一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置

1.本发明属于海洋生态灾害防控领域，具体涉及一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置。


背景技术：

2.海月水母(aurelia spp.)是全球广泛分布的大型钵水母，成体伞径约10-30cm。近年来，海月水母在我国滨海火力发电厂、核电站及典型养殖区周边海域频繁暴发，严重损害我国海洋经济发展，威胁居民生活和近海生态安全。例如，近几年，大量海月水母聚集频繁堵塞核电站冷却水进水口，影响核电机组正常运转，导致累计经济损失达上亿元。海月水母也频繁大量出现在我国黄渤海沿岸海参等海产品养殖池塘，妨碍养殖产品生长，影响正常养殖生产活动。此外，由于水母与鱼类竞争桡足类饵料，甚至能捕食鱼卵和仔稚鱼，水母的频繁暴发可能会影响海洋生态系统结构和功能，导致以鱼类为主导的传统食物网结构转变为以水母为主导，从而威胁我国近海生态健康。因此，为有效保障我国海洋经济健康可持续发展，近海海月水母暴发防控亟待解决。
3.目前，我国遭受水母灾害威胁的企事业单位大多针对水母体通过捕捞和拦截的方式对水母暴发进行应急处置。虽然能控制水母暴发造成的危害，但这些处置方式存在治理水母暴发成本高、效率低、极端天气条件下实施困难的问题。另外，仅通过被动的应急处置无法提早降低受灾区水母暴发风险、抑制水母连年暴发问题。为解决上述问题，近年来国内外开始基于水母生活史生理生态学特点，期望通过聚焦于决定水母暴发的关键阶段水螅体时期来防控水母暴发以提升水母灾害应对能力。目前我国在这方面的研究相对较少。已有中国专利cn208318069u公开了一种超声波去除海水中水母的装置。装置包括处理反应器、波纹板、超声振板和超声装置；处理反应器内插有至少一个附着有水螅体的波纹板和超声振板，超声振板通过导线与超声装置连接。虽然研究发现该装置能够减少波纹板上水螅体数量，但是其只适合用于小型环境甚至实验环境，并不适合应用于生境复杂、多样化的区域，而且采用超声波对整个水域进行处理极有可能对其水生态健康造成严重的次生破坏。另外，中国专利cn106719666b公开了一种茶皂素在防控海月水母中的应用。该专利利用茶皂素对海月水母水螅体进行杀灭。虽然该方法对水螅体具有杀灭效果，但这种药物对海洋生物也存在致死效应。自然海区利用大量的茶皂素等药物消杀水螅体可能也会对该区域生态环境造成二次污染。
4.最近韩国开始通过潜水员携带高压水枪等方法水下清除海月水母水螅体来防控其暴发。该方法不但对海月水母暴发具有较好的防控效果，而且是一种环保的技术。因此，其展现出了广阔的应用前景和市场消费潜力，为海月水母暴发防控提供了新思路。然而，目前通过水下人工方法清除水螅体效率也较低，尤其海月水母水螅体大小不足1mm，其生存环境复杂、多样化(滨海浮动船坞、混凝土平台、海岸礁石及养殖池塘等)，潜水员施工辨别困难、效率低、无法长时间连续作业且危险性大，因此，为提高基于水螅体清除防控水母暴发的适用性和清除效率，推动其市场价值潜力和广泛应用，急需研发水螅体水下多场景适用
高效无人清除技术。针对水下固着生物的清洗，虽中国专利cn212605717u公开了一种吸附式水下清洗机器人。其采用空化射流清洗方式，机器人框架安装有螺旋桨推进器、空化射流喷头、链轮支撑架、摄像头、探照灯、浮力材，链轮支撑架上安装有步进电机、主动链轮、从动链轮、弹簧连接座、链条、履带。但该装置的水下运行是通过安装在履带上的永磁铁产生磁力吸附在基质表面。这就导致其应用对基质表面材质有特殊要求并且只能适合特定的作业场景。因此，亟待提高近海海月水母水螅体清除效率和应用普适性。


技术实现要素：

5.针对潜水员人工水下清除水母作业和现有机械水下清洗的缺点，本发明设计了一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，以求实现在清洗过程中能够实现清理装置的悬浮作业稳定，且动作方向可灵活掌控。
6.一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，包括机体、尾拖电缆、平衡动力系统、观察系统、空化射流水枪；其特征在于，所述尾拖电缆设置在机体底部；
7.所述平衡动力系统设置在机体中段；
8.所述观察系统和空化射流水枪设置在机体前端；
9.所述机体、尾拖电缆、平衡动力系统、观察系统、空化射流水枪之间进行电连接和信号连接。
10.优选地，还包括尾部固定翼；所述尾部固定翼均匀分布固定在机体后段外部。
11.优选地，所述尾部固定翼为x型设计。
12.优选地，所述平衡动力系统包括泵喷推进舵、舵转向电机；所述舵转向电机通过舵转向轴与泵喷推进舵连接。
13.优选地，所述泵喷推进舵设置在机体外部，所述舵转向电机设置在机体内部，所述舵转向轴穿过机体外壳，一端与舵转向电机相连，另一端与泵喷推进舵相连。
14.优选地，观察系统包括摄像头和照明灯；所述摄像头和照明灯设置在机体前端。
15.优选地，所述机体前端壳体为透明玻璃结构。
16.优选地，所述空化射流水枪和舵转向电机之间设置传动轴，用于控制空化射流水枪和泵喷推进舵保持同向。
17.优选地，所述空化射流水枪上还设置有电子阀门。
18.优选地，所述机体内部还设置有机载控制系统；所述机载控制系统分别和尾拖电缆、平衡动力系统、观察系统、空化射流水枪进行电连接和信号连接。
19.本技术的优点和效果如下：
20.1、本技术通过在空化射流水枪和舵转向电机之间设置传动轴，用于控制空化射流水枪和泵喷推进舵保持同向，此时，一旦空化射流水枪选定目标进行清理，此时泵喷推进舵打开，即可实现空化射流水枪的反冲力和泵喷推进舵力的抵消，进而实现本技术设计的装置稳定，极大的提高了近海海月水母水螅体清除效率和应用普适性。
21.2、本技术通过在机体后段外部均匀设置尾部固定翼，并使其形成x型设计，可以起到更好的稳定姿势作用。
22.3、本技术通过摄像头和照明灯形成观察系统，并通过信号的传输，进而实现拍摄画面的岸上观测，并结合空化射流水枪的电子阀门控制空化射流水枪，将尾拖电缆与现有
的水上控制系统进行连接，即可实现岸上操作最终实现岸上观察水下环境，岸上控制清除水母水螅体的技术效果，能够更快到达目的地进行清除作业。
23.4、本技术设计的空化射流水枪角度可调，能够适用于多种环境下不同角度的水母水螅体清理。
24.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
25.根据下文结合附图对本技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本技术的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术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，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
27.图1为本技术提供的一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置的基本设计主视图；
28.图2为本技术提供的一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置的内部结构图；
29.附图标记：1、机体；2、尾拖电缆；3、平衡动力系统；4、摄像头；5、空化射流水枪；6、尾部固定翼；7、泵喷推进舵；8、舵转向电机；9、舵转向轴；10、照明灯。
具体实施方式
30.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本技术的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本技术的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。
31.应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
32.此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
33.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存
在a，单独存在a和b两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
34.本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和b的至少一种，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
35.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
36.实施例1
37.本实施例主要介绍一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置的基础设计，具体请参考图1。
38.一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，包括机体1、尾拖电缆2、平衡动力系统3、观察系统、空化射流水枪5；其特征在于，所述尾拖电缆2设置在机体1底部；所述尾拖电缆包括电源线和电缆线，用于给机体供电和信号传输；所述尾拖电缆另一端与岸上的控制器连接，而通过控制器连接控制平衡动力系统、观察系统、空化射流水枪均属于现有技术，本技术不做具体论述。
39.所述平衡动力系统3设置在机体1中段；
40.所述观察系统和空化射流水枪5设置在机体1前端；
41.所述机体1、尾拖电缆2、平衡动力系统3、观察系统、空化射流水枪5之间进行电连接和信号连接，并通过尾拖电缆传输给岸上的控制器，此传输过程以及涉及的元器件为现有的设计，因此本技术不做具体论述。
42.进一步的，还包括尾部固定翼6；所述尾部固定翼6均匀分布固定在机体1后段外部。
43.进一步的，所述尾部固定翼6为x型设计。
44.进一步的，所述平衡动力系统3包括泵喷推进舵7、舵转向电机8；所述舵转向电机8通过舵转向轴9与泵喷推进舵7连接。
45.进一步的，所述泵喷推进舵7设置在机体1外部，所述舵转向电机8设置在机体1内部，所述舵转向轴9穿过机体1外壳，一端与舵转向电机8相连，另一端与泵喷推进舵7相连，具体设计请参考图2。通过控制器控制泵喷推进舵和舵转向电机运作属于现有技术，本技术不做具体论述。
46.进一步的，观察系统包括摄像头4和照明灯10；所述摄像头4和照明灯10设置在机体1前端。通过控制器控制摄像头4和照明灯运作以及摄像头信号与控制器之间的传输属于现有技术，本技术不做具体论述。
47.进一步的，所述机体1前端壳体为透明玻璃结构。
48.进一步的，所述空化射流水枪5和舵转向电机8之间设置传动轴，用于控制空化射流水枪5和泵喷推进舵7保持同向。
49.进一步的，所述空化射流水枪5上还设置有电子阀门；空化射流水枪输入端与空化射流制造端即空化射流主机连接属于现有技术，通过控制器控制空化射流水枪运作以及摄
像头信号与控制器之间的传输属于现有技术，本技术不做具体论述。
50.进一步的，所述机体1内部还设置有机载控制系统；所述机载控制系统分别和尾拖电缆2、平衡动力系统3、观察系统、空化射流水枪5进行电连接和信号连接。通过机载控制系统连接尾拖电缆2、平衡动力系统3、观察系统、空化射流水枪5，并将信号传输给岸上的控制端属于现有技术，本技术不做具体论述。
51.本技术通过在空化射流水枪和舵转向电机之间设置传动轴，用于控制空化射流水枪和泵喷推进舵保持同向，此时，一旦空化射流水枪选定目标进行清理，此时泵喷推进舵打开，即可实现空化射流水枪的反冲力和泵喷推进舵力的抵消，进而实现本技术设计的装置稳定。
52.本技术通过在机体后段外部均匀设置尾部固定翼，并使其形成x型设计，可以起到更好的稳定姿势作用。
53.本技术设计的空化射流水枪角度可调，能够适用于多种环境下不同角度的水母水螅体清理。
54.实施例2
55.基于上述实施例1，本实施例主要介绍一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置的运行原理，首先，关于本技术设计的水母水螅体清理装置，其内部的电连接和信号连接，属于现有技术，本技术中不做具体论述。首先，本技术通过在机体尾部设置尾部固定翼，主要是为了稳定机体的水下平衡，其次，本技术设置的尾拖电缆主要是现有的电缆和电源线，主要是为了给本技术设计的水母水螅体的装置进行供电和信号传输，便于现有的控制器控制其在水下的移动运动以及空化射流水枪打开和关闭清洗。本技术通过摄像头和照明灯形成观察系统，并通过信号的传输，进而实现拍摄画面的岸上观测，并结合空化射流水枪的电子阀门控制空化射流水枪，将尾拖电缆与现有的水上控制系统进行连接，即可实现岸上操作最终实现岸上观察水下环境，岸上控制清除水母水螅体的技术效果，能够更快到达目的地进行清除作业。
56.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，其并非因此限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，包括机体(1)、尾拖电缆(2)、平衡动力系统(3)、观察系统、空化射流水枪(5)；其特征在于，所述尾拖电缆(2)设置在机体(1)底部；所述平衡动力系统(3)设置在机体(1)中段；所述观察系统和空化射流水枪(5)设置在机体(1)前端；所述机体(1)、尾拖电缆(2)、平衡动力系统(3)、观察系统、空化射流水枪(5)之间进行电连接和信号连接。2.根据权利要求1所述的一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，其特征在于，还包括尾部固定翼(6)；所述尾部固定翼(6)均匀分布固定在机体(1)后段外部。3.根据权利要求2所述的一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，其特征在于，所述尾部固定翼(6)为x型设计。4.根据权利要求1或2任一项所述的一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，其特征在于，所述平衡动力系统(3)包括泵喷推进舵(7)、舵转向电机(8)；所述舵转向电机(8)通过舵转向轴(9)与泵喷推进舵(7)连接。5.根据权利要求4所述的一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，其特征在于，所述泵喷推进舵(7)设置在机体(1)外部，所述舵转向电机(8)设置在机体(1)内部，所述舵转向轴(9)穿过机体(1)外壳，一端与舵转向电机(8)相连，另一端与泵喷推进舵(7)相连。6.根据权利要求1或2任一项所述的一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，其特征在于，观察系统包括摄像头(4)和照明灯(10)；所述摄像头(4)和照明灯(10)设置在机体(1)前端。7.根据权利要求1或2任一项所述的一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，其特征在于，所述机体(1)前端壳体为透明玻璃结构。8.根据权利要求4所述的一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，其特征在于，所述空化射流水枪(5)和舵转向电机(8)之间设置传动轴，用于控制空化射流水枪(5)和泵喷推进舵(7)保持同向。9.根据权利要求1或2任一项所述的一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，其特征在于，所述空化射流水枪(5)上还设置有电子阀门。10.根据权利要求1或2任一项所述的一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，其特征在于，所述机体(1)内部还设置有机载控制系统；所述机载控制系统分别和尾拖电缆(2)、平衡动力系统(3)、观察系统、空化射流水枪(5)进行电连接和信号连接。

技术总结
本实用新型属于海洋生态灾害防控领域，具体设计了一种水下无人清除海月水母水螅体的悬浮式装置，包括机体、尾拖电缆、平衡动力系统、观察系统、空化射流水枪；所述尾拖电缆设置在机体底部，所述平衡动力系统设置在机体中段，所述观察系统和空化射流水枪设置在机体前端，所述机体、尾拖电缆、平衡动力系统、观察系统、空化射流水枪之间进行电连接和信号连接；本申请通过在空化射流水枪和舵转向电机之间设置传动轴，用于控制空化射流水枪和泵喷推进舵保持同向，此时，一旦空化射流水枪选定目标进行清理，此时泵喷推进舵打开，即可实现空化射流水枪的反冲力和泵喷推进舵力的抵消，进而实现本申请设计的装置稳定。实现本申请设计的装置稳定。实现本申请设计的装置稳定。


技术研发人员：冯颂 林佳宁 邢飞飞 朱茂童
受保护的技术使用者：中国科学院海洋研究所
技术研发日：2022.10.26
技术公布日：2023/3/21