一种用于海产捕捞的水下机器人的制作方法

本发明涉及水下机器人，具体为一种用于海产捕捞的水下机器人。

背景技术：

21世纪以来随着我国居民的生活水平逐渐提高，对水产品的需求逐步上升，使得自然资源量消耗也逐年增大，海洋渔业是水产品的增质增产的主要途径，深海养殖模式逐渐成为全球渔业的一个发展趋势。海洋养殖在我国渔业领域中逐渐占领重要的地位，大力发展海洋渔业与配套装备是发展需要也是我渔业的必要性战略选择。

在多种深海养殖方式中，网箱养殖具有众多优势，比如资金收益快，养殖周期短、便于管理、方便捕捞、适应能力强而且网箱养殖的方式更加便于推广，从而得到了广大渔民的认可。然而，海上养殖的状态监测难度也因养殖网箱离岸距离和距水面深度的增加而增加。若网框布置的水深水域状况不符合养殖目标海产生物的最适宜生存环境就会使得海产网框养殖的经济效益大大降低。因此对网框养殖智能化的研究有重要意义。

海洋设施渔业发展的一个大趋势就是深海网箱养殖，国外的网箱养殖已有多年历史，它所带来的高效率、高收益而受到渔民的青睐，至今已形成养殖系列化、规模化，部分国家的网箱养殖已取代捕捞而成为水产业的主要支柱。目前，还有许多海产网框养殖仍采用传统的人工观测或者有的大面积水域网框养殖采用无人机监测，但对于深海网框养殖，其监测的难度相比于浅海或水面网框养殖要大很多。

海洋开放性养殖新技术能够很大程度上解决这些问题。开放性海水养殖是一个新兴的概念，是指利用潜水笼进行深海养殖,最大限度地减少对周围海洋环境的影响。开放性海水养殖很大程度上类似于陆地上的自由放牧模式，“放牧”地点更加灵活，可以选择那些有适宜洋流，或者海水条件温和的区域进行海产养殖。具体来说，开放性海水养殖采取生态系统水平的海水养殖技术来解决传统海产养殖面临的种种问题。

现有的海洋抓捕的机器人往往存在以下缺点：深海网框监测水深较浅，范围较，对海产进行抓取时会损坏海产，工作范围小，工作效率低，无法实时反馈水下情况。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种能够在水下完成复杂运动、快速高效的用于海产捕捞的水下机器人。

技术方案：本发明所述的一种用于海产捕捞的水下机器人，包括船体、捕获装置、驱动装置和监测装置，驱动装置与船体相连，监测装置设置在船体上，捕获装置包括舵机架一、舵机一、电机架、减速电机、轴系、铰链和正十二面体捕获器，舵机一通过舵机架一与船体相连，电机架分别与舵机一、减速电机相连，减速电机通过轴系与正十二面体捕获器相连，正十二面体捕获器上设置铰链，可完成海产生物的抓取，在一定范围内实现转动和收缩等基本动作。

进一步地，正十二面体捕获器包括底板和柔性爪，底板与柔性爪相连，柔性爪通过铜柱与铰链相连。柔性爪包括第一围板、第二围板和第三围板，第一围板与底板相连，第二围板分别与第一围板、第三围板相连。第一围板、第二围板均为正五边形。第三围板为正三角形。捕获装置还包括转动盘。在底板下方的转动盘和减速电机、底板和铰链，减速电机转动带动转动盘转动，转动盘上的铰链连接处和柔性爪上的铜柱相对位置发生变化，带动铰链运动，正十二面体捕获器外部铰链运动产生拉压作用使得柔性爪张开或闭合。

进一步地，船体包括型舱、平台、密封舱和圆管卡扣，平台位于型舱两侧，并通过型舱连接成一个整体，密封舱通过圆管卡扣与型舱相连。

进一步地，驱动装置包括导管螺旋桨、无轴推进器、固定舵、转动舵、舵机二、舵机架二和陀螺仪，导管螺旋桨与平台垂直设置，无轴推进器设置在船体的中剖面上，固定舵、舵机二设置在船体尾部，转动舵与舵机二相连，陀螺仪设置在船体内。舵机二通过舵机架二与船体尾部相连。驱动装置可以使水下机器人完成升沉、进退、转艏、横移、横滚、回转等运动姿态，且在运动姿态有偏差时可以自动使运动姿态回正。

进一步地，监测装置包括水深传感器、水温传感器、ph传感器、浊度传感器、水下高清摄像头和水下探照灯，通过信号传输线连接在密封舱上的连接孔内，能够在抓取海产生物使，实时对海产生物的生存环境参数进行读取，反馈到上位机界面。

进一步地，监测装置、驱动装置均与控制器相连，水下机器人的监测装置、驱动装置与陆上的控制器之间通过脐带缆连接实现通信以及监测数控的实时传输。

工作原理：水下机器人到达指定工作海域后，会逐步在不同深度进行定深监测，若此深度有目标海产生物，位于水下机器人船体部分艏部下端的正十二面体捕获器会对目标海产生物进行抓取，同时位于本水下机器人船体上的水深传感器、水温传感器、ph传感器、浊度传感器读取该海产生物的环境参数，接着经过数据分析系统进行分析之后，通过数据传输系统以电缆为载体将所得到的到相关信息在本水下机器人的上位机界面进行显示，并将所得的信息保存到相应的云盘中。相应的研究人员对上位机界面是显示的图片、视频及传感器读出来的一系列参数进行总结处理，总结出不同深度适合养殖的海产及养殖方式。若水下机器人到达目标深度后没有捕捉识别到相应的海产生物，控制器会控制水下机器人继续下潜到一定深度，对该深度海域的海产生物及其生存环境进行监测作业。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

1、设计一种可在最大水深300米以内进行工作的整体式水下机器人，相比于框架式水下机器人具有良好的水动力性能，且其主体结构搭载有无轴推进器，可在水下完成升沉、进退、转艏、横移、横滚、回转等运动姿态，兼顾快速性与操纵性，从而可以快速、高效的完成工作，提高水下监测、水下抓取、捕捞等作业的工作效率；

2、设置正十二面体捕获器，在捕获器底板下方的设置的转动盘和减速电机、底板和铰链，减速电机转动带动转动盘转动，转动盘上的铰链连接处和柔性爪上的铜柱相对位置发生变化，带动铰链运动，正十二面体捕获器外部铰链运动产生拉压作用使得柔性爪张开或闭合，捕获器在闭合状态时形成完整封闭的正十二面体，可以完好无损的抓取目标海产生物，且在返程过程中不会出现掉落的情况，具有较好的实用价值；

3、设置监测装置，可在抓取同时对抓取海产生存水域进行监测，并将测得数据实时反馈到陆上控制箱的显示界面，可有利于研究人员以及海产养殖者对海产生存所最适宜的环境参数进行分析总结，从而提高深海网框养殖的经济效益；

4、无需人为潜水去捕捞、采样等，有利于降低劳动强度和使用成本，能够提高作业安全性，实现智能化海产捕捞及海产水域环境监测的目标。

附图说明

图1是本发明的侧视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的仰视图；

图4是本发明的剖视图；

图5是本发明的主视图；

图6是本发明的后视图；

图7是本发明正十二面体捕获器27的张开状态后视图；

图8是本发明正十二面体捕获器27的张开状态主视图；

图9是本发明正十二面体捕获器27的闭合状态主视图；

图10是本发明正十二面体捕获器27的闭合状态后视图；。

具体实施方式

如图1～6，一种用于海产捕捞的水下机器人由陆上控制器和水下集成系统组成，控制器的控制程序为现有技术，水下集成系统包括船体1、捕获装置2、驱动装置3和监测装置4，水下机器人集成系统与陆上控制器之间通过脐带缆连接实现通信以及监测数控的实时传输。捕获装置2位于水下机器人艏部下端，捕获装置2负责海产生物的抓取任务，可以完好无损的抓取海产生物，在返回水面过程中不会掉落，可在一定范围内实现转动和收缩等基本动作，可抓取更多位置的海产生物。监测装置4布置于水下机器人的船体1部分，可以在抓取海产生物的同时，实时对海产生物生存环境参数进行读取，反馈在上位机界面，便于研究人员以及海产养殖者对海产生存所最适宜的环境参数进行分析总结，从而提高深海网框养殖的经济效益。

船体1是左右对称结构，船体1包括型舱11、平台、密封舱13和圆管卡扣14，平台位于圆柱形的型舱11两侧，通过型舱11连接成一个整体结构。密封舱13通过圆管卡扣14固定于型舱11的正中部位。

捕获装置2包括舵机架一21、舵机一22、电机架23、减速电机24、轴系25、铰链26和正十二面体捕获器27，正十二面体捕获器27通过舵机架一21连接于水下机器人的船体1艏部下侧，舵机一22固定于舵机架一21上，且舵机一22连着电机架23一，防水的减速电机24通过轴系25与正十二面体捕获器27相连，且固定于电机架23一中。

驱动装置3包括导管螺旋桨31、无轴推进器32、固定舵33、转动舵34、舵机二35、舵机架二36和陀螺仪37。导管螺旋桨31在船体1两侧的平台上垂直布置，无轴推进器32在平台周围与船体1的中横剖面呈45度角布置。固定舵33位于船体1尾部上方顺着尾部型线布置，转动舵34连接于防水的舵机二35，且防水的舵机二35通过舵机架二36固定于船体1尾部内侧。陀螺仪37在船体1内部正中位置，通过连接线连接在密封舱13上的连接孔内。驱动装置3可以使水下机器人完成升沉、进退、转艏、横移、横滚、回转等运动姿态且在运动姿态有偏差时可以自动使运动姿态回正。

监测装置4包括水深传感器41、水温传感器42、ph传感器43、浊度传感器44、水下高清摄像头45和水下探照灯46，水下探照灯46位于平台前端，水下高清摄像头45位于船体1艏部正中位置，水深传感器41、水温传感器42、ph传感器43、浊度传感器44在水下机器人的船体1内部的密封舱13四周布置，且通过信号传输线连接在密封舱13上的连接孔内，能够在抓取海产生物使，实时对海产生物的生存环境参数进行读取，反馈到上位机界面。

如图7～10，捕获装置2的正十二面体捕获器27包括一个底板271和五个柔性爪，底板271与柔性爪相连，捕获装置2还包括铜柱28和转动盘29，柔性爪通过铜柱28与铰链26相连。每个柔性爪包括第一围板272、第二围板和第三围板274，第一围板272、第二围板和第三围板274的中心均设有铜柱28，第一围板272与底板271通过铰链26、铜柱28铰接，第二围板分别与第一围板272、第三围板274通过铰链26、铜柱28铰接。第一围板272、第二围板均为正五边形，第三围板274为正三角形。在捕获器底板271下方的设置的转动盘29和减速电机24、底板271、和铰链26连接，减速电机24转动带动转动盘29转动，转动盘29上的铰链连接处和柔性爪上的铜柱28相对位置发生变化，带动铰链26运动，正十二面体捕获器27外部铰链26运动产生拉压作用使得柔性爪张开或闭合，当正十二面体捕获器27处于闭合状态时，正三角形的第三围板274拼合在一起，形成完全封闭的正十二面体结构。

水下机器人到达指定工作海域后，会逐步在不同深度进行定深监测，若此深度有目标海产生物，位于水下机器人船体1部分艏部下端的正十二面体捕获器27会对目标海产生物进行抓取，同时位于本水下机器人船体1上的水深传感器41、水温传感器42、ph传感器43、浊度传感器44读取该海产生物的环境参数，接着经过数据分析系统进行分析之后，通过数据传输系统以电缆为载体将所得到的到相关信息在本水下机器人的上位机界面进行显示，并将所得的信息保存到相应的云盘中。相应的研究人员对上位机界面是显示的图片、视频及传感器读出来的一系列参数进行总结处理，总结出不同深度适合养殖的海产及养殖方式。若水下机器人到达目标深度后没有捕捉识别到相应的海产生物，控制器会控制水下机器人继续下潜到一定深度，对该深度海域的海产生物及其生存环境进行监测作业。