一种新型深水网箱补网机器人

1.本实用新型涉及网箱养殖水下机器人应用领域，特别是涉及一种新型深水网箱补网机器人。


背景技术：

2.深水网箱养殖的拓展能有效减轻近海养殖环境压力，保护海洋生态环境，提高养殖鱼类品质和增加养殖效益，是深蓝渔业的重要发展模式；因深水网箱养殖海域一般远离海岸线、且养殖渔网目前一般都在海平面
‑
15米至
‑
40米水深，渔网一旦破损，则整个网箱几万斤的鱼都将逃离，将给养殖户带来巨大的经济损失。
3.因此，网衣安全问题是深水网箱养殖技术应用与推广中要解决的关键问题之一；而当前网箱网衣的巡检和修补依旧以人工巡检修补为主，智能机械化的网衣水下巡检修补的机器人技术一直处于空白状态。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种新型深水网箱补网机器人，以解决上述现有技术中网箱破洞修补所存在的问题，高效代替潜水员完成水下补网工作。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种新型深水网箱补网机器人，包括铝型材框架、水下摄像头组件、补网伸缩机械臂组件、水下推进器组件、波纹管悬浮组件、气压舱、水下激光雷达、电控组件；所述铝型材框架为方形框体结构；所述水下摄像头组件固定安装在所述铝型材框架的一侧面顶部中心位置；所述补网伸缩机械臂组件以及所述推进器组件均设置有两组，且分别设置于所述水下摄像头组件的两相邻侧面；所述波纹管悬浮组件固定安装在所述铝型材框架内部中心位置；所述气压舱固定安装在所述铝型材框架的顶面；所述水下激光雷达固定安装在所述铝型材框架的底面中心；所述电控组件固定安装在所述铝型材框架安装所述水下摄像头组件的相对侧面顶部中心位置；所述摄像头组件、所述气压舱以及所述电控组件处于同一平面，两组所述水下推进器组件和两组所述补网伸缩机械臂组件均以该平面对称设置；
6.所述气压舱与所述波纹管悬浮组件通过密封气管相连；所述水下摄像头组件、所述补网伸缩机械臂组件、所述水下推进器组件、所述波纹管悬浮组件、所述水下激光雷达均与所述电控组件通过密封线缆电性连接。
7.优选的，所述波纹管悬浮组件包括波纹管、第一电动推杆、第一法兰盖、第二法兰盖以及导向轴；所述波纹管的两端分别与所述第一法兰盖以及所述第二法兰盖密封连接；所述第一电动推杆同轴设置在波纹管内部，一端与所述第一法兰盖固定连接，另一端与所述第二法兰盖固定连接；所述第一法兰盖固定安装在所述铝型材框架上；所述水下摄像头组件与所述第一法兰盖分别固定安装在所述铝型材框架同一侧面的内外两侧；所述密封气管穿过所述第一法兰盖与波纹管内部连通；两个所述导向轴平行于所述波纹管轴线对称设置，一端固定连接在所述第一法兰盖上，另一端贯穿所述第二法兰盖并固定安装在所述铝
型材框架上。
8.优选的，所述水下摄像头组件包括摄像头、led灯、支架；所述摄像头通过所述支架安装在所述铝型材框架上；所述led灯设置在所述摄像头的周侧外壁。
9.优选的，所述补网伸缩机械臂组件包括固定块、防水伺服电机、第二电动推杆；所述固定块一端安装在所述铝型材框架侧面一端顶部，且该端部靠近所述摄像头组件设置；所述固定块的另一端固定连接有所述防水伺服电机；所述第二电动推杆水平安装在所述防水伺服电机上，且与所述防水伺服电机传动连接；所述第二电动推杆的输出端与所述摄像头的朝向一致。
10.优选的，在所述铝型材框架安装所述水下摄像头组件的一侧固定连接有防护架；所述防护架的顶板设置在所述固定块的上方，底板设置在所述固定块的下方。
11.优选的，所述水下推进器组件包括第一推进器、第二推进器、第三推进器、两个第一浮块、第二浮块；所述第一推进器竖直固定安装在所述铝型材框架的侧面中心位置；所述第二推进器和所述第三推进器分别水平固定安装在所属侧面的两端位置；两个所述第一浮块分别对称安装在两个所述补网伸缩机械臂组件中所述固定块的下方，且固定连接在所述铝型材框架侧壁和所述防护架外框上；所述第二浮块固定安装在所述电控组件的底部，并与所述铝型材框架固定连接。
12.优选的，所述第二电动推杆的外侧设置有保护框，所述保护框一端固接在所述防水伺服电机上，另一端安装有平板，在所述平板上与所述第二电动推杆对应的位置开设有大于所述第二电动推杆直径的通孔。
13.优选的，所述第二推进器与所述第三推进器相向设置；所述第二推进器的轴线与所述第三推进器的轴线成120
°
夹角，且均与所属侧面成30
°
夹角。
14.优选的，所述电控组件包括六轴传感器、流速仪、压力传感器、中央处理器、水质传感器，水压传感器、电流传感器、姿态传感器。
15.优选的，在所述铝型材框架1内靠近所述水下摄像头组件的一侧设置有陀螺仪。
16.本实用新型公开了以下技术效果：
17.机器人铝型材框架结构稳定，重量轻，并配有气压波纹管，相对于传统的油压技术，采用气压波纹管悬浮技术不仅可以减轻机器人自身的重量，而且更符合绿色环保发展的理念；另外，本机器人应用于深水网箱养殖领域具有低功耗、能长期稳定地进行网箱内部监测、水质检测及水下补网作业、水下作业能耗低、噪声小、灵活性高、对水下生物干扰小等优势，其自动化程度高，实用性强。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为深水网箱补网机器人的结构示意图；
20.图2为深水网箱补网机器人的结构俯视示意图；
21.图3为深水网箱补网机器人的波纹管悬浮装置的结构示意图；
22.图4为深水网箱补网机器人的电气原理示意图。
23.其中：
24.1、铝型材框架；2、防护架；3、第二驱动电机；4、保护壳；5、支架；6、第二推进器；7、气压舱；8、第一推进器；9、第三推进器； 10、加强板；11、电控组件；12、第二浮块；13、第一浮块；14、保护框；15、平板；16、摄像头；17、led灯；18、连接轴；19、第二电动推杆；20、水下激光雷达；21、固定块；22、防水伺服电机；23、波纹管；24、第一驱动电机；25、铝合金垫圈；26、第二法兰盖；27、导向轴；28、密封法兰盖；29、第一电动推杆；30、第一法兰盖。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
27.一种新型深水网箱补网机器人，包括铝型材框架1、水下摄像头组件、补网伸缩机械臂组件、水下推进器组件、波纹管悬浮组件、气压舱7、水下激光雷达20、电控组件11；铝型材框架1为方形框体结构；水下摄像头组件固定安装在铝型材框架1的一侧面顶部中心位置；补网伸缩机械臂组件以及推进器组件均设置有两组，且分别设置于水下摄像头组件的两相邻侧面；波纹管悬浮组件固定安装在铝型材框架1内部中心位置；气压舱7固定安装在铝型材框架1的顶面；水下激光雷达20固定安装在铝型材框架1的底面中心；电控组件11固定安装在铝型材框架1安装水下摄像头组件的相对侧面顶部中心位置；摄像头组件、气压舱7以及电控组件11处于同一平面，两组水下推进器组件和两组补网伸缩机械臂组件均以该平面对称设置；
28.气压舱7与波纹管悬浮组件通过密封气管相连；水下摄像头组件、补网伸缩机械臂组件、水下推进器组件、波纹管悬浮组件、水下激光雷达20均与电控组件通过密封线缆电性连接。
29.波纹管悬浮组件包括波纹管23、第一电动推杆29、第一法兰盖 30、第二法兰盖26以及导向轴27；波纹管23的两端分别与第一法兰盖30以及第二法兰盖26密封连接；第一电动推杆29同轴设置在波纹管23内部，一端与第一法兰盖30固定连接，另一端与第二法兰盖26固定连接；第一法兰盖30固定安装在铝型材框架1上；水下摄像头组件与第一法兰盖30分别固定安装在铝型材框架1同一侧面的内外两侧；密封气管穿过第一法兰盖30与波纹管23内部连通；两个导向轴27平行于波纹管23轴线对称设置，一端固定连接在第一法兰盖30上，另一端贯穿第二法兰盖26并固定安装在铝型材框架1上。
30.水下摄像头组件包括摄像头16、led灯17、支架5；摄像头16 通过支架5安装在铝型材框架1上；led灯17设置在摄像头16的周侧外壁。
31.补网伸缩机械臂组件包括固定块21、防水伺服电机22、第二电动推杆19；固定块21一端安装在铝型材框架1侧面一端顶部，且该端部靠近摄像头组件设置；固定块21的另一端固定连接有防水伺服电机22；第二电动推杆19水平安装在防水伺服电机22上，且与防水伺
服电机22传动连接；第二电动推杆19的输出端与摄像头16的朝向一致。
32.在铝型材框架1安装水下摄像头组件的一侧固定连接有防护架 2；防护架2的顶板设置在固定块21的上方，底板设置在固定块21 的下方。
33.水下推进器组件包括第一推进器8、第二推进器6、第三推进器 9、两个第一浮块13、第二浮块12；第一推进器8竖直固定安装在铝型材框架1的侧面中心位置；第二推进器6和第三推进器9分别水平固定安装在所属侧面的两端位置；两个第一浮块13分别对称安装在两个补网伸缩机械臂组件中固定块21的下方，且固定连接在铝型材框架1侧壁和防护架2外框上；第二浮块12固定安装在电控组件11 的底部，并与铝型材框架1固定连接。
34.第二电动推杆19的外侧设置有保护框14，保护框14一端固接在防水伺服电机22上，另一端安装有平板15，在平板15上与第二电动推杆19对应的位置开设有大于第二电动推杆19直径的通孔。
35.第二推进器6与第三推进器9相向设置；第二推进器6的轴线与第三推进器9的轴线成120
°
夹角，且均与所属侧面成30
°
夹角。
36.在本实用新型的一个实施例中，在摄像头16与支架5之间安装有连接轴18，摄像头16可以在第二驱动电机3的驱动下进行转动，从而可以看到不同方向的画面；并且在摄像头16外围设置有保护壳 4，且led灯17安装在保护壳4靠近所述摄像头16镜头的一端，这样机器人在水下进行补网作业时，除了可以提供照明外，还可以保护摄像头16免受外界因素的损害。
37.在本实用新型的一个实施例中，led灯为高亮防水led灯。
38.在本实用新型的一个实施例中，两个第二推进器6和两个第三推进器9可设置在所属侧面的顶部，也可设置在顶面靠近第一推进器8 的两侧，或者可以设置在顶面和侧面相交的侧棱处，保证第二推进器 6和第三推进器9可以实现平稳前进后退的功能。
39.在本实用新型的一个实施例中，在铝型材框架1的顶面，设置有加强板10，可加固铝型材框架1的结构，加强板10设置在电控组件 11和气压舱7之间，加强板10开设有若干个通槽，可减小机器人在上下运动过程中受到的水的阻力。
40.在本实用新型的一个实施例中，波纹管悬浮组件内的第一电动推杆29由第一驱动电机24驱动；波纹管23的两端与第一法兰盖30和第二法兰盖26通过密封法兰盖28和铝合金垫圈25密封连接，保证了波纹管23的密封性，使水进入不了波纹管23内部。
41.在本实用新型的一个实施例中，电控组件11安装于密封耐压舱内，密封耐压舱可以保护电控组件11不会受潮而损坏。
42.在本实用新型的一个实施例中，将压缩后的膨胀橡胶圈与补丁固定连接，并预先放置在第二电动推杆19的输出端，在进行补网作业时，第二电动推杆19将膨胀橡胶圈推出，并穿过网孔，膨胀橡胶圈随后膨胀，并将网格夹在膨胀橡胶圈和补丁之间，从而实现补网。
43.使用时，通过上位机发送下潜指令给机器人，电控组件11接收指令后通过控制第一电动推杆29收缩，带动第二法兰盖26在导向轴 27上移动，从而减小波纹管23的体积，同时启动水下推进器组件使机器人缓慢下潜至水下指定位置；待下潜至指定位置后，波纹管悬浮组件搭配姿态传感进行自主水中悬浮调整使机器人实现在水下的悬浮平稳状态；上位机通过电控组件11控制水下激光雷达20以启动水下摄像头组件识别水下环境，再所观测到的水下环境信息规划机器人的运行路线与避障任务；待上位机发出运行指令后，机器人按
照指令前行，过程中通过姿态传感器、水质传感器将水下环境数据实时上传至上位机，方便使用者观测与及时调整机器人的运动状态。
44.当补网伸缩机械臂组件完成水下补网作业后，根据摄像头16以及水下激光雷达20反馈的数据规划返回路线，驱动水下推进器组件与波纹管悬浮组件，使机器人按规定路线返回，机器人返回上升至水面，使用者回收机器人。
45.该机器人在水下进行作业时,上位机通过电缆控制该机器人的控制系统实现该机器人的行动，电控组件11搭配姿态传感装置读取的姿态数据来驱动波纹管悬浮组件中的第一电动推杆29伸长合适的长度平衡机器人整体平稳的姿态状态，因为第一电动推杆29与第二法兰盖26固定连接，所以会拉伸波纹管23，波纹管23通过密封气管与气压舱7连接，并从气压舱7中抽取气体，以适应波纹管23的体积，波纹管23体积增大，与两个第一浮块13、第二浮块12一起为机器人提供浮力，机器人实现水面漂浮状态，两个第一浮块13安装在固定块21的下方可以有效的平衡补网伸缩机械臂组件的重量，第二浮块12安装在电控组件11的下方，可以平衡电控组件11的重量，从而使机器人不会因重量不均匀导致失衡；第一电动推杆29收缩，波纹管23体积变小，波纹管23内部气体通过密封气管存储至气压舱 7中，波纹管悬浮组件产生的浮力减小，机器人实现下沉；在此基础上,上位机可以通过控制系统控制机器人的平衡装置、推进器实现俯仰、横滚及沉浮运动,可保持水下潜浮状态。
46.通过水下推进器组件与波纹管悬浮组件到达指定地点后，摄像头 16扫描网箱破洞情况，通过树莓派识别网箱网衣破洞面积的大小并进行把数据反馈给上位机进行运算，结合陀螺仪反馈当前机器人的状态，再通过陀螺仪反馈的数据使单片机驱动水下推进器组件调整机器人补网伸缩机械臂组件与破洞的距离，通过防水伺服电机22驱动第二电动推杆19,调整补网伸缩机械臂组件与破洞周围完好的网格距离，确定好网格位置后，单片机通过上位机反馈的数据再次驱动第二电动推杆19将机械臂伸出破洞相邻的完好的网箱网格，继而将预先压缩在第二电动推杆19输出端的膨胀橡胶圈推出，橡胶膨胀圈一端与补丁固定连接，并将补丁一端放置在第二电动推杆19的输出端一侧，膨胀橡胶圈进入网箱网格另一侧后遇水膨胀，当橡胶圈面积大于网格时，即可实现橡胶圈的卡位，此时膨胀橡胶圈与补丁会把网箱的网夹在中间，而膨胀后的橡胶圈则会覆盖住破洞，进而实现网箱破洞的修补。
47.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
48.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。