锥形网格状结构（7）的一端固定在密封箱通道（2）的前端内壁上、另一端位于密封箱通道（2）的腔体内；
所述密封箱通道（2）的外侧固定有红外摄像头（13），密封箱通道（2）内设有四个沿其长度方向贯穿其通道壁的通道油路（8），四个通道油路对称设置，每个通道油路上均对应设置有一个软体弹性触手（3），
每个软体弹性触手（3）均由触手主体（9）和触手夹头（10）构成；所述触手主体（9）通过密封组件固定在密封箱通道（2）的前端，触手主体（9）的内部设置有与所述通道油路（8）相连通的触手油路（11）；所述触手夹头（10）固定在触手主体（9）的端部，触手夹头（10）上固定有压力传感器（14）和流速传感器（15）。
2.根据权利要求1所述的仿生鱿鱼活体捕获装置，其特征在于，还包括液压***、和用以控制液压***以改***体弹性触手的弯曲方向从而捕捉活体的微控制器；
所述液压***的出油口通过油管与密封箱通道内的通道油路相连通；
所述微控制器通过电缆（16）与液压***、红外摄像头（13）、压力传感器（14）和流速传感器（15）连接。
3.根据权利要求1或2所述的仿生鱿鱼活体捕获装置，其特征在于，所述通道油路（8）和触手油路（11）均由三个等大的沿圆周方向均匀对称分布的空腔构成，通道油路（8）内的每个空腔均与触手油路（11）内相对应的空腔连通，通道油路（8）内的每个空腔均对应连接有一根油管（17），每根油管上均设有一个节流阀。
4.根据权利要求3所述的仿生鱿鱼活体捕获装置，其特征在于，所述触手油路（11）内的三个空腔贯穿触手主体（9）的整个长度方向，并交汇于触手夹头（10）的前端顶点。
5.根据权利要求2所述的仿生鱿鱼活体捕获装置，其特征在于，所述软体弹性触手（3）可选用硅胶、橡胶或热塑性弹性体材料制作而成。
6.根据权利要求1所述的仿生鱿鱼活体捕获装置，其特征在于，所述密封组件包括密封上连接件（18）和密封下连接件（19），所述密封上连接件（18）与密封下连接件（19）螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的仿生鱿鱼活体捕获装置，其特征在于，所述密封上连接件（18）的套体上部设有将其内部腔室分隔为三个等大空腔的第一隔离部件（20）、套体的下部内壁上设有内螺纹；
所述密封下连接件（19）的上部外壁上设有外螺纹、且内部设有将其内部腔室分隔为三个等大空腔的第二隔离部件（21）。
8.根据权利要求1所述的仿生鱿鱼活体捕获装置，其特征在于，所述密封箱（1）包括密封箱体（4）和密封箱端盖（5），所述密封箱端盖（5）通过转动副连接于密封箱体（4）的一端部，密封箱体（4）的另一端部设有密封卡槽环（6），密封箱通道（2）卡扣固定在密封卡槽环（6）内。
9.根据权利要求1所述的仿生鱿鱼活体捕获装置，其特征在于，所述密封箱（1）和密封箱通道（2）的下方设置有基座（12）。
10.一种仿生鱿鱼活体捕获装置的控制方法,其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，红外摄像头（13）将其采集的图像数据、流速传感器（15）将其采集到的水体流速分别传输给微控制器，微控制器对接收到的数据进行处理并控制液压***中的油压泵开始供油，油压泵通过油管（17）向各通道油路内部的不同空腔内注入等量的液压油，从而使四个软体弹性触手（3）处于形变量相同的伸直状态，为下一步抓取动作做准备；
步骤2，开始抓取动作：微控制器调节各油管上节流阀的节流面积，以调节流入各通道油路（8）的不同空腔内的油量，从而调节各软体弹性触手的三个空腔内输入的油压，使各软体弹性触手的三个空腔之间的油压差达到设定值，各软体弹性触手的弯曲从前端逐渐蔓延至尾端；
抓取过程中，各个软体弹性触手上的压力传感器（14）分别实时检测其触手夹头与深海活体之间的压力，并将检测到的压力信号传输给微控制器，微控制器对接收到的信号进行逻辑判断，当压力达到设定阈值时，微控制器控制液压***向各软体弹性触手的三个空腔之间的输入油压不变，四个软体弹性触手配合将深海活体送入密封箱通道（2），从而存储在密封箱（1）内，完成深海活体的抓取工作。
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2019
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|---|---|
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