一种用于海产捕捞的水下机器人系统

1.本技术涉及一种用于海产捕捞的水下机器人系统，属于海产捕捞技术领域。


背景技术：

2.目前海产品的捕捞工作主要由人工来完成，这种捕捞方法不仅工作效率地下、劳动强度大，而且水下环境恶劣，威胁捕捞人员的人身安全，尤其在入冬前，天气寒冷，捕捞人员很难下水从事捕捞工作，在这种状况下，现在愿意从事这项工作的人越来越少。
3.发展海洋技术、提高水下科技水平是我国当前研究重点。以“海洋牧场”建设为引领的海洋经济建设是海洋强国战略的重要内容，水下自主作业机器人系统应时代所需而生，其发展对深海观测、海产品无损捕捞具有重要意义，是发展海洋经济不可或缺技术力量。因此，亟需一种用于海产捕捞的水下机器人系统，用以提高海产捕捞效率、降低捕捞人员工作强度。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种用于海产捕捞的水下机器人系统，以解决传统海产捕捞投喂所面临的诸多问题。本技术一种用于海产捕捞的水下机器人系统具有自动化程度高、捕捉效率高、适应性强等优点。
5.为了实现上述目的，本技术提供了如下技术方案：
6.一种用于海产捕捞的水下机器人系统，包括捕捞机械手系统、机器人系统基座、机器人系统驱动部分、收集笼；
7.捕捞机械手系统，包括捕捞机器手、照明灯、机械手基板、摄像头、旋转马达a、伸缩气缸a、加强杆、伸缩气缸支撑架、伸缩气缸b、旋转马达b；
8.其中，旋转马达b的一端安装在机器人系统基座上，旋转马达b的另一端安装有伸缩气缸b；伸缩气缸b上安装有伸缩气缸支撑架，在伸缩气缸支撑架另一端安装有伸缩气缸a，伸缩气缸a与伸缩气缸支撑架之间安装有加强杆，在伸缩气缸a上安装有机械手基板，在机械手基板上安装有旋转马达a，在机械手基板两侧镶嵌有两个摄像头，在机械手基板前端安装有照明灯，在旋转马达a下方安装有捕捞机器手；
9.其中，照明灯，包括照明灯灯体、照明灯旋转马达a、照明灯旋转马达b、照明灯固定环、照明灯旋转马达c；在机械手基板前方安装有照明灯旋转马达c，在照明灯旋转马达c两侧安装有照明灯固定环，在照明灯固定环上安装有照明灯旋转马达b，在照明灯旋转马达b上安装有照明灯旋转马达a，在照明灯旋转马达a上安装有照明灯灯体；
10.机器人系统基座内部安装有动力模块、控制板卡模块、压力传感器模块；
11.机器人系统驱动部分包括转向电机固定盘、螺旋桨转向电机、驱动螺旋桨；在水产收集笼笼体四周安装有转向电机固定盘，在转向电机固定盘上安装有螺旋桨转向电机，在螺旋桨转向电机上安装有驱动螺旋桨；
12.其中，驱动螺旋桨，包括驱动螺旋桨外壳、螺旋桨固定机构、螺旋桨桨叶、螺旋桨叶
轴、螺旋桨电机；在螺旋桨转向电机上安装有驱动螺旋桨外壳，在驱动螺旋桨外壳中心安装有螺旋桨电机，在螺旋桨电机外围安装有螺旋桨叶轴，在螺旋桨叶轴四周分布有螺旋桨桨叶，螺旋桨外壳与螺旋桨电机之间通过螺旋桨固定机构连接；
13.收集笼，包括水产收集笼、自动门上轨道、收集笼自动门、自动门下轨道；在水产收集笼顶部安装有自动门上轨道和自动门下轨道，在自动门上轨道和自动门下轨道之间安装有收集笼自动门，水产收集笼安装在机器人系统基座顶部。
14.优选的，所述捕捞机械手，包括机械手夹子、连杆、齿轮盘a、机械手手掌、机械手固定座、机械手旋转电机、齿轮盘b、销钉；在机械手基板下方安装有机械手旋转电机，在机械手旋转电机下方安装有两个机械手固定座，在两个机械手固定座之间安装有两个机械手手掌，在机械手手掌一侧安装有齿轮盘a、齿轮盘b以及两个连杆，在机械手手掌另一侧安装有四个连杆；连杆的末端安装有两个机械手夹子，并通过销钉进行固定。
15.优选的，所述水产收集笼的材料为铝合金。铝合金具有较强的耐腐蚀性，且相较于其他金属材料密度较低，具有优秀的铸造性能和塑性加工型能；相较于非金属材料，铝合金的强度高于大部分非金属材料，重量较轻、强度较好。
16.按照本技术提供的一种用于海产捕捞的水下机器人系统，与现有技术相比具有如下优点：
17.1.本技术捕捞机器人系统无需人为潜水去捕捞、采样等，有利于降低劳动强度和人工成本，能够提高作业安全性，实现智能化、安全性的海产捕捞目标。此外，本技术采用开放式框架设计，可以同时搭载多种结构组件，有较佳的空间自由性，避免了壳体空间限制的弊端，同时在捕捞机器人系统运动过程中可以减少水体对机器人系统的阻力，降低了能量消耗。
18.2.本技术中的机器人系统驱动部分利用螺旋桨转向电机改变驱动螺旋桨，控制驱动螺旋桨处于指定转速与角度，完成特定方向的前进、转弯、上升、下潜等指令；当水产收集笼收集满时，螺旋桨转向电机控制驱动螺旋桨全部转向下方，驱动捕捞机器人系统上升至水面，便于养殖户对机器人系统进行收回。
19.3.本技术中的驱动螺旋桨包括驱动螺旋桨外壳、螺旋桨固定机构、螺旋桨桨叶、螺旋桨叶轴、螺旋桨电机；具有体积小、可靠性高、成本低等优点，可以实现精准调速与高效率运转，在水底暗流涌动的环境中可以实现可靠运转。
20.4.本技术捕捞机器人系统采用四推进器结构设计，保证捕捞机器人系统在水下精准完成前进、转弯、上升、下潜等指令；布置方式采用环形布置方法，在保证较佳水下运动性能的同时避免了有害力矩的产生。此外，本技术还包括压力传感器，能够对水压进行测定，便于确定所处水域深度。
附图说明
21.图1为本技术整体结构的俯视示意图。
22.图2为本技术中的捕捞机械手系统的主视示意图。
23.图3为本技术中的捕捞机械手系统的俯视示意图。
24.图4为本技术中的捕捞机器手的结构示意图。
25.图5为本技术整体结构的俯视示意图(包括另一部分结构的标注)。
26.图6为本技术中的驱动螺旋桨的结构示意图。
27.图中，捕捞机械手系统(001)、机器人系统基座(002)、机器人系统驱动部分(003)、收集笼(004)、捕捞机器手(101)、照明灯(102)、机械手基板(103)、摄像头(104)、旋转马达a(105)、伸缩气缸a(106)、加强杆(107)、伸缩气缸支撑架(108)、伸缩气缸b(109)、旋转马达b(110)、转向电机固定盘(301)、螺旋桨转向电机(302)、驱动螺旋桨(303)、水产收集笼(401)、自动门上轨道(402)、收集笼自动门(403)、自动门下轨道(404)、机械手夹子(1011)、连杆(1012)、齿轮盘a(1013)、机械手手掌(1014)、机械手固定座(1015)、机械手旋转电机(1016)、齿轮盘b(1017)、销钉(1018)、照明灯灯体(1021)、照明灯旋转马达a(1022)、照明灯旋转马达b(1023)、照明灯固定环(1024)、照明灯旋转马达c(1025)、驱动螺旋桨外壳(3031)、螺旋桨固定机构(3032)、螺旋桨桨叶(3033)、螺旋桨叶轴(3034)、螺旋桨电机(3035)。
具体实施方式
28.如图1-6所示，一种用于海产捕捞的水下机器人系统，包括捕捞机械手系统001、机器人系统基座002、机器人系统驱动部分003、收集笼004；
29.捕捞机械手系统001，包括捕捞机器手101、照明灯102、机械手基板103、摄像头104、旋转马达a105、伸缩气缸a106、加强杆107、伸缩气缸支撑架108、伸缩气缸b109、旋转马达b110；
30.其中，旋转马达b110的一端安装在机器人系统基座002上，旋转马达b110的另一端安装有伸缩气缸b109；伸缩气缸b109上安装有伸缩气缸支撑架108，在伸缩气缸支撑架108另一端安装有伸缩气缸a106，伸缩气缸a106与伸缩气缸支撑架108之间安装有加强杆107，在伸缩气缸a106上安装有机械手基板103，在机械手基板103上安装有旋转马达a105，在机械手基板103两侧镶嵌有两个摄像头104，在机械手基板103前端安装有照明灯102，在旋转马达a105下方安装有捕捞机器手101；
31.其中，照明灯102，包括照明灯灯体1021、照明灯旋转马达a1022、照明灯旋转马达b1023、照明灯固定环1024、照明灯旋转马达c1025；在机械手基板103前方安装有照明灯旋转马达c1025，在照明灯旋转马达c1025两侧安装有照明灯固定环1024，在照明灯固定环1024上安装有照明灯旋转马达b1023，在照明灯旋转马达b1023上安装有照明灯旋转马达a1022，在照明灯旋转马达a1022上安装有照明灯灯体1021；
32.机器人系统基座002内部安装有动力模块、控制板卡模块、压力传感器模块；
33.机器人系统驱动部分003包括转向电机固定盘301、螺旋桨转向电机302、驱动螺旋桨303；在水产收集笼401笼体四周安装有转向电机固定盘301，在转向电机固定盘301上安装有螺旋桨转向电机302，在螺旋桨转向电机302上安装有驱动螺旋桨303；
34.其中，驱动螺旋桨303，包括驱动螺旋桨外壳3031、螺旋桨固定机构3032、螺旋桨桨叶3033、螺旋桨叶轴3034、螺旋桨电机3035；在螺旋桨转向电机302上安装有驱动螺旋桨外壳3031，在驱动螺旋桨外壳3031中心安装有螺旋桨电机3035，在螺旋桨电机3035外围安装有螺旋桨叶轴3034，在螺旋桨叶轴3034四周分布有螺旋桨桨叶3033，螺旋桨外壳3031与螺旋桨电机3035之间通过螺旋桨固定机构3032连接；
35.收集笼004，包括水产收集笼401、自动门上轨道402、收集笼自动门403、自动门下
轨道404；在水产收集笼401顶部安装有自动门上轨道402和自动门下轨道404，在自动门上轨道402和自动门下轨道404之间安装有收集笼自动门403，水产收集笼401安装在机器人系统基座002顶部。
36.优选的，所述捕捞机械手101，包括机械手夹子1011、连杆1012、齿轮盘a1013、机械手手掌1014、机械手固定座1015、机械手旋转电机1016、齿轮盘b1017、销钉1018；在机械手基板103下方安装有机械手旋转电机1016，在机械手旋转电机1016下方安装有两个机械手固定座1015，在两个机械手固定座1015之间安装有两个机械手手掌1014，在机械手手掌1014一侧安装有齿轮盘a1013、齿轮盘b1017以及两个连杆1012，在机械手手掌1014另一侧安装有四个连杆1012；连杆1012的末端安装有两个机械手夹子1011，并通过销钉1018进行固定。
37.优选的，所述水产收集笼401的材料为铝合金。
38.以下是本技术的几个具体实施例，进一步说明本技术，但是本技术不仅限于此实施例。
39.实施例1
40.一种用于海产捕捞的水下机器人系统，包括捕捞机械手系统001、机器人系统基座002、机器人系统驱动部分003、收集笼004；
41.捕捞机械手系统001，包括捕捞机器手101、照明灯102、机械手基板103、摄像头104、旋转马达a105、伸缩气缸a106、加强杆107、伸缩气缸支撑架108、伸缩气缸b109、旋转马达b110；
42.其中，旋转马达b110的一端安装在机器人系统基座002上，旋转马达b110的另一端安装有伸缩气缸b109；伸缩气缸b109上安装有伸缩气缸支撑架108，在伸缩气缸支撑架108另一端安装有伸缩气缸a106，伸缩气缸a106与伸缩气缸支撑架108之间安装有加强杆107，在伸缩气缸a106上安装有机械手基板103，在机械手基板103上安装有旋转马达a105，在机械手基板103两侧镶嵌有两个摄像头104，在机械手基板103前端安装有照明灯102，在旋转马达a105下方安装有捕捞机器手101；
43.其中，捕捞机械手101，包括机械手夹子1011、连杆1012、齿轮盘a1013、机械手手掌1014、机械手固定座1015、机械手旋转电机1016、齿轮盘b1017、销钉1018；在机械手基板103下方安装有机械手旋转电机1016，在机械手旋转电机1016下方安装有两个机械手固定座1015，在两个机械手固定座1015之间安装有两个机械手手掌1014，在机械手手掌1014一侧安装有齿轮盘a1013、齿轮盘b1017以及两个连杆1012，在机械手手掌1014另一侧安装有四个连杆1012；连杆1012的末端安装有两个机械手夹子1011，并通过销钉1018进行固定；
44.其中，照明灯102，包括照明灯灯体1021、照明灯旋转马达a1022、照明灯旋转马达b1023、照明灯固定环1024、照明灯旋转马达c1025；在机械手基板103前方安装有照明灯旋转马达c1025，在照明灯旋转马达c1025两侧安装有照明灯固定环1024，在照明灯固定环1024上安装有照明灯旋转马达b1023，在照明灯旋转马达b1023上安装有照明灯旋转马达a1022，在照明灯旋转马达a1022上安装有照明灯灯体1021；
45.机器人系统基座002内部安装有动力模块、控制板卡模块、压力传感器模块；
46.机器人系统驱动部分003包括转向电机固定盘301、螺旋桨转向电机302、驱动螺旋桨303；在水产收集笼401笼体四周安装有转向电机固定盘301，在转向电机固定盘301上安
装有螺旋桨转向电机302，在螺旋桨转向电机302上安装有驱动螺旋桨303；
47.其中，驱动螺旋桨303，包括驱动螺旋桨外壳3031、螺旋桨固定机构3032、螺旋桨桨叶3033、螺旋桨叶轴3034、螺旋桨电机3035；在螺旋桨转向电机302上安装有驱动螺旋桨外壳3031，在驱动螺旋桨外壳3031中心安装有螺旋桨电机3035，在螺旋桨电机3035外围安装有螺旋桨叶轴3034，在螺旋桨叶轴3034四周分布有螺旋桨桨叶3033，螺旋桨外壳3031与螺旋桨电机3035之间通过螺旋桨固定机构3032连接；
48.收集笼004，包括水产收集笼401、自动门上轨道402、收集笼自动门403、自动门下轨道404；在水产收集笼401顶部安装有自动门上轨道402和自动门下轨道404，在自动门上轨道402和自动门下轨道404之间安装有收集笼自动门403，水产收集笼401安装在机器人系统基座002顶部。
49.优选的，所述捕捞机械手101，包括机械手夹子1011、连杆1012、齿轮盘a1013、机械手手掌1014、机械手固定座1015、机械手旋转电机1016、齿轮盘b1017、销钉1018；在机械手基板103下方安装有机械手旋转电机1016，在机械手旋转电机1016下方安装有两个机械手固定座1015，在两个机械手固定座1015之间安装有两个机械手手掌1014，在机械手手掌1014一侧安装有齿轮盘a1013、齿轮盘b1017以及两个连杆1012，在机械手手掌1014另一侧安装有四个连杆1012；连杆1012的末端安装有两个机械手夹子1011，并通过销钉1018进行固定。
50.优选的，所述水产收集笼401的材料为铝合金。
51.捕捞机械手系统(001)通过捕捞机器手(101)对水底的海参、海胆等海产进行捕捞，照明灯(102)在水下照明，使得摄像头(104)可以采集到较为清晰的图像；旋转马达a(105)调整捕捞机器手(101)捕捞时的角度，伸缩气缸a(106)调整捕捞机器手(101)捕捞时的夹取深度；在捕捞机器手(101)夹取到水产后，旋转马达b(110)调整到合适的角度、伸缩气缸b(109)调整到合适的高度，将夹取的水产放入收集笼(004)；机械手旋转电机(1016)对夹取角度进行进一步调整，保证夹取的准确性，在电机的控制下齿轮盘a(1013)与齿轮盘b(1017)啮合转动，带动连杆(1012)控制捕捞机器手(101)，利用机械手夹子(1011)对海产进行夹取；照明灯旋转马达a(1022)实现了照明灯灯体(1021)在z方向上的转动，调整照明水域范围；调整照明灯旋转马达b(1023)实现照明灯灯体(1021)在y方向上的转动，调整照明水域位置；照明灯旋转马达c(1025)实现了照明灯灯体(1021)在x方向上的转动，调整照明水域角度；捕捞机械手系统(001)将海产送至收集笼(004)时，收集笼自动门(403)自动沿自动门上轨道(402)与自动门下轨道(404)打开，捕捞机器手(101)松开将海产放入水产收集笼(401)后，收集笼自动门(403)自动沿自动门上轨道(402)与自动门下轨道(404)关闭；机器人系统驱动部分(003)利用螺旋桨转向电机(302)带动驱动螺旋桨(303)，控制驱动螺旋桨(303)的转速与角度，完成特定方向的前进、转弯、上升、下潜等指令；当水产收集笼(401)收集满时，螺旋桨转向电机(302)控制驱动螺旋桨(303)全部转向下方，驱动捕捞机器人系统上升至水面，实现用户对捕捞机器人系统的收回。
52.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种用于海产捕捞的水下机器人系统，其特征在于，包括捕捞机械手系统(001)、机器人基座(002)、机器人驱动部分(003)、收集笼(004)；捕捞机械手系统(001)，包括捕捞机器手(101)、照明灯(102)、机械手基板(103)、摄像头(104)、旋转马达a(105)、伸缩气缸a(106)、加强杆(107)、伸缩气缸支撑架(108)、伸缩气缸b(109)、旋转马达b(110)；其中，旋转马达b(110)的一端安装在机器人基座(002)上，旋转马达b(110)的另一端安装有伸缩气缸b(109)；伸缩气缸b(109)上安装有伸缩气缸支撑架(108)，在伸缩气缸支撑架(108)另一端安装有伸缩气缸a(106)，伸缩气缸a(106)与伸缩气缸支撑架(108)之间安装有加强杆(107)，在伸缩气缸a(106)上安装有机械手基板(103)，在机械手基板(103)上安装有旋转马达a(105)，在机械手基板(103)两侧镶嵌有两个摄像头(104)，在机械手基板(103)前端安装有照明灯(102)，在旋转马达a(105)下方安装有捕捞机器手(101)；其中，照明灯(102)，包括照明灯灯体(1021)、照明灯旋转马达a(1022)、照明灯旋转马达b(1023)、照明灯固定环(1024)、照明灯旋转马达c(1025)；在机械手基板(103)前方安装有照明灯旋转马达c(1025)，在照明灯旋转马达c(1025)两侧安装有照明灯固定环(1024)，在照明灯固定环(1024)上安装有照明灯旋转马达b(1023)，在照明灯旋转马达b(1023)上安装有照明灯旋转马达a(1022)，在照明灯旋转马达a(1022)上安装有照明灯灯体(1021)；机器人基座(002)内部安装有动力模块、控制板卡模块、压力传感器模块；机器人驱动部分(003)包括转向电机固定盘(301)、螺旋桨转向电机(302)、驱动螺旋桨(303)；在水产收集笼(401)笼体四周安装有转向电机固定盘(301)，在转向电机固定盘(301)上安装有螺旋桨转向电机(302)，在螺旋桨转向电机(302)上安装有驱动螺旋桨(303)；其中，驱动螺旋桨(303)，包括驱动螺旋桨外壳(3031)、螺旋桨固定机构(3032)、螺旋桨桨叶(3033)、螺旋桨叶轴(3034)、螺旋桨电机(3035)；在螺旋桨转向电机(302)上安装有驱动螺旋桨外壳(3031)，在驱动螺旋桨外壳(3031)中心安装有螺旋桨电机(3035)，在螺旋桨电机(3035)外围安装有螺旋桨叶轴(3034)，在螺旋桨叶轴(3034)四周分布有螺旋桨桨叶(3033)，螺旋桨外壳(3031)与螺旋桨电机(3035)之间通过螺旋桨固定机构(3032)连接；收集笼(004)，包括水产收集笼(401)、自动门上轨道(402)、收集笼自动门(403)、自动门下轨道(404)；在水产收集笼(401)顶部安装有自动门上轨道(402)和自动门下轨道(404)，在自动门上轨道(402)和自动门下轨道(404)之间安装有收集笼自动门(403)，水产收集笼(401)安装在机器人基座(002)顶部。2.根据权利要求1所述的用于海产捕捞的水下机器人系统，其特征在于：所述捕捞机械手(101)，包括机械手夹子(1011)、连杆(1012)、齿轮盘a(1013)、机械手手掌(1014)、机械手固定座(1015)、机械手旋转电机(1016)、齿轮盘b(1017)、销钉(1018)；在机械手基板(103)下方安装有机械手旋转电机(1016)，在机械手旋转电机(1016)下方安装有两个机械手固定座(1015)，在两个机械手固定座(1015)之间安装有两个机械手手掌(1014)，在机械手手掌(1014)一侧安装有齿轮盘a(1013)、齿轮盘b(1017)以及两个连杆(1012)，在机械手手掌(1014)另一侧安装有四个连杆(1012)；连杆(1012)的末端安装有两个机械手夹子(1011)，并通过销钉(1018)进行固定。3.根据权利要求1所述的用于海产捕捞的水下机器人系统，其特征在于：所述水产收集
笼(401)的材料为铝合金。

技术总结
本申请涉及一种用于海产捕捞的水下机器人系统，属于海产捕捞技术领域。该机器人系统包括捞机械手系统、机器人基座、机器人驱动部分、收集笼；捕捞机械手系统，包括捕捞机器手、照明灯、机械手基板、摄像头、旋转马达A、伸缩气缸A、加强杆、伸缩气缸支撑架、伸缩气缸B、旋转马达B。与现有技术相比，本申请的有益效果是：自动化程度高、捕捉效率高、适应性强。本申请用于海产捕捞的水下机器人系统，颇具市场应用和发展前景。发展前景。发展前景。


技术研发人员：彭飞 宋雨龙 张思怡 张丽梅 陈建明
受保护的技术使用者：北京工商大学
技术研发日：2023.02.22
技术公布日：2023/5/13