一种电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人及清洗方法技术

本发明专利技术涉及电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人及清洗方法；该机器人包括末端清洗机构、运动控制器和至少两条均匀分布在网箱本体上的柔性绳索并联支链，末端清洗机构位于网箱内，柔性绳索并联支链连接在网箱本体与末端清洗机构之间；每条柔性绳索并联支链包括固定在网箱本体上的绕线电动机以及驱动电缆，绕线电动机将驱动电缆连接到末端清洗机构上；所述运动控制器控制至少两条柔性绳索并联支链的协调配合运动，使末端清洗机构在网箱内进行水下三维运动。本发明专利技术采用并联驱动方式实现末端清洗机构的水下三维运动，末端清洗机构的多根驱动电缆相互约束，增加了水下稳定性，易于提高定位精度，能满足深海网箱的自动化清洗要求。

A parallel cable driven deep sea cage cleaning robot and cleaning method

The invention relates to a cable driven parallel robot and deep-sea cage cleaning cleaning method; the robot includes terminal cleaning mechanism, motion controller and at least two evenly distributed in the cage body flexible rope parallel branched, end cleaning mechanism is positioned in the cage, the flexible rope chain parallel connected between the cage body and the end of each flexible cleaning mechanism; the rope is fixed on the cage body parallel branch consists of the winding motor and drive cable, winding motor will drive the cable to the end of the cleaning mechanism; coordinated movement of the motion controller to control at least two flexible rope parallel chains. The end of the cleaning mechanism of underwater 3D motion in the cage. The invention adopts parallel end cleaning mechanism of water drive mode to realize the three-dimensional movement, a plurality of terminal cleaning mechanism driven by cable mutual constraints, increased water stability, easy to improve positioning accuracy and can satisfy the requirements of automatic cleaning of deep-sea cage.

【技术实现步骤摘要】
一种电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人及清洗方法
本专利技术涉及深海网箱清洗机构，特别是涉及一种采用电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人及清洗方法。
技术介绍
深海网箱清洗有两个关键环节，一个是末端清洗机构的设计，另一个是如何使末端清洗机构能运动遍历网箱的内部空间，实现灵活无死角清洗。目前采用的深海网箱清洗装置常常是单根电缆连接的垂钓式清洗装置，其运动依靠岸上的人或者船牵引电缆，绕网箱周长运动实现周长上的清洗作业；依靠电缆的上下伸缩实现网箱深度上的清洗作业；这种清洗方式是串联驱动方式，有如下几个缺点，一是需要在网箱周长上运动，能耗较高，在网箱上较难实现自动化，往往是靠人工操作；二是单根电缆在水下容易收到水流的影响，定位不准确，容易漏洗，若电缆较长，末端清洗机构难以实现实时跟随运动，其运动往往是较大的滞后于岸上运动，其灵活性受限。
技术实现思路
为了解决现有技术所存在的问题，本专利技术提供一种电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，采用并联驱动的方式实现末端清洗机构的水下三维运动，末端清洗机构的多根驱动电缆相互约束，增加了水下稳定性，易于提高定位精度，本专利技术能满足深海网箱的自动化清洗要求。本专利技术还提供一种电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人的清洗方法。本专利技术的深海网箱清洗机器人采用如下技术方案来实现：电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，包括末端清洗机构、运动控制器和至少两条均匀分布在网箱本体上的柔性绳索并联支链，末端清洗机构位于网箱内，柔性绳索并联支链连接在网箱本体与末端清洗机构之间；每条柔性绳索并联支链包括固定在网箱本体上的绕线电动机以及驱动电缆，绕线电动机将驱动电缆连接到末端清洗机构上；所述运动控制器控制至少两条柔性绳索并联支链的协调配合运动，使末端清洗机构在网箱内进行水下三维运动。优选地，所述柔性绳索并联支链设有四条，每条柔性绳索并联支链的绕线电动机将驱动电缆连接到末端清洗机构上的同一点或者不同的四个点，运动控制器控制四条柔性绳索并联支链的协调配合运动使末端清洗机构在网箱内进行三自由度或五自由度的水下三维运动。优选地，所述每条柔性绳索并联支链还包括固定在网箱本体上的导向轮，绕线电动机经导向轮将驱动电缆连接到末端清洗机构上。所述导向轮为U型或V型槽轮。优选地，所述网箱本体包括多个网箱浮筒，相邻两个网箱浮筒通过浮筒固定块连接，浮筒固定块上装有用于固定渔网上端的网箱栏杆，网箱浮筒上平铺与浮筒固定块连接的踏板；所述绕线电动机安装在踏板上，导向轮安装在网箱栏杆上。本专利技术的清洗方法基于上述深海网箱清洗机器人，末端清洗机构在网箱内进行三自由度的水下三维运动，包括如下步骤：第一步，将机器人各个绕线电动机进行复位，使末端清洗机构回到预设定的起始点，等待工作；第二步，对需要清洗的网箱部分进行路径规划，得到末端清洗机构在每个时刻行走路径的坐标组；第三步，对末端清洗机构的坐标组，采用公式(1)进行运动学逆解，得到四条柔性绳索并联支链中每根驱动电缆在每个时刻的长度组；其中，A1、A2、A3、A4分别定义为四个导向轮，L1＝|A1P|、L2＝|A2P|、L3＝|A3P|、L4＝|A4P|分别定义为四根驱动电缆的长度，将A1、A2、A3、A4在网箱底部上的投影分别定义为B1、B2、B3、B4，则网箱高度为|A1B1|＝|A2B2|＝|A3B3|＝|A4B4|＝H，将坐标原点O定义于网箱底部平面的几何中心，以B1B2方向为X轴正方形，B2B3方向为Y轴正方向，则末端清洗机构连接点P的坐标为P(xP，yP，zP)，四个导向轮的坐标为A1(xA1，yA1，H－zP)、A2(xA2，yA2，H－zP)、A3(xA3，yA3，H－zP)、A4(xA4，yA4，H－zP)；末端清洗机构连接点P的坐标在每个时刻均为已知量；第四步，运动控制器根据驱动电缆每个时刻的长度，同时驱动四个绕线电动机，使驱动电缆末端合成网箱清洗路径，末端清洗机构对网箱进行清洗作业。本专利技术相对于现有技术，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术与现有单根电缆牵引的网箱清洗器相比，多根电缆的互相制约与合成运动，能最大程度克服水流的影响，降低末端清洗机构的运动滞后，增加机构运动稳定性和可靠性，提高末端定位精度。2、本专利技术的驱动电缆具有双重功能，除了用于并联机器人实现末端清洗机构三维运动以外，还用于为末端清洗机构供电，也可为后续增加的末端传感器、摄像头等作为信号传输线，易于实现自动化作业。3、本专利技术的绕线电动机安装于网箱踏板上，不随末端清洗机构的运动而产生移动，不需要安装水上牵引机构(单根电缆牵引的现有网箱清洗器需要人为牵引、船只牵引或增加牵引运动机构)，降低了安装复杂性，降低了防水要求，提高了电机的使用寿命和安全性。4、本专利技术的末端清洗机构在四根驱动电缆的协调工作下，能实现半自动和全自动作业，使网箱清洗自动化成为可能。5、本专利技术的末端清洗机构与驱动电缆连接方式的不同，可实现3或5自由度运动，易于满足不同的作业需要。附图说明图1是电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人总体结构示意图，图2是末端三自由度连接方式建模示意图，图3是末端五自由度连接方式建模示意图，图1中示出：1—网箱浮筒，2—网箱踏板，3—浮筒固定块，4—网箱栏杆，5—绕线电动机，6—导向轮，7—驱动电缆，8—末端清洗机构。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术的实施不限于此。实施例概括而言，本实施例采用包含并联机构的机器人实现深海网箱清洗，并联机构是动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动；本专利技术中的网箱本体属于并联机构的定平台部分，四根驱动电缆属于运动链，而末端清洗机构属于动平台。本实施例针对目前最常见的HDPE深海网箱，采用绳索并联传动的方式，将绕线电动机安装于网箱四个角的踏板上，四根驱动电缆通过安装在网箱栏杆上的导向轮共同连接在末端清洗机构上，末端清洗机构通过自身重力(重力大于浮力的时候充当虚拟绳索)与驱动电缆拉力达到受力平衡，可使末端清洗机构实现三维水下运动(末端清洗机构与传动绳索连接方式的不同，可实现3或5自由度运动)；绕线电动机位于网箱踏板上，无需潜水工作，大大降低了驱动部分的防水性能要求与能源供给要求；而末端清洗机构采用并联传动方式，与常规无人遥控潜水器相比，多根驱动电缆的互相约束在一定程度上增加了水下稳定性，易于提高定位精度。若驱动电缆采用防水电缆，则可为末端清洗机构输送电源和传输信号，满足搭载各种传感器与水下作业设备的工作要求；本专利技术可满足深海网箱的自动清洗要求，实现自动化作业。如图1所示，具体来说，本实施电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，包括深海网箱本体与机器人部分。——深海网箱本体包括：HDPE(高密度聚乙烯)深海网箱浮筒1呈直线分布，每个浮筒长2000mm，直径为318mm，相邻两个网箱浮筒通过浮筒固定块3连接在一起。浮筒固定块3上装有网箱栏杆4，网箱栏杆采用黄色作为海上安全警示颜色，栏杆直径为105mm，长度与网箱浮筒一致，用于固定渔网上端。踏板2为栅格状，具有安装孔，通过绳索或安装管与浮筒固定块3连接，并平铺在网箱浮筒1上，每个2000mm长的浮筒可安装两片踏板，用于维护人员行走与设备安放，绕线电动机5也安装在踏板之上。HDPE深海网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，其特征在于，包括末端清洗机构、运动控制器和至少两条均匀分布在网箱本体上的柔性绳索并联支链，末端清洗机构位于网箱内，柔性绳索并联支链连接在网箱本体与末端清洗机构之间；每条柔性绳索并联支链包括固定在网箱本体上的绕线电动机以及驱动电缆，绕线电动机将驱动电缆连接到末端清洗机构上；所述运动控制器控制至少两条柔性绳索并联支链的协调配合运动，使末端清洗机构在网箱内进行水下三维运动。

【技术特征摘要】
1.一种电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，其特征在于，包括末端清洗机构、运动控制器和至少两条均匀分布在网箱本体上的柔性绳索并联支链，末端清洗机构位于网箱内，柔性绳索并联支链连接在网箱本体与末端清洗机构之间；每条柔性绳索并联支链包括固定在网箱本体上的绕线电动机以及驱动电缆，绕线电动机将驱动电缆连接到末端清洗机构上；所述运动控制器控制至少两条柔性绳索并联支链的协调配合运动，使末端清洗机构在网箱内进行水下三维运动。2.根据权利要求1所述的电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述柔性绳索并联支链设有四条，每条柔性绳索并联支链的绕线电动机将驱动电缆连接到末端清洗机构上的同一点或者不同的四个点，运动控制器控制四条柔性绳索并联支链的协调配合运动使末端清洗机构在网箱内进行三自由度或五自由度的水下三维运动。3.根据权利要求1或2所述的电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述每条柔性绳索并联支链还包括固定在网箱本体上的导向轮，绕线电动机经导向轮将驱动电缆连接到末端清洗机构上。4.根据权利要求3所述的电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述导向轮为U型或V型槽轮。5.根据权利要求3所述的电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述网箱本体包括多个网箱浮筒，相邻两个网箱浮筒通过浮筒固定块连接，浮筒固定块上装有用于固定渔网上端的网箱栏杆，网箱浮筒上平铺与浮筒固定块连接的踏板；所述绕线电动机安装在踏板上，导向轮安装在网箱栏杆上。6.根据权利要求5所述的电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述网箱本体呈方形，网箱浮筒呈直线形，所述绕线电动机、导向轮设置在网箱本体的四个角。7.根据权利要求5所述的电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，其特征在于，所述网箱浮筒呈圆弧形，多个网箱浮筒通过浮筒固定块首尾连接后组成圆形网箱本体，绕线电动机均匀分布于网箱本体的踏板上，导向轮均匀分布于网箱本体的栏杆上。8.根据权利要求2所述的电缆并联驱动的深海网箱清洗机器人，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫嘉嗣，闫国琦，倪小辉，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44