基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人

1.本发明涉及海产养殖智能设备技术领域，尤其涉及一种基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人。


背景技术：

2.近年来，随着我国经济的快速发展，人民的生活水平不断提高，海鲜也成为了饭桌上常见的食物，因此，海鲜的需求量也在逐渐提高，尤其是在休渔期，为了保证海鲜的供应量，许多沿海城市都在推广海产养殖产业，通过人工养殖海产，以提高海产品的产量。
3.为了保证海产的质量，在海产养殖过程中，需要时常对海产品进行抽样检查，目前，海产品的抽样检查主要是通过人工乘坐巡检船到海产养殖区进行随机打捞或者潜入水下进行捕抓，劳动强度较大，人工成本较高，而且效率低下，且海产通常是通过大型网箱进行养殖，而网箱长期浸泡在海水中，网箱的网衣上通常会附着大量的藻类、贝类等附着物，这些藻类、贝类等附着物堵塞网眼，阻碍着网箱水体交换，导致网箱内水体溶氧量和水质下降，进而造成养殖海产的质量不高以及数量减少的问题，故时常需要对网衣进行清理，现有技术通常是通过上提下沉法、机械冲洗、更换网目更大的网衣等方法以减少网衣上的附着物，这些方法不仅劳动强度大，而且也会增加不必要的养殖成本。


技术实现要素：

4.针对以上不足，本发明提供一种基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，通过安装架、脚架以及仿生蝠鲼机翼组成机体框架，脚架固定安装于安装架两侧，仿生蝠鲼机翼安装于安装架顶端，仿生蝠鲼机翼具有一定弧度以模仿蝠鲼游动形态，使机器人整体阻力变小，通过将推进器固定安装于机体框架上，以推动机器人进行移动，通过控制装置控制推进器、便携折叠机械臂以及深水摄像头，控制装置置于电子舱内部，设置收纳筐安装于安装架底端，深水摄像头置于电子舱外部，解决了现有海产养殖技术中因需要人工对海产品进行抽样、需要对网衣进行上提下沉、机械冲洗以及更换网衣以减少附着物而造成的劳动强度大、效率低下以及养殖成本高的技术问题。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，用于海产品抽样以及巡检海产养殖区以清理网衣附着物，包括：机体框架，所述机体框架包括安装架、脚架以及仿生蝠鲼机翼，所述脚架固定安装于所述安装架两侧，所述仿生蝠鲼机翼安装于所述安装架顶端，所述仿生蝠鲼机翼上开设有若干推流孔，所述仿生蝠鲼机翼具有弧度以模仿蝠鲼游动形态；若干推进器，若干所述推进器固定安装于所述机体框架上，所述推进器用以推动机器人进行移动；电子舱，所述电子舱固定安装于所述安装架内部；控制装置，所述控制装置置于所述电子舱内部，所述控制装置与若干所述推进器
电性连接，所述控制装置使用树莓派raspberry pi作为核心控制板；便携折叠机械臂，所述便携折叠机械臂安装于所述安装架底端，所述便携折叠机械臂与所述控制装置电性连接，所述便携折叠机械臂用以抓取海产；收纳筐，所述收纳筐安装于所述安装架底端，所述收纳筐用以收纳所述便携折叠机械臂抓取的海产；深水摄像头，所述深水摄像头置于所述电子舱外，所述深水摄像头与所述控制装置电性连接。
6.本发明的更进一步优选的方案是，所述机体框架还包括尾部机翼，所述尾部机翼与所述仿生蝠鲼机翼固定连接，所述尾部机翼上开设有流水孔。
7.本发明的更进一步优选的方案是，所述仿生蝠鲼机翼以及尾部机翼边缘为均为流线型结构，以减少所述机器人移动时的阻力。
8.本发明的更进一步优选的方案是，所述仿生蝠鲼机翼以及尾部机翼材质均采用pc塑料。
9.本发明的更进一步优选的方案是，所述推进器包括纵向推进器以及水平推进器，所述纵向推进器与所述仿生蝠鲼机翼连接，所述水平推进器与所述脚架连接，所述纵向推进器以及水平推进器均与所述控制装置电性连接。
10.本发明的更进一步优选的方案是，所述安装架两侧还安装有导流槽板。
11.本发明的更进一步优选的方案是，所述安装架为六边形方管结构，且所述安装架采用亚克力材料。
12.本发明的更进一步优选的方案是，所述电子舱包括主舱体、第一密封法兰以及第二密封法兰，所述主舱体为圆筒状结构，所述第一密封法兰为半球状结构，所述第一密封法兰以及第二密封法兰与所述主舱体均为可拆卸式连接。
13.本发明的更进一步优选的方案是，所述控制装置还搭载有pix飞控板。
14.本发明的更进一步优选的方案是，所述电子舱内部还设有电源。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明提供的一种基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，该机器人仿生蝠鲼机翼具有一定弧度以模仿蝠鲼游动形态，使机器人整体阻力变小。
16.2.本发明通过将推进器固定安装于机体框架上，以推动机器人进行移动，通过控制装置控制推进器、便携折叠机械臂以及深水摄像头，控制装置置于电子舱内部，设置收纳筐安装于安装架底端，深水摄像头置于电子舱外部，解决了现有海产养殖技术中因需要人工对海产品进行抽样、需要对网衣进行上提下沉、机械冲洗以及更换网衣以减少附着物而造成的劳动强度大、效率低下以及养殖成本高的技术问题，能够代替海产品抽样中的人工抽样法以及清理网衣中的上提下沉法、机械冲洗法以及更换网衣法，提高了工作效率，降低了劳动强度以及养殖成本。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分
均被标记，其中：图1为本发明基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人实施例的结构示意图；图2为本发明实施例的正视图；图3为本发明实施例的侧视图；图4为本发明实施例的俯视图；图5为本发明实施例中仿生蝠鲼机翼以及尾部机翼的结构示意图；图6为本发明实施例电子舱的结构示意图。
18.其中，图中所示标记为：1、安装架；2、脚架；3、仿生蝠鲼机翼；4、推流孔；5、电子舱；6、便携折叠机械臂；7、收纳筐；8、尾部机翼；9、纵向推进器；10、水平推进器；11、导流槽板；12、主舱体；13、第一密封法兰；14、第二密封法兰。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
20.本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样, 除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件, 并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、 操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
21.本实施例仅仅作为本发明实施方式的一种具体实施例，以下结合附图和具体实施例对发明作进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅作用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
22.本实施例仅仅作为本发明实施方式的一种具体实施例，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
23.请参照图1、图2以及图3所示，本发明实施例提供的一种基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，用于海产品抽样以及巡检海产养殖区以清理网衣附着物，包括：机体框架、四个推进器、电子舱5、控制装置、便携折叠机械臂6、收纳筐7、深水摄像头、尾部机翼
8、两块导流槽板11以及电源。
24.请参照图1以及图2所示，所述机体框架包括安装架1、两个脚架2以及仿生蝠鲼机翼3，所述安装架1为了连接所述脚架2、蝠鲼机翼3以及稳固所述电子舱5，所述安装架1为六边形方管结构，且所述安装架1为了增强结构稳定性以及出于便于加工考量，所述安装架1采用亚克力材料，两个所述脚架2对称分布在所述安装架1两侧，所述脚架2与所述安装架1通过若干螺栓固定连接，所述仿生蝠鲼机翼3固定安装于所述安装架1顶端，所述仿生蝠鲼机翼3两侧均开设有推流孔4，为了减少水下机器人在水里移动时所受到的阻力，所述仿生蝠鲼机翼3设计成具有一定向下弧度以模仿蝠鲼游动形态，且所述仿生蝠鲼机翼3边缘为流线型结构，且因为所述仿生蝠鲼机翼3在所述水下机器人上浮下潜以及前进后腿的过程中容易受力弯曲，故所述仿生蝠鲼机翼3采用pc塑料制成，使所述仿生蝠鲼机翼3具有更好的韧性，防止损伤性变形。
25.请参照图1、图2以及图4所示，四个所述推进器固定安装于所述机体框架上，具体的，所述推进器包括两个纵向推进器9以及两个水平推进器10，两个所述纵向推进器9通过两个安装板固定安装于所述仿生蝠鲼机翼3两侧下方，所述纵向推进器9与所述推流孔4相对以使所述纵向推进器9工作时，水流能在所述推流孔4内流动，两个所述水平推进器10分别固定安装于两个所述脚架2上，所述纵向推进器9用以给所述水下机器人提供向上或向下的推力，以完成所述水下机器人上浮或下潜的运动，所述水平推进器10用以给所述水下机器人提供水平面矢量推力，以完成所述水下机器人向前或向后运动，具体的，因为所述水下机器人总体重量在8kg，故所述推进器采用t200推进器，所述t200推进器的单个推力可达6kg，可实现正转与反转实现水流的双向推动。
26.请参照图2以及图6所示，所述电子舱5固定安装于所述安装架1内部，具体的，所述电子舱5包括主舱体12、第一密封法兰13以及第二密封法兰14，所述主舱体12为圆筒状结构，以便于分散所述主舱体12受到的压力，防止所述主舱体12被高水压压出裂纹导致漏水，所述第一密封法兰13一端为半球状结构，以减小所述电子舱5在所述水下机器人在前进时所受到的阻力，所述第一密封法兰13另一端与所述主舱体12可拆卸式连接，所述第二密封法兰14与所述主舱体12可拆卸式连接。
27.所述控制装置置于所述电子舱5内部，所述控制装置与所述纵向推进器9以及水平推进器10电性连接，所述控制装置通过电力载波对所述纵向推进器9以及水平推进器10进行控制信息的转发与接收，所述控制装置使用树莓派raspberry pi作为核心控制板，所述树莓派raspberry pi控制板上搭载了rov控制系统，所述控制装置还设有电力调节信号传输控制板，通过接入所述水下机器人外部的水下信号线缆，与岸上的上位机进行信息交互。
28.请参照图1以及图2所示，所述便携折叠机械臂6安装于所述安装架1底端，所述便携折叠机械臂6与所述控制装置电性连接，所述便携折叠机械臂6用以抓取抽样海产品或者清理网衣上的藻类、贝类等附着物，为了方便所述便携折叠机械臂6能抓取到小巧的物体且不易掉落，所述便携折叠机械臂6采用三爪式的柔性抓取机械爪。
29.请参照图1以及图3所示，所述收纳筐7固定安装于所述安装架1底端，且位于所述便携折叠机械臂6左侧，所述收纳筐7用以收纳所述便携折叠机械臂6抓取的海产，为了减少所述水下机器人在水里移动时的阻力，所述收纳筐7设计为网状。
30.所述深水摄像头置于所述电子舱5外部，所述深水摄像头与所述控制装置电性连
接，所述深水摄像头用以拍摄水里的视频图像并通过所述控制装置实时传输至岸上所述上位机以供操作人员参考。
31.请参照图1以及图5所示，为了保持所述水下机器人的姿态平稳，所述机体框架上还设有所述尾部机翼8，所述尾部机翼8与所述仿生蝠鲼机翼3固定连接，且所述尾部机翼8固定安装于所述安装架1顶端，所述尾部机翼8与所述仿生蝠鲼机翼3结构类似，所述尾部机翼8也具有一定向下的弧度以模仿蝠鲼游动形态，所述尾部机翼8边缘也为流线型结构，且所述尾部机翼8上开设有流水孔，以减少所述水下机器人移动时的阻力，因为所述尾部机翼8在所述水下机器人上浮下潜以及前进后腿的过程中容易受力弯曲，故所述尾部机翼8采用pc塑料制成，使所述尾部机翼8具有更好的韧性，防止损伤性变形。
32.请参照图2所示，所述导流槽板11固定安装于所述安装架1两侧，以进一步减少所述水下机器人在移动时受到的阻力。
33.所述电源置于所述电子舱5内部，所述电源与所述便携折叠机械臂6、纵向推进器9、水平推进器10、控制装置以及深水摄像头电性连接以供给电能，所述电源为直流电源。
34.在上述本发明实施例的技术方案中，提供的一种基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，通过安装架1、脚架2、仿生蝠鲼机翼3以及尾部机翼8组成机体框架，安装架1为六边形方管结构且采用亚克力材料制成，脚架2固定安装于安装架1两侧，仿生蝠鲼机翼3安装于安装架1顶端，尾部机翼8安装于安装架1顶端，且与仿生蝠鲼机翼3连接，仿生蝠鲼机翼3以及尾部机翼8均具有一定向下弧度以模仿蝠鲼游动形态，且边缘均呈流线型结构，减少水下机器人移动时所受阻力，仿生蝠鲼机翼3以及尾部机翼8均采用pc材料制成，使仿生蝠鲼机翼3以及尾部机翼8具有更好的韧性，防止损伤性变形。通过将纵向推进器9安装于仿生蝠鲼机翼3下方，将水平推进器10安装于脚架2上，推动水下机器人进行移动，通过控制装置控制推进器、便携折叠机械臂6以及深水摄像头，控制装置置于电子舱5内部，设置收纳筐7安装于安装架1底端以收纳海产，深水摄像头置于电子舱5外部以获取实时视频图像，设置导流槽板11进一步减少阻力，解决了现有海产养殖技术中因需要人工对海产品进行抽样、需要对网衣进行上提下沉、机械冲洗以及更换网衣以减少附着物而造成的劳动强度大、效率低下以及养殖成本高的技术问题，能够代替海产品抽样中的人工抽样法以及清理网衣中的上提下沉法、机械冲洗法以及更换网衣法，提高了工作效率，降低了劳动强度，减少了养殖成本并通过减少阻力降低能源消耗。
35.本发明优选的实施例中，所述控制装置上搭载有pix飞控板，所述pix飞控板搭载有pix平衡系统，使所述水下机器人在水下运行过程中可以自我调节以实现水下的水平自稳运行，进一步加强所述水下机器人的水下稳定性，使所述便携折叠机械臂6更容易抓取海产，而且，增强所述水下机器人在水中的稳定性，有利于所述深水摄像头采集到清晰的视频图像。
36.本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，用于海产抽样以及巡检海产养殖区以清理网衣附着物，其特征在于，包括：机体框架，所述机体框架包括安装架（1）、脚架（2）以及仿生蝠鲼机翼（3），所述脚架（2）固定安装于所述安装架（1）两侧，所述仿生蝠鲼机翼（3）安装于所述安装架（1）顶端，所述仿生蝠鲼机翼（3）上开设有若干推流孔（4），所述仿生蝠鲼机翼（3）具有弧度以模仿蝠鲼游动形态；若干推进器，若干所述推进器固定安装于所述机体框架上，所述推进器用以推动机器人进行移动；电子舱（5），所述电子舱（5）固定安装于所述安装架（1）内部；控制装置，所述控制装置置于所述电子舱（5）内部，所述控制装置与若干所述推进器电性连接，所述控制装置使用树莓派raspberry pi作为核心控制板；便携折叠机械臂（6），所述便携折叠机械臂（6）安装于所述安装架（1）底端，所述便携折叠机械臂（6）与所述控制装置电性连接，所述便携折叠机械臂（6）用以抓取海产；收纳筐（7），所述收纳筐（7）安装于所述安装架（1）底端，所述收纳筐（7）用以收纳所述便携折叠机械臂（6）抓取的海产；深水摄像头，所述深水摄像头置于所述电子舱（5）外，所述深水摄像头与所述控制装置电性连接。2.根据权利要求1所述的基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，其特征在于，所述机体框架还包括尾部机翼（8），所述尾部机翼（8）与所述仿生蝠鲼机翼（3）固定连接，所述尾部机翼（8）上开设有流水孔。3.根据权利要求2所述的基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，其特征在于，所述仿生蝠鲼机翼（3）以及尾部机翼（8）边缘为均为流线型结构，以减少所述机器人移动时的阻力。4.根据权利要求3所述的基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，其特征在于，所述仿生蝠鲼机翼（3）以及尾部机翼（8）材质均采用pc塑料。5.根据权利要求1所述的基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，其特征在于，所述推进器包括纵向推进器（9）以及水平推进器（10），所述纵向推进器（9）与所述仿生蝠鲼机翼（3）连接，所述水平推进器（10）与所述脚架（2）连接，所述纵向推进器（9）以及水平推进器（10）均与所述控制装置电性连接。6.根据权利要求1所述的基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，其特征在于，所述安装架（1）两侧还安装有导流槽板（11）。7.根据权利要求1所述的基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，其特征在于，所述安装架（1）为六边形方管结构，且所述安装架（1）采用亚克力材料。8.根据权利要求1所述的基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，其特征在于，所述电子舱（5）包括主舱体（12）、第一密封法兰（13）以及第二密封法兰（14），所述主舱体（12）为圆筒状结构，所述第一密封法兰（13）为半球状结构，所述第一密封法兰（13）以及第二密封法兰（14）与所述主舱体（12）均为可拆卸式连接。9.根据权利要求1所述的基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，其特征在于，所述控制装置还搭载有pix飞控板。
10.根据权利要求1所述的基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，其特征在于，所述电子舱（5）内部还设有电源。

技术总结
本发明公开了一种基于仿生蝠鲼的小型海洋水产养殖水下机器人，涉及海产养殖智能设备技术领域，包括机体框架、推进器、电子舱、便携折叠机械臂、收纳筐、深水摄像头以及控制装置，机体框架包括安装架、脚架以及仿生蝠鲼机翼，脚架安装于安装架两侧，仿生蝠鲼机翼安装于安装架顶端，仿生蝠鲼具有弧度以模仿蝠鲼游动形态，推进器固定安装于机体框架上，电子舱置于安装架内部，便携折叠机械臂以及收纳筐均安装于安装架底端，深水摄像头置于电子舱外部，控制装置置于电子舱内部且与推进器、便携折叠机械臂以及深水摄像头电性连接，解决了现有技术在海产抽样以及网箱网衣清理过程中存在的劳动强度大、工作效率低下以及增加不必要养殖成本的技术问题。本的技术问题。本的技术问题。


技术研发人员：张忠腾 吕汝金 李玉寒 阮瑞志 黄橙子
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/6