一种水产养殖水下机器人的收放装置及其使用方法

1.本发明涉及水产养殖设备技术领域，具体地，涉及一种水产养殖水下机器人的收放装置及其使用方法。


背景技术：

2.随着水产养殖市场的逐步扩大以及水产养殖产品的种类不断增多，水产养殖行业的经济效应越来越不容小觑。与之伴随而来的是市场对于行业的要求不断升高，养殖技术和养殖方式的不断进化，水产养殖自动化成为了未来水产养殖的前进方向。在水产养殖自动化中，会涉及各种各样的水下工作机器人。
3.目前在水下机器人回收方面，最主要的回收布放方式有无人船搭载回收布放装置和吊装机械定点回收布放装置。无人船在水上移动时，其动力结构运作会对水面产生一定的波动，从而影响养殖池的养殖环境；其次无人船受移动方式的影响，无法自动跨越被分隔的不同水域，大大影响了其在不同养殖条件下的工作效率。而吊装机械定点回收布放装置所需的占地面积较大，并且通常只能实现单个水下机器人的投放和回收，工作方式不够灵活，在水产养殖工作情境应用受局限，难以满足水产养殖工厂化和设施化的要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种结构简单、实用性强的用于水产养殖水下机器人的收放装置及其使用方法。
5.为解决上述问题，本发明的技术方案为：
6.一种水产养殖水下机器人的收放装置，包括导轨、移动装置、回收布放笼以及用于收放线缆的卷扬机构，所述移动装置设置在所述导轨上，所述移动装置通过卷扬机构收放线缆与所述回收布放笼相连，所述回收布放笼包括有移动门板、滑槽、连接元件、动力机构和内部回收舱，所述移动门板位于回收布放笼侧面，移动门板上下嵌入所述滑槽中，所述卷扬机构通过线缆与回收布放笼的连接元件相连接，所述连接元件和所述动力机构设于所述回收布放笼的顶部，所述回收布放笼的内部部分为所述内部回收舱。
7.优选地，所述移动装置顶部开设有凹槽，所述凹槽内侧两边设有滑轮，所述滑轮用于所述移动装置沿导轨移动。
8.优选地，所述移动装置顶部两侧分别设有电磁固定机构，所述电磁固定机构底部与移动装置相连，并且可以连接处为轴进行枢转动作，用于移动装置的固定。
9.优选地，所述移动装置底部内侧两边对称设置有两组卷扬机构，一组卷扬机构配有两个线缆卷，可用于同时收放四根缆线，所述卷扬机构设有张力控制模块，用于检测和控制下放缆绳时的张力。
10.优选地，所述回收布放笼为上下封闭，侧面四分之三封闭的圆柱体结构，所述滑槽设于侧面未封闭区域上下两端，并向侧面封闭区域延伸，所述移动门板嵌于所述滑槽中，用于控制回收布放笼入口的开放或封闭状态。
11.优选地，所述内部回收舱包括一个旋转底座、四个隔板、中央轴柱以及转轴槽，所述隔板将所述可旋转底座分割成独立的四个回收域，所述内部回收舱的中央轴柱贯穿旋转底座并嵌入所述转轴槽中，以实现中央轴柱的限位及平滑旋转。
12.优选地，所述隔板设有第一限位装置，所述旋转底座设有第二限位装置，所述第一限位装置用于水下机器人头部的限位固定，所述第二限位装置用于水下机器人底部的限位固定。
13.优选地，所述第一限位装置包括升降限位杆、枢转限位杆和支撑杆，所述支撑杆固定于所述隔板上，用于连接所述枢转限位杆，枢转限位杆可以以连接处为轴进行向内或向外的枢转动作，并且在每次动作后都会复位至初始位置，所述升降限位杆设于所述隔板上，可沿所述隔板竖直方向移动。
14.优选地，所述第二限位装置包括限位片和旋转轴柱，所述第二限位装置可从底部插入水下机器人底部限位口，通过旋转轴柱带动限位片进行旋转。
15.进一步地，本发明还提供一种水产养殖水下机器人的收放装置的使用方法，包括以下步骤：
16.预备状态：移动装置通过定位系统，沿导轨驶向目标水域，轮滑制动后，电磁固定机构运作并吸合在导轨上；
17.回收过程：卷扬机构下放线缆，当回收布放笼到达水域底部，卷扬机构停止运作，移动笼门将回收入口开放，水下机器人从入口进入布放回收笼，水下机器人头部锁孔和底部锁孔分别被第一限位装置和第二限位装置限位；
18.布放过程：卷扬机构下放线缆，当回收布放笼到达水域底部，卷扬机构停止运作，移动笼门沿滑槽移动，将布放入口开放，第二限位装置和第一限位装置依次解除水下机器人底部锁孔和头部锁孔的限位，水下机器人驶离布放回收笼；
19.作业完成状态：卷扬机构回收缆线，回收布放笼向上移动离开水面，到达预设的安全高度后，卷扬机构停止运作，移动装置电磁固定机构解除对导轨的吸合驶离作业区域。
20.与现有技术相比，本发明的水下机器人收放装置的移动装置在导轨上进行移动，可以精准快速地携带回收布放笼到达目标作业水域，且移动装置带有电磁固定机构，在作业时可以稳定固定在导轨上，卷扬机构通过四根缆线和张力控制模块能够稳定下放回收布放笼入水，极大程度的减小了装置作业时对养殖环境的影响，回收布放笼有若干个独立的回收域，在入口回收域装载机器人后，回收舱可旋转底座进行旋转，将空置回收域转至入口处进行下一水下机器人的回收，可实现多个水下机器人的回收操作，同时每个回收域配有两个限位装置，能够避免在装置在作业过程中水下机器人与回收布放笼间的磕碰，保护水下机器人；采用悬挂轨道，极大程度的减少了地面空间的占用，结构简单，实用性强。
附图说明
21.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
22.图1为本发明实施例提供的水产养殖水下机器人的收放装置结构示意图；
23.图2为本发明实施例提供的水产养殖水下机器人的收放装置侧视图；
24.图3为本发明实施例提供的第一限位装置、第二限位装置及旋转底座的局部放大
图；
25.图4为本发明实施例提供的回收布放笼剖视图；
26.图5为本发明实施例提供的水下机器人限位结构示意图；
27.图6为本发明实施例提供的水产养殖水下机器人的收放装置的使用方法流程框图。
具体实施方式
28.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
29.具体地，如图1至图4所示，本发明提供一种水产养殖水下机器人的收放装置，所述收放装置包括导轨1，用于移动装置3在导轨1上移动实现跨越不同水域到达目标作业地点，移动装置3的顶部设有两个电磁固定机构2，底部凹槽处固定有两组用于收放线缆的卷扬机构5，每组卷扬机构分别放出两条线缆，两组卷扬机构5共放出四条线缆，每条线缆分别与其下方回收布放笼9顶部的四个连接元件6相连接，回收布放笼9顶部还包括有一个动力机构7，所述回收布放笼9的内部为内部回收舱，内部回收舱包括隔板12、可旋转底座13和中央轴柱16，所述中央轴柱16贯穿可旋转底座13，向上与动力机构7相连接，向下嵌入转轴槽17中，所述可旋转底座13的四个方向上分别连接有将可旋转底座13分为四个区域的四块隔板12，由此可得回收舱的四个回收域，每个回收域包括两个限位装置，其中第一限位装置10位于每个回收域的隔板12上，第二限位装置11位于每个回收域所对应的旋转底座13上，回收布放笼9的侧面四分之一部分为非封闭状态，并且该四分之一部分顶部和底部分别设有一滑槽14，滑槽14向一侧延伸，其中嵌入一移动门板8，所述回收布放笼9的底部分别连接有四个固定缓冲机构15。
30.进一步地，所述导轨1两侧开有形状大小相同的凹槽，可供移动装置3顶部嵌入，凹槽底部平台为移动装置3的滑轮4行动路径，其外侧有一凸起结构，用于防止移动装置3的滑轮4脱轨，也可以防止移动装置3从导轨1掉落，增加装置安全性，同时为应对部分突发极端工作条件下移动装置3无法固定的情况，移动装置3的顶部还设有一电磁固定机构2，当移动装置滑轮4制动后，电磁固定机构2工作吸合住导轨1顶部平台，以防止回收布放装置作业时移动装置3产生不必要的位移以影响整个装置的作业效果。
31.进一步地，所述卷扬机构5上设有张力控制模块，所述张力控制模块对卷扬机构5下放线缆的张力进行检测，并对其控制使其保持线缆紧绷及控制下放线缆长度以维持回收布放笼9以水平姿态垂直下落。
32.进一步地，所述回收布放笼9的侧面和移动门板8均为网孔表面，网孔不限于圆孔、方孔、异形孔等，使得回收布放笼9为透水结构，另一方面也便于水下养殖生物离开回收布放笼，不被回收装置所携带。
33.如图6所示，本发明还提供一种水产养殖水下机器人的收放装置的使用方法，所述方法包括以下步骤：
34.s1：预备状态：移动装置通过定位系统，沿导轨驶向目标水域，轮滑制动后，电磁固
定机构运作并吸合在导轨上；
35.具体地，该水下机器人回收布放装置的移动装置3通过定位系统，获得水下机器人所在水域定位，然后沿导轨1驶向目标水域上方，确认到达目标水域后，移动装置上方滑轮4制动，同时电磁固定机构2运作，产生对导轨的吸附力，将移动装置稳固吸合在导轨上，防止在卷扬机构5或者回收布放笼9作业时发生晃动带动移动装置3并产生位移，保证回收过程的平稳。
36.s2：回收过程：卷扬机构下放线缆，当回收布放笼到达水域底部，卷扬机构停止运作，移动笼门将回收入口开放，水下机器人从入口进入布放回收笼，水下机器人头部锁孔和底部锁孔分别被第一限位装置和第二限位装置限位；
37.移动装置3的电磁固定机构2吸合后，移动装置3下方卷扬机构5开始运转，下放线缆，使得回收布放笼9依靠重力作用缓慢下入水中，期间卷扬机构5的张力控制模块不断监测线缆张力数值，并通过对比计算调整卷扬机构的下放速度，保证线缆处于紧绷状态，避免下放过程中的晃动，保证回收布放笼平稳垂直下落，并维持回收布放笼横向水平状态。
38.当回收布放笼下入水中后，卷扬机构继续运作，回收布放笼9底部的固定缓冲装置15沉底后，卷扬机构5的张力控制模块检测到线缆张力的变化，停止卷扬机构5，回收布放笼9在水域池底稳定后，其侧面移动笼门8沿滑槽逆时针滑动，将回收入口开放。
39.结合图3和图5所示，水下机器人驶入回收入口，向第一限位装置10方向前进，水下机器人持续前进当其头部锁扣21触碰到第一限位装置10的枢转限位杆1002时，水下机器人依靠自身动力持续朝第一限位装置10推进，枢转限位杆1002受到推力以与支撑杆1003的连接处为轴向隔板方向枢转，水下机器人头部锁扣21进入到第一限位装置10中空部分，枢转限位杆1002不再受到推力复位，最终水下机器人头部锁扣21与第一限位装置10相扣，完成水下机器人头部限位。
40.完成水下机器人头部限位后，水下机器人向下移动，其底部限位孔22对准第二限位装置11，当第二限位装置11头部进入水下机器人底部限位孔后，第二限位装置11的限位轴柱1002顺时针旋转180
°
，使得限位片1101与水下机器人底部限位孔遮蔽部分23重合，即完成水下机器人底部限位，至此水下机器人进入回收布放笼回收舱限位工作已完成。
41.回收舱将第二限位装置11未进行限位操作的回收区域定义为空置回收区域，当空置回收区域经过第二限位装置11限位操作后，便成为已占用回收区域，此时回收布放笼9顶部动力装置7带动中央轴柱16旋转，从而带动可旋转底座13旋转，使得回收布放笼内部回收舱发生自转，将已占用回收区域转离回收布放笼9入口，将空置回收区域转入回收布放笼9入口，且回收布放笼9入口处设有红外检测装置，用于确认空置回收区域是否对准回收布放笼9入口，当隔板12经过回收布放笼9入口处红外检测装置并对位成功时，动力装置7制动，旋转底座13固定，回收布放笼侧面移动门板8沿滑槽14顺时针滑动，将回收布放笼9入口覆盖。
42.s3：布放过程：卷扬机构下放线缆，当回收布放笼到达水域底部，卷扬机构停止运作，移动笼门沿滑槽移动，将布放入口开放，第二限位装置和第一限位装置依次解除水下机器人底部锁孔和头部锁孔的限位，水下机器人驶离布放回收笼；
43.移动装置3的电磁固定机构2吸合后，移动装置3下方卷扬机构5开始运转，下放线缆，使得回收布放笼9依靠重力作用缓慢下入水中，期间张力控制模块不断监测线缆张力数
值，并通过对比计算调整卷扬机构的下放速度，保证线缆处于紧绷状态，避免下放过程中的晃动，保证回收布放笼平稳垂直下落，并维持回收布放笼横向水平状态。
44.当回收布放笼下入水中后，卷扬机构5继续运作，回收布放笼9底部固定缓冲装置15沉底后，卷扬机构5的张力控制模块检测到线缆张力的变化，停止卷扬机构5，回收布放笼9在水域池底稳定后，其侧面移动笼门8沿滑槽14逆时针滑动，将布放入口开放。
45.结合图3和图5所示，第二限位装置11的限位轴柱1102逆时针旋转180
°
，使得限位片1101与水下机器人底部限位孔遮蔽部分23由重合状态分离，即解除水下机器人底部限位，第一限位装置10升降限位杆1001向上移动，解除对枢转限位杆1002的限制，水下机器人竖直向上移动，然后沿第一限位装置10反方向后退，水下机器人头部锁扣21拉动枢转限位杆1002以与支撑杆1003的连接处为轴向外枢转，直至头部锁扣21与枢转限位杆1002分离，枢转限位杆1002复位，升降限位杆1001复位，至此水下机器人限位完全解除，水下机器人驶离回收布放笼。当水下机器人驶离回收布放笼9，经过回收布放笼9入口处红外检测装置时，移动门板8沿滑槽14顺时针滑动，回收布放笼入口关闭。回收布放笼9顶部动力装置7带动中央轴柱16旋转，从而带动可旋转底座13旋转，使得回收布放笼9内部回收舱发生自转，将空置回收区域驶离回收布放笼9入口，将已占用回收区域驶入回收布放笼9入口，并通过回收布放笼9入口处的红外检测装置，来检测区域隔板是否到达入口边际，以确认已占用回收区域是否对准回收布放笼9入口，当红外线对位装置和回收舱隔板12处对位标记点对位成功时，动力装置7制动，旋转底座13固定。
46.s4：作业完成状态：卷扬机构回收缆线，回收布放笼向上移动离开水面，到达预设的安全高度后，卷扬机构停止运作，移动装置电磁固定机构解除对导轨的吸合驶离作业区域。
47.具体地，卷扬机构5开始回收缆线，回收布放笼9向上移动离开水面，到达预设的安全高度后，卷扬机构5停止运作，移动装置3电磁固定机构2解除对导轨1的吸合，并移动至下一目标水域进行相同回收或布放操作。
48.通过上述步骤，本发明提供实施例，通过移动装置在预设导轨上移动来实现布放回收装置跨越不同水域作业，同时轨道的防脱轨设计和移动装置的电磁固定机构设计能极大的保证在回收布放作业时的稳定性与安全性，回收布放笼的多回收区域设计和旋转回收舱设计能够高效稳定得地实现多个机器人的布放回收工作，很好的满足了水产养殖工厂化和设施化的要求。本发明具有以下优点：1、在预设轨迹上移动，不占用地面面积，经济性强；2、从装置的移动、缆线地回收与下放、到回收机器人都有固定或减震设计，极大程度的保证装置作业过程中的安全性，减缓装置运作对水产养殖的养殖环境产生影响；3、回收布放笼的内部的旋转设计和双重限位设计，能够保护水下机器人，减小设备之间的磨损，具有可持续性；4、回收布放装置能够存储多个水下机器人，便于机器人统一检修与回收，具有便携性。
49.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种水产养殖水下机器人的收放装置，其特征在于，所述装置包括导轨、移动装置、回收布放笼以及用于收放线缆的卷扬机构，所述移动装置设置在所述导轨上，所述移动装置通过卷扬机构收放线缆与所述回收布放笼相连，所述回收布放笼包括有移动门板、滑槽、连接元件、动力机构和内部回收舱，所述移动门板位于回收布放笼侧面，移动门板上下嵌入所述滑槽中，所述卷扬机构通过线缆与回收布放笼的连接元件相连接，所述连接元件和所述动力机构设于所述回收布放笼的顶部，所述回收布放笼的内部部分为所述内部回收舱。2.根据权利要求1所述的水产养殖水下机器人的收放装置，其特征在于，所述移动装置顶部开设有凹槽，所述凹槽内侧两边设有滑轮，所述滑轮用于所述移动装置沿导轨移动。3.根据权利要求1所述的水产养殖水下机器人的收放装置，其特征在于，所述移动装置顶部两侧分别设有电磁固定机构，所述电磁固定机构底部与移动装置相连，并且可以连接处为轴进行枢转动作，用于移动装置的固定。4.根据权利要求1所述的水产养殖水下机器人的收放装置，其特征在于，所述移动装置底部内侧两边对称设置有两组卷扬机构，一组卷扬机构配有两个线缆卷，可用于同时收放四根缆线，所述卷扬机构设有张力控制模块，用于检测和控制下放缆绳时的张力。5.根据权利要求1所述的水产养殖水下机器人的收放装置，其特征在于，所述回收布放笼为上下封闭，侧面四分之三封闭的圆柱体结构，所述滑槽设于侧面未封闭区域上下两端，并向侧面封闭区域延伸，所述移动门板嵌于所述滑槽中，用于控制回收布放笼入口的开放或封闭状态。6.根据权利要求1所述的水产养殖水下机器人的收放装置，其特征在于，所述内部回收舱包括一个旋转底座、四个隔板、中央轴柱以及转轴槽，所述隔板将所述可旋转底座分割成独立的四个回收域，所述内部回收舱的中央轴柱贯穿旋转底座并嵌入所述转轴槽中，以实现中央轴柱的限位及平滑旋转。7.根据权利要求6所述的水产养殖水下机器人的收放装置，其特征在于，所述隔板设有第一限位装置，所述旋转底座设有第二限位装置，所述第一限位装置用于水下机器人头部的限位固定，所述第二限位装置用于水下机器人底部的限位固定。8.根据权利要求7所述的水产养殖水下机器人的收放装置，其特征在于，所述第一限位装置包括升降限位杆、枢转限位杆和支撑杆，所述支撑杆固定于所述隔板上，用于连接所述枢转限位杆，枢转限位杆可以以连接处为轴进行向内或向外的枢转动作，并且在每次动作结束后都会复位至初始位置，所述升降限位杆设于所述隔板上，可沿所述隔板竖直方向移动。9.根据权利要求7所述的水产养殖水下机器人的收放装置，其特征在于，所述第二限位装置包括限位片和旋转轴柱，所述第二限位装置可从底部插入水下机器人底部限位口，通过旋转轴柱带动限位片进行旋转。10.一种水产养殖水下机器人的收放装置的使用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：预备状态：移动装置通过定位系统，沿导轨驶向目标水域，轮滑制动后，电磁固定机构运作并吸合在导轨上；回收过程：卷扬机构下放线缆，当回收布放笼到达水域底部，卷扬机构停止运作，移动笼门将回收入口开放，水下机器人从入口进入布放回收笼，水下机器人头部锁孔和底部锁
孔分别被第一限位装置和第二限位装置限位；布放过程：卷扬机构下放线缆，当回收布放笼到达水域底部，卷扬机构停止运作，移动笼门沿滑槽移动，将布放入口开放，第二限位装置和第一限位装置依次解除水下机器人底部锁孔和头部锁孔的限位，水下机器人驶离布放回收笼；作业完成状态：卷扬机构回收缆线，回收布放笼向上移动离开水面，到达预设的安全高度后，卷扬机构停止运作，移动装置电磁固定机构解除对导轨的吸合驶离作业区域。

技术总结
本发明提供一种水产养殖水下机器人的收放装置及其使用方法，所述装置包括导轨、移动装置、回收布放笼以及用于收放线缆的卷扬机构，所述移动装置设置在所述导轨上，所述移动装置通过卷扬机构收放线缆与所述回收布放笼相连，所述回收布放笼包括有移动门板、滑槽、连接元件、动力机构和内部回收舱，所述移动门板位于回收布放笼侧面，移动门板上下嵌入所述滑槽中，所述卷扬机构通过线缆与回收布放笼的连接元件相连接，所述连接元件和所述动力机构设于所述回收布放笼的顶部，所述回收布放笼的内部部分为所述内部回收舱。本发明水产养殖水下机器人的收放装置极大程度地减少了地面空间的占用，结构简单，实用性强。实用性强。实用性强。


技术研发人员：张铮 黄龙涛 鲁祥 杨泰泓
受保护的技术使用者：上海海洋大学
技术研发日：2023.01.16
技术公布日：2023/4/20