网衣机器人的研制

2024年11月，2023级硕士研究生夏友长在厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院航空航天大楼275会议室分享了题为“网衣机器人的研制”的研究报告。

图   1   硕士研究生夏友长汇报研究进展

近年来，海水网箱是中国主要的海水养殖方式之一。养殖网笼长期浸泡在水中、养殖生物的代谢产物和未经消化饵料等的分解,极易造成藻类、 贝类等生物附着。附着生物不仅消耗养殖生物的养分和溶解氧,而且会堵塞网笼,造成水  体交换不畅、溶氧降低,严重影响养殖生物的生长。此外,附着物的滋生还会增加养殖网  笼的负荷,对养殖设施的安全性造成很大影响

目前存在的几种对网衣表面附着物的清理办法主要有人工清洗，生物清洗，以及机械清洗。人工清洗主要是工作人员利用毛刷，高压水枪对网衣的表面进行附着物的清理，对于大面积的网箱来说，人力的劳动强度非常的大。生物清理通过在网箱中养殖一些喜食、易食藻类或低等无脊椎动物的鱼类，从生物防治的角度来解决污损生物。第三种方式是采用机械清洗，利用清洗转盘，高压水枪，空话射流等一些技术，通过设计的驱动单元带动这些执行器进行清理工作。目前我们对于网箱的清理方式是通过化学防污的方式，在网箱下水之前，采用机器人将化学防污的涂料涂覆在网衣的表面，达到防止生物附着的一个效果。

图   2   网衣机器人模型图

我们设计的网衣机器人的运动机构主要分为两大部分，首先一个是XY方向的移动，通过两个步进电机实现机器人整体的上下与左右的运动，传动部分采用的是一个滚珠丝杆配合线性导轨的使用，滚珠丝杆的优点在于精度高，承受的载荷以及扭矩大，线性导轨的摩擦比较小。钩爪部分采用的是一个转动的自由度，通过舵机控制摇杆的摆动，结合双摇杆机构，实现钩爪对网衣的一个抓附以及脱离的动作。

硬件系统主要有主控模块，通讯模块，传感模块，驱动模块，供电模块以及辅助模块组成。主控模块主要采用Esp32c3实现硬件设备的控制，步进电机的驱动模块TMC2209模块，同时将MP1584模块以及TMC2209模块集成到同一块电路板中，添加保险丝，防止电流过大损坏电路，同时下位机使用oled显示屏 实时显示步进电机的一个转速信息。

图   3    硬件实物图

出席本次会议的教师有：王凌云教授、吴德志教授、赵扬副教授、陈松月副教授以及丁政茂助理教授。此外，萨本栋微米纳米科学技术研究院传感技术研究团队低年级博士、硕士研究生参加了本次会议。

文字 夏友长

图片 黄杨栋

排版 钱显威