一种深海渔场网箱水下清洗机器人

摘要

本发明属于水下作业工具领域，公开了一种深海渔场网箱水下清洗机器人，包括主体框架及安装在该主体框架上的推进装置、控制与配电装置、清洗装置及行走装置；推进装置通过在不同的位置和角度布置螺旋桨实现机器人的运动控制；机器人的控制及配电装置由两个水密耐压舱构成，能够实现对动力装置、清洗装置的控制与能源供应；机器人的清洗装置为清洗盘，用于清洗渔网；清洗盘的工作面与机器人整体的最低平面之间设有一安全距离，该安全距离以避免渔网干扰为最低限制；行走装置包括行走轮。本发明单位时间内作业面积大，可以对深海渔场不同部位的渔网进行清洗，工作高效而稳定。

说明书

技术领域

本发明属于水下作业工具领域，更具体地，涉及一种深海渔场网箱水下清洗机器人。

背景技术

随着海洋资源开发的深入及技术的进步，大规模建造、使用深海养殖渔场成为可能，它的投用推动渔业养殖区域向外海大范围推进，对维护国家海洋权益、拓展深远海养殖产业发展空间具有里程碑意义。深海清洗机器人则是深海养殖渔场的重要保障性装备，在深海养殖渔场的应用与维护中发挥重要作用。深海网箱的网衣在海水中经长时间浸泡后，大量的藻类、贝类等附着型生物附在网衣上，导致网眼堵塞，使海水的滤过性降低，不利于鱼体生长。现阶段，我国的深海网箱养殖业配套设备研发相对滞后，缺少相应的自动化清洗设备。国内采用的清洗方法有：人工清洗法、生物清洗法、机械清洗法、药物清洗法和微生物膜法等。这些方法均存在清洗效果差、效率低、对网衣损伤大等缺点。

国内对渔网进行水下清洗的机器人研发及应用还处在起步阶段，往往存在有无法对面积大且外形复杂的渔网进行清洗、对清洗效果监控不及时等不足。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种深海渔场网箱水下清洗机器人，用于稳定、高效地清除渔网附着物(如海藻等)。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种深海渔场网箱水下清洗机器人，包括主体框架及安装在该主体框架上的推进装置、控制与配电装置、清洗装置及行走装置；

所述推进装置包括旋转轴两两垂直布置且相互独立驱动的前后运动螺旋桨、上下运动螺旋桨和横移螺旋桨；

清洗装置包括清洗盘；清洗盘的工作面与机器人整体的最低平面之间设有一安全距离，该安全距离以避免渔网干扰为最低限制；

行走装置包括行走轮；上下运动螺旋桨用于带动机器人上下运动以及在机器人进行清洗工作时提供使行走轮紧贴待清洁面的压力；

所述控制与配电装置包括控制器和配电模组，分别置于水密的控制耐压仓和配电耐压仓中；控制器连接前后运动螺旋桨、上下运动螺旋桨、横移螺旋桨三者的驱动器，以及清洗装置；配电模组用于向各个用电部件供电。

进一步地，包括两个前后运动螺旋桨、三个上下运动螺旋桨和一个横移螺旋桨，均各自连接一个水下电机进行独立驱动；两个前后运动螺旋桨左右对称分布且位于主体框架前部；三个上下运动螺旋桨呈等腰三角形分布，该等腰三角形底角上的两个上下运动螺旋桨左右对称分布于主体框架前部，且与前后运动螺旋桨错位布置，另一个上下运动螺旋桨位于主体框架后部；横移螺旋桨位于主体框架中部。

进一步地，所述清洗盘包括三个空化射流清洗盘，呈三角形分布安装于主体框架底部。

进一步地，所述行走轮为无动力行走轮，四个无动力行走轮对称安装于主体框架左右两侧。

进一步地，主体框架上还搭载有水下摄影机。

进一步地，控制耐压仓中搭载有惯导模块，水下运动的导航方式采用水下摄影机的图像加惯性导航的复合导航方式。

进一步地，控制器通过水下电缆与外部母船上的遥控器连接。

进一步地，所述主体框架由密封空心管制成，控制耐压仓和配电耐压仓均为密封空心构造。

进一步地，还包括重心调整装置，所述重心调整装置包括至少一个配重块，以及预先设置在主体框架上用于安装固定配重块的至少两个配重安装位。

进一步地，所述配重安装位的布设位置配置如下：

其中一个配重安装位设于主体框架上部后端，当仅在主体框架上部后端的配重安装位安装配重块时，机器人在自身重力及所受浮力作用下处于竖直状态，此时机器人整体的重心与浮心在竖直方向上共线且重心位于浮心下方；

剩余配重安装位设于主体框架下部，当仅在主体框架下部的配重安装位安装配重块时，机器人在自身重力及所受浮力作用下处于水平状态，此时机器人整体的重心与浮心在竖直方向上共线且重心位于浮心下方。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明通过三组沿不同方向两两垂直布置的螺旋桨实现机器人在三个方向上的运动，从而能够针对大面积渔网进行扫描式清洗；上下运动螺旋桨兼具上下运动以及提供行走轮附着力的功能，即使90°的竖直壁面依然能够稳定附着和清洗，并且，清洗盘预留的安全距离可以避免清洗过程中水流冲刷带起的渔网导致的对机器人移动的干扰，因此本发明还适用于各种外形复杂的网箱及渔网。

2)通过左右对称分布的两个前后运动螺旋桨的正反转实现前进和后退，驱动力的输出更为稳定；通过呈等腰三角形布置的三个上下运动螺旋桨的正反转实现上升和下降，一方面在机器人移动过程中运动更稳定，另一方面在机器人工作过程中作用力分布更均匀，使得机器人在螺旋桨压力作用下更稳定地吸附在待清洁面上。

3)三个空化射流清洗盘呈三角形分布安装，一方面能够提升清洁面积，另一方面由于三角形分布必然存在前后之分，一次移动可以实现多次清洁的效果，因此清洁效率更高。

4)由于本发明采用三组螺旋桨进行驱动，使用无动力行走轮可以简化结构、节约设计空间；直接利用无动力行走轮的支撑使得清洗盘的工作面离开待清洁面一段距离，使得根据不同的使用场景仅需设计无动力行走轮的直径或安装高度即可达到改变所需安全距离的目的，而机器人的主体构造无需改变，大大提升了机器人适应不同工作环境的能力，降低设计、制造难度。

5)配备水下摄影机能够方便工作人员远程监控及观察清洁效果。

6)采用水下摄影机的图像加惯性导航的复合导航方式，使操作人员能够实时掌握机器人位置、工作状态等情况。

7)控制器通过水下电缆与外部母船上的遥控器连接，信号传输质量高，遥控稳定性更好。

8)本发明采用空心管材制成的框架结构，无需另外配置浮力材料。由框架提供大部分浮力，节省浮力材，提供了较大的空间结构。而且框架可以由铝合金制成，材料及工艺都属于成熟技术，取材、制造都极为方便。

9)本发明在框架内预留有重心调整机构，通过安装配重块、调整配重块数量及位置的方式，使得机器人能根据不同配重引起的重心位置变化，保持相应的俯仰角下的稳定运动。

10)设定水平状态下重心与浮心的位置条件和竖直状态下重心与浮心的位置条件，并据此设置配重安装位和配重块，能够确保机器人在水平状态下和竖直状态下都能保持相应的稳定运动，进一步提高清洗工作的稳定性，对于90°渔网侧网的清洗亦能稳定胜任。

附图说明

图1是本发明优选实施例的俯视结构布置示意图；

图2是本发明优选实施例的仰视结构布置示意图；

图3、图4是本发明优选实施例的配重块的安装位置示意图；

图5、图6是本发明优选实施例的摄影机安装位置示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-前后运动螺旋桨，2-上下运动螺旋桨，3-横移螺旋桨，4-行走轮，5-控制耐压仓，6-配电耐压仓，7-清洗盘，8-配重安装位，9-配重安装管，10-水下摄影机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图2，为本发明的优选实施例所提供的一种水下清洗机器人，包括主体框架，以及安装在主体框架上的推进装置、控制与配电装置、清洗装置及行走装置。

所述推进装置的电源由外部接入水密的配电耐压舱6中，再由舱内的供电电路控制模块分配获得，通过控制与配电装置调节推进装置的驱动力及正反转模式，从而控制调整机器人工作姿态及运动路线。

所述推进装置的布置如附图1，分别的作用为：两个前后运动螺旋桨1用于提供机器人前后运动的动力；三个上下运动螺旋桨2用于为机器人提供垂直方向的动力，以及在工作时提供使机器人吸附在待清洁面上的压力；横移螺旋桨3用于提供机器人做横向运动的动力。螺旋桨1、螺旋桨2与螺旋桨3、螺旋桨4呈对称放置与机器人的尾部；螺旋桨5放置于机器人的中心位置；螺旋桨6放置于机器人的前端。

在本实施例中，两个前后运动螺旋桨1、三个上下运动螺旋桨2和一个横移螺旋桨3，均各自连接一个水下电机进行独立驱动；水下电机通过水下线缆与水密的控制耐压仓5中的控制器连接。两个前后运动螺旋桨1左右对称分布且位于主体框架前部；三个上下运动螺旋桨2呈等腰三角形分布，该等腰三角形底角上的两个上下运动螺旋桨2左右对称分布于主体框架前部，且与前后运动螺旋桨1错位布置，另一个上下运动螺旋桨2位于主体框架后部；横移螺旋桨3位于主体框架中部。

所述行走装置的布置如图1，四个无动力行走轮于框架两侧对称布置，使机器人更好的吸附在渔网上，并进行直线移动。

所述控制与配电装置如附图1，由两个水密耐压舱(即控制耐压仓5和配电耐压仓6)及其内部控制器和配电电力路构成。水密耐压舱放置于主体框架的横架上，左侧耐压舱为控制耐压舱5，右侧耐压舱为配电耐压舱6。

优选地，本实施例还提供了重心调整装置，如图3所示，由主体框架上的配重块安装位8以及4块配重块(未图示)组成。配重块安装位置与要求工作状态有关，当清洗底部渔网时，配重块安装于机器人底部两侧的配重块安装位8内，一个槽内安装一个配重块，配重后的机器人整体的重心和浮心刚好在竖直方向上共线且重心位于浮心下方，从而保持稳定的水平姿势进行工作。优选地，配重块有与配重安装位的开槽槽相适配的槽位，方便配重块安装与拆卸。以90°侧网清洗为例，当清洗侧网时，4块配重块全部安装于主体框架顶部的配重安装管9内预设的配重安装位8中，配重后的机器人俯仰角为90赌，且整体的重心和浮心刚好在竖直方向上共线且重心位于浮心下方，从而保持稳定的俯仰角进行工作，适用于大型深海渔场的渔网清洗。其单位时间作业面积大，可以通过快捷调整重心以清洗侧网，对深海渔场不同部位的渔网进行清洗，采用图像加惯性的复合导航方式，能对自身以及周围的态势进行准确的把握，工作高效而稳定。

本实施例的工作过程如下：

清洗底网时，安装好配重块，将机器人放入水中，启动三组螺旋桨使机器人运动至指定的起始位置。然后，关闭横移螺旋桨，由上下运动螺旋桨提供下压力使机器人吸附在网箱底面，启动清洗盘，由前后运动螺旋桨驱动机器人前进完成一条直线路径的清洗，关闭前后运动螺旋桨。接着，反转上下运动螺旋桨使机器人上升一小段距离，启动横移螺旋桨使机器人平移到下一条清洗路径上，再正转上下运动螺旋桨提供下压力使机器人吸附在网箱底面，由前后运动螺旋桨驱动机器人完成下一条直线路径的清洗。如此往复，实现整个底网的清洗。

清洗侧网时，取出机器人，重新配置配重块至主体框架顶部后方再重新将机器人放入水中，使机器人在水中树立，清洗盘的工作面朝向侧网。侧网清洗过程与清洗底网相似。

在本发明的上述配重构思的基础上，具体的配重位置及配重块重量可以在机器人的其余结构设计定型之后，直接通过仿真实验获得，由于仿真实验是本领域技术人员的基础技能，故此不再赘述。此外，对于水下作业机器人，水密措施亦属于基本要求和常识性知识，各种水下作业零部件例如水下电缆、水下电机、水下摄像机等也可按照实际设计所需规格直接购买市售成熟产品，惯导模块亦可直接购买市售成熟产品，亦不赘述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。