基于負(fù)壓的淺海養(yǎng)殖海參捕撈系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能研究

摘要：現(xiàn)有的海參捕撈裝置捕撈效率低、操作復(fù)雜，并不適用于淺海養(yǎng)殖海參捕撈。針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種真空負(fù)壓式海參捕撈裝置。以西門(mén)子PLC為核心控制器，通過(guò)水環(huán)式真空泵獲取負(fù)壓，依次控制各個(gè)閥件進(jìn)行啟停操作，依靠負(fù)壓生成罐中的負(fù)壓將海參虹吸到儲(chǔ)存罐中，再將海水泥沙等雜物排出儲(chǔ)存罐并收集海參；并自制內(nèi)嵌加速度傳感器的海參仿真模型（質(zhì)量為130～160 g），對(duì)該設(shè)備進(jìn)行性能測(cè)試。結(jié)果表明：吸管（鋼管0.8 m和PVC鋼絲管2 m）長(zhǎng)為2.8 m，負(fù)壓儲(chǔ)存罐壓力值為-0.04 MPa時(shí)，海參在管中最大（X軸）初始加速度為0.97g，矢量加速度為1.09g，可認(rèn)為懸浮式吸取海參。

關(guān)鍵詞：海參捕撈裝置；真空負(fù)壓式；無(wú)應(yīng)激；PLC；性能測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)：S24； TP23" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：2095?5553 （2024） 10?0094?06

Design and performance research of shallow sea aquaculture sea cucumber fishing system based on negative pressure suction

Zhou Xixing1， 2， Liang Xiangyu3， Hu Jianing4， Zeng Lihua1， 2

（1. College of Mechanical and Electrical Engineering， Hebei Agricultural University， Baoding， 071001， China;

2. Technology Innovation Center of Intelligent Agricultural Equipment， Hebei Provincial， Baoding， 071001， China;

3. College of Information Science and Technology， Hebei Agricultural University， Baoding， 071001， China;

4. Shijiazhuang Xinnong Machinery Co.， Ltd.， Shijiazhuang， 052400， China）

Abstract： The existing sea cucumber fishing equipment has low fishing efficiency and complicated operation， so it is not suitable for sea cucumber fishing in shallow sea culture. Aiming at the above problems， a vacuum negative pressure type sea cucumber fishing device is designed. Siemens PLC as the core controller， through the water ring vacuum pump to obtain negative pressure， control each valve in turn to start and stop operations， rely on the negative pressure generated tank to siphon sea cucumber into the storage tank， and then the sea sediment and other debris out of the storage tank and collect sea cucumber. A sea cucumber simulation model with embedded acceleration sensor （mass 130-160 g） was made to test the performance of the device. The results show that when the length of the pipette （0.8 m steel pipe and 2 m PVC steel wire pipe） is 2.8 m and the pressure value of the negative pressure storage tank is -0.04 MPa， the maximum （X?axis） initial acceleration of sea cucumber in the tube is 0.97g， and the vector acceleration is 1.09g.

Keywords： sea cucumber fishing device; acuum negative pressure type; non?stressed; PLC; experimental analysis

0 引言

海參在各類(lèi)山珍海味中位尊“八珍”，具有多種補(bǔ)益養(yǎng)身功能[1]。我國(guó)海參需求量逐年增加，伴隨著國(guó)家鼓勵(lì)養(yǎng)殖場(chǎng)的經(jīng)營(yíng)，自2010年以來(lái)，山東、大連等地水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，但海參養(yǎng)殖的收獲捕撈，仍然需要人工潛水捕撈，這不僅嚴(yán)重威脅著捕撈人員的健康，同時(shí)也增加了海參的養(yǎng)殖成本[2， 3]。自動(dòng)化裝備是現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展的必然方向。

隨著人類(lèi)對(duì)海洋的深入探索，海參等底棲水產(chǎn)品捕撈機(jī)器人相繼出現(xiàn)，其主要捕撈方式大致分為吸取式、夾取式以及耙撈式[4]。徐鳳強(qiáng)等[5]針對(duì)海產(chǎn)品檢測(cè)和抓捕，設(shè)計(jì)了一款水下抓捕機(jī)器人，利用DSOD算法檢測(cè)海產(chǎn)品并通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法實(shí)現(xiàn)自主抓捕。Shi等[6]為了實(shí)現(xiàn)海參捕撈的自動(dòng)化，設(shè)計(jì)了一種水下機(jī)器人系統(tǒng)，并通過(guò)SolidWorks完成整個(gè)系統(tǒng)的三維建模，采用滑?？刂扑惴ê妥赃m應(yīng)滑?？刂扑惴▽?duì)水下機(jī)器人定位。Bidoki等[7]根據(jù)AUV的非設(shè)計(jì)性能會(huì)發(fā)生變化，提出了MDF-PSO框架的水下機(jī)器人，然后采用粒子群算法（PSO）作為全局的優(yōu)化?，F(xiàn)有設(shè)備多為深海捕撈或深海探索裝備，而對(duì)人工養(yǎng)殖海參捕撈裝置研究中，主要是對(duì)海參識(shí)別算法研究。Guo等[8]通過(guò)在ReLU的隨機(jī)梯度下降算法（SGD）對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了修改和優(yōu)化，在學(xué)習(xí)率為0.05或0.1時(shí)其識(shí)別率高達(dá)89.53%，Han等[9]通過(guò)max-RGB和灰度方法結(jié)合對(duì)水下海參圖像增強(qiáng)，使用改進(jìn)的YOLO-v3網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)真實(shí)水下海參建立的數(shù)據(jù)集進(jìn)行檢測(cè)，平均精度約為90%，而關(guān)于海參的高效捕撈裝置研究較少。當(dāng)前，吸魚(yú)泵作為一種魚(yú)類(lèi)收獲裝置，性能高效、應(yīng)用廣泛。如單罐間歇式吸魚(yú)泵，當(dāng)魚(yú)水比為1∶2.3，抽吸能力為11 t/h，吸魚(yú)速率約為270 kg/min，放魚(yú)速率約為540 kg/min[10]；真空雙筒吸魚(yú)泵在吸程為35～70 m的范圍內(nèi)，魚(yú)水比為1∶10時(shí)，提升效率較高，活魚(yú)提升量可達(dá)12～43 t/h[11]。

海參在海底分布較分散且易產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，因此，現(xiàn)有的吸魚(yú)泵并不適用于海參的捕撈?？紤]到吸魚(yú)泵具有自動(dòng)化程度高、工作效率高、操作人員少等優(yōu)點(diǎn)。借鑒吸魚(yú)泵的原理，本文設(shè)計(jì)一種淺海養(yǎng)殖海參的自動(dòng)捕撈裝置，通過(guò)在性能上的試驗(yàn)，獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)海參的負(fù)壓式無(wú)應(yīng)激吸取捕撈，為近海海參養(yǎng)殖的自動(dòng)化高效捕撈裝備設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)負(fù)壓虹吸原理，真空泵將負(fù)壓罐內(nèi)抽一定負(fù)壓值的真空，當(dāng)負(fù)壓罐與儲(chǔ)存罐連通后，利用負(fù)壓罐、儲(chǔ)存罐和外界形成的壓差，將海參吸取到儲(chǔ)藏罐中，然后開(kāi)啟海參收集口將其收集?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括水環(huán)式真空泵、負(fù)壓罐、儲(chǔ)存罐、閥件、PVC鋼絲吸管以及PLC控制箱等。

1.2 工作原理

首先，將所有的閥件關(guān)閉，保證裝置密封性。打開(kāi)真空泵，將負(fù)壓罐抽真空，當(dāng)負(fù)壓罐壓力達(dá)到一定值后，關(guān)閉真空泵后再打開(kāi)常閉電磁閥1，由于儲(chǔ)存罐和負(fù)壓罐間存在壓差，兩罐壓力值將快速達(dá)到平衡，此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)只有吸管處與外界連通，因此，當(dāng)雙目相機(jī)識(shí)別并定位到海參時(shí)，通過(guò)控制三軸直線導(dǎo)軌，將吸管移動(dòng)到海參上方，位于吸口附近的海參被吸到儲(chǔ)存罐中；同時(shí)會(huì)伴有大量的海水以及少量沙子；此后，關(guān)閉電磁閥1，打開(kāi)電磁閥2和排水閥，將海水和沙子排出；排空后，關(guān)閉電磁閥2和排水閥。當(dāng)一輪結(jié)束后，重新打開(kāi)真空泵開(kāi)始新的一輪（重復(fù)以上操作），工作流程如圖2所示。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)吸魚(yú)泵的研究普遍采用邊抽氣邊吸魚(yú)的方法[12]，而海參在池底離散分布，不能采取連續(xù)吸取。本設(shè)計(jì)采取了對(duì)負(fù)壓罐進(jìn)行間歇式預(yù)抽氣處理，既可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期負(fù)壓值，也減少了真空泵工作時(shí)間，降低電能消耗。在儲(chǔ)存罐排水沙環(huán)節(jié)，一些吸魚(yú)泵利用重力作用，將魚(yú)水混合物排出真空集魚(yú)筒；大部分吸魚(yú)泵則利用水環(huán)式真空泵對(duì)魚(yú)筒將內(nèi)部充氣，增加對(duì)內(nèi)部的壓力，加快對(duì)魚(yú)和水的排出[13]。本設(shè)計(jì)中，在儲(chǔ)存罐的上方設(shè)置了電磁閥2，開(kāi)啟后，利用大氣壓力和重力即可方便海水排出。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主要部件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)裝置的主要部件包括壓力變送器、閥件、水環(huán)式真空泵、PVC鋼絲管道以及三軸直線導(dǎo)軌等。

2.1.1 壓力變送器

為了能夠記錄負(fù)壓生成罐和海參收集罐中的負(fù)壓值，使用兩個(gè)CYYZ31防水型壓力變送器，檢測(cè)范圍為-0.1～0 MPa，精度為0.1%。分別測(cè)量負(fù)壓罐與儲(chǔ)存罐中的負(fù)壓值。通過(guò)Modbus通信協(xié)議，傳到S7-200Smart PLC中記錄，并在WINCC觸摸屏上顯示。

2.1.2 水環(huán)式真空泵選型

真空泵的性能參數(shù)決定了整個(gè)裝置的工作效率，根據(jù)抽氣時(shí)間、負(fù)壓生成罐容積、儲(chǔ)存罐容積和管道容積。在設(shè)備處于完全密閉的狀態(tài)下，其抽氣速率[14]計(jì)算如式（1）所示。

[Sc=2.3kVTlgPPi] （1）

式中： [Sc]——抽氣速率，m3/s；

V——負(fù)壓生成罐內(nèi)容積，m3；

T——抽氣所需時(shí)間，s；

P——初始時(shí)負(fù)壓罐內(nèi)壓力，Pa；

[Pi]——經(jīng)過(guò)T時(shí)間后內(nèi)的壓力值，Pa；

k——備用系數(shù)，取1.1。

預(yù)計(jì)真空泵抽氣時(shí)間T為20 s，將T=20 s，V=0.161 m3，P=0.101 MPa，Pi=0.06 MPa代入式（1）中，計(jì)算得[Sc=0.31] m3/min，考慮到抽氣速率和能量損失以及安全等一系列問(wèn)題，選用型號(hào)大于計(jì)算值的水環(huán)式真空泵即可。真空泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易拆卸，并且采用水環(huán)式進(jìn)行，以便在最短時(shí)間內(nèi)形成真空和壓力。因此本設(shè)計(jì)中選用型號(hào)為SK-0.8的水環(huán)式真空泵，最大抽氣速率為0.8 m3/min，電機(jī)功率2.2 kW即可滿足上述要求。

2.1.3 吸管管道口徑的選擇

為了方便海參能夠更好地被吸取，參考收獲時(shí)海參體長(zhǎng)以及截面寬度尺寸，選擇海參截面的1.5倍（直徑為80 mm）的吸管?？紤]到海參的長(zhǎng)度，避免在吸口處破損到海參的內(nèi)臟，本設(shè)計(jì)將管口設(shè)置為喇叭口形狀，增加了吸管吸取面積。

2.1.4 罐體容積

儲(chǔ)存罐容積是完成一次吸取的實(shí)際有效空間，也是真空泵工作效能的重要指標(biāo)，根據(jù)吸管的口徑確定截面積，如式（2）所示，計(jì)算得S截=0.005 m2。

[S截=π（D2）2] （2）

式中： S截——PVC鋼絲吸管的截面積，m2；

D——吸管直徑，0.08 m。

根據(jù)所選水環(huán)式真空泵型號(hào)、最大吸取時(shí)間以及吸取時(shí)的流量Q=0.003 55 m3/s[10]；計(jì)算得出儲(chǔ)存罐所需體積，考慮余量等問(wèn)題，實(shí)際容量取計(jì)算值的1.5倍。

[V儲(chǔ)=1.5V體] （3）

[V負(fù)=1.5V儲(chǔ)] （4）

式中： V體——儲(chǔ)存罐計(jì)算所需的容積，V體為0.071 m3；

V儲(chǔ)——儲(chǔ)存罐的實(shí)際容積，m3；

V負(fù)——負(fù)壓罐的實(shí)際容積，m3。

計(jì)算得V儲(chǔ)=0.107 m3，V負(fù)=0.161 m3。

2.1.5 定位裝置的設(shè)計(jì)

捕撈裝置在吸取海參時(shí)，需要先利用防水雙目攝像機(jī)識(shí)別并確定目標(biāo)的位置，然后通過(guò)移動(dòng)在吸管部分固定的三軸直線導(dǎo)軌，將吸管口對(duì)準(zhǔn)海參，到達(dá)目標(biāo)位置上方后停止。具體過(guò)程為雙目攝像機(jī)依據(jù)兩個(gè)攝像頭標(biāo)定后獲得同幀照片，通過(guò)深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練大量樣本，識(shí)別任意形狀的海參目標(biāo)[15]；其次對(duì)圖片進(jìn)行感興趣區(qū)域特征點(diǎn)提取，根據(jù)視差原理，由三角形相似獲取目標(biāo)點(diǎn)的三維信息[16]。為保證通訊協(xié)議正常連接，將PLC與輸出海參定位信息的計(jì)算機(jī)利用TCP通信進(jìn)行連接，PLC收到指令后控制三軸直線導(dǎo)軌可以通過(guò)左右、前后、上下移動(dòng)吸管，以方便將吸管口對(duì)準(zhǔn)海參，準(zhǔn)備吸取工作。

2.2 捕撈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 PLC的選型

為了配套的STEP7-MicroWIN SMART編程組態(tài)軟件，并控制水環(huán)式真空泵和多個(gè)閥件，結(jié)合設(shè)計(jì)的I/O口數(shù)量，選擇CPU ST30（S7-200 Smart PLC，西門(mén)子）[17， 18]，有18點(diǎn)輸入，12點(diǎn)輸出。主要輸入輸出端口如表1所示。

2.2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

根據(jù)前述裝置吸取動(dòng)作流程，編寫(xiě)PLC程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力傳感器、真空泵、電動(dòng)推桿以及各種閥件等裝置的邏輯控制。儲(chǔ)存區(qū)設(shè)定值如表2所示。

PLC在接受上位機(jī)指令后，確保各個(gè)控制部件為閉合狀態(tài)后。先開(kāi)始負(fù)壓罐的抽空，將水環(huán)式真空泵Q0.1置1，當(dāng)負(fù)壓罐壓力值達(dá)到設(shè)定值后，水環(huán)式真空泵Q0.1置0。再將電磁閥1 Q0.2置1，啟動(dòng)通電延時(shí)定時(shí)器，將電磁閥1開(kāi)啟時(shí)間設(shè)定為5 s，5 s后電磁閥1 Q0.2置0，隨后將電磁閥2 Q0.3和蝶閥Q0.4置1，將蝶閥關(guān)閉時(shí)間設(shè)定為10 s，10 s后電磁閥Q0.3和蝶閥Q0.5關(guān)閉置0，經(jīng)過(guò)幾輪操作后，電動(dòng)推桿Q0.6置1，將捕撈的海參收獲，最后再將電動(dòng)推桿Q0.7置1，具體操作如圖3所示。

3 人機(jī)界面

選用Wincc flexible組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的操作，控制主機(jī)S7-200Smart和Wincc觸摸屏通過(guò)網(wǎng)線連接，如果運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題，可自動(dòng)停止運(yùn)行并輸出報(bào)警信號(hào)。

組態(tài)軟件設(shè)置了海參捕撈控制（圖4），可自動(dòng)、手動(dòng)控制真空泵和各個(gè)閥件，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)罐中壓力值，同時(shí)壓力值保存在儲(chǔ)存卡上，供后期數(shù)據(jù)分析。捕撈流程圖（圖5）提供以動(dòng)畫(huà)的方式，監(jiān)視捕撈裝置各個(gè)閥件和傳感器的運(yùn)行情況。

4 試驗(yàn)與分析

4.1 試驗(yàn)條件和試驗(yàn)方法

1） 試驗(yàn)材料：為了探明不同負(fù)壓值下，海參在吸取過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)情況，利用低硬度、高抗撕的0度硅膠制作了海參模型（平均質(zhì)量為140 g），如圖6所示。硅膠海參模型的密度和實(shí)際海參基本一致。同時(shí)，在海參模型體內(nèi)嵌入了體積小、防水和待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)的九軸陀螺儀傳感器（BWT61CL）。如圖7所示，垂直方向?yàn)閆軸，長(zhǎng)軸為X軸，短軸為Y軸。在吸取過(guò)程中，以100 Hz頻率記錄海參的加速度變化、角速度變化和角度變化等數(shù)據(jù)。

2） 試驗(yàn)內(nèi)容：測(cè)試在不同負(fù)壓條件下，儲(chǔ)存罐和負(fù)壓生成罐的壓力值變化以及海參吸取效果和海參在吸取過(guò)程中加速度變化。分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲取海參捕撈裝置的運(yùn)行參數(shù)。

3） 試驗(yàn)方法：試驗(yàn)于2021年11月在河北省石家莊市某公司進(jìn)行，分別設(shè)置負(fù)壓為-0.03 MPa、-0.04 MPa、-0.05 MPa、-0.06 MPa，將吸管垂直放在海參上方5 cm范圍內(nèi)，測(cè)試設(shè)備（圖8）的運(yùn)行性能、海參的捕撈情況以及海參在管中的姿態(tài)變化。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.2.1 內(nèi)部氣體壓力變化

分別在壓力值為-0.03 MPa、-0.04 MPa、-0.05 MPa、-0.06 MPa的情況下，通過(guò)多組試驗(yàn)可知，當(dāng)壓力值達(dá)到設(shè)定值后，打開(kāi)電磁閥1，負(fù)壓生成罐的壓力值瞬間減少，儲(chǔ)存罐和負(fù)壓生成罐的壓力值也瞬間持平。關(guān)閉電磁閥1，打開(kāi)電磁閥2和排水閥，負(fù)壓生成罐的壓力值保持一定值，而儲(chǔ)存罐由于進(jìn)入大氣壓，內(nèi)部負(fù)壓值瞬間減少。負(fù)壓生成罐和儲(chǔ)存罐的壓力值變化曲線如圖8所示。圖8（a）為當(dāng)壓力值設(shè)定在-0.03 MPa時(shí)，所達(dá)設(shè)定值需要開(kāi)啟真空泵7 s，吸取時(shí)間設(shè)定為5 s，海參儲(chǔ)存罐中最大壓力達(dá)到-0.007 9 MPa；圖8（b）為當(dāng)壓力值設(shè)定在-0.04 MPa時(shí)，所達(dá)到設(shè)定值需要開(kāi)啟真空泵9 s，海參儲(chǔ)存罐中最大壓力達(dá)到-0.009 5 MPa；圖8（c）為當(dāng)壓力值設(shè)定在-0.05 MPa時(shí)，所達(dá)到設(shè)定值需要開(kāi)啟真空泵13 s，海參儲(chǔ)存罐中最大壓力達(dá)到-0.011 2 MPa；圖8（d）為當(dāng)壓力值設(shè)定在-0.06 MPa時(shí)，所達(dá)到設(shè)定值需要開(kāi)啟真空泵16 s，海參儲(chǔ)存罐中最大壓力達(dá)到-0.013 9 MPa。

當(dāng)壓力設(shè)定越大，所需的時(shí)間就越長(zhǎng)，儲(chǔ)存罐中的壓力值也會(huì)隨之增加。因此，當(dāng)選擇-0.04 MPa時(shí)，不僅可以有效地降低能耗，同時(shí)也能降低對(duì)海參的傷害。

4.2.2 海參在管內(nèi)加速度變化

將海參模型放入水中并記錄時(shí)間，記錄傳感器在水中靜止時(shí)的加速度等數(shù)值，開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行吸取試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)時(shí)間、傳感器上時(shí)間和PLC記錄時(shí)間進(jìn)行對(duì)照。根據(jù)傳感器測(cè)量的加速度變化，觀察是否與管道內(nèi)壁碰撞，是否在管道中有翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。表3為-0.03 MPa、-0.04 MPa、-0.05 MPa、-0.06 MPa時(shí)X軸、Y軸和Z軸初始加速度以及矢量加速度數(shù)據(jù)。

從表3可知，隨著壓力值的增加，X軸初始加速度呈增長(zhǎng)形式，Y軸和Z軸的加速度變化不大。而在-0.06 MPa時(shí)，加速度增量比較大，而越大的外界干擾越會(huì)引起海參的應(yīng)激反應(yīng)，同時(shí)也會(huì)增加其在管內(nèi)的碰撞。

當(dāng)負(fù)壓取-0.03 MPa時(shí)，測(cè)試中并不是每次都能將海參吸入儲(chǔ)存罐；當(dāng)壓力值設(shè)為-0.05 MPa和-0.06 MPa時(shí)，不僅增加了真空泵抽取時(shí)間，而且負(fù)壓生成罐中的壓力值也會(huì)有剩余，所以吸力的設(shè)定推薦值為-0.04 MPa。通過(guò)海參模型中的傳感器數(shù)值，查看加速度變化，當(dāng)壓力值為-0.03 MPa時(shí)，加速度雖波動(dòng)最小，但是并不能保障能夠?qū)⒑⒉稉?，?0.05 MPa和-0.06 MPa的加速度相對(duì)波動(dòng)也較大，所以最佳推薦仍為-0.04 MPa。

當(dāng)壓力值設(shè)定在-0.04 MPa，數(shù)據(jù)記錄頻率為100 Hz進(jìn)行了多次測(cè)試，圖9為其中的一次試驗(yàn)數(shù)據(jù)?？梢钥闯?，當(dāng)吸取開(kāi)始后，X軸初始加速度會(huì)增加到最大值0.97g左右，之后會(huì)下降；在達(dá)到罐口時(shí)，Y軸加速度增加到約為0.98g。分析其原因，由于剛打開(kāi)負(fù)壓生成罐，吸力比較大，導(dǎo)致海參模型的加速度值增加，之后吸力減少，加速度值也會(huì)減少；當(dāng)吸到儲(chǔ)存罐口，由于重力作用海參加速降落，加速度值又會(huì)增加。用矢量加速度來(lái)衡量整個(gè)海參在吸取過(guò)程中的加速度情況，發(fā)現(xiàn)最大矢量加速度發(fā)生在吸取剛開(kāi)始和從儲(chǔ)存罐口降落這兩個(gè)時(shí)間段，而最大矢量加速度為1.09g，僅比重力加速度1g高9%，可以認(rèn)為海參在吸取收獲過(guò)程中近似懸浮吸取。

通過(guò)對(duì)海參捕撈設(shè)備進(jìn)行了功能性測(cè)試，包括海參模型吸取能力、罐體內(nèi)負(fù)壓值變化、海參模型的加速度變化。在保證能吸取海參的前提下，吸取過(guò)程中減少外部刺激（盡可能小的加速度），實(shí)現(xiàn)較為理想的捕撈，達(dá)到懸浮式吸取的目標(biāo)。

5 結(jié)論

針對(duì)人工養(yǎng)殖海參捕撈自動(dòng)控制的需求，設(shè)計(jì)一種負(fù)壓吸取式的淺海海參捕撈裝置以及控制系統(tǒng)，確定關(guān)鍵部件的參數(shù)，并進(jìn)行試驗(yàn)論證。

1） 所設(shè)計(jì)的海參捕撈設(shè)備主要由控制部分、負(fù)壓生成部分、海參收集部分以及吸取部分構(gòu)成，整體占地面積小，操作方便，設(shè)備適用于船上操作使用。

2） 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的控制，采用可視化操作界面，能夠設(shè)置所需要的壓力值，并且記錄傳感器數(shù)值，按照設(shè)定的程序能夠有序地控制水環(huán)式真空泵和多個(gè)閥件開(kāi)關(guān)。

3） 在本裝置中選用負(fù)壓生成罐和海參收集罐兩罐結(jié)合使用，一是方便調(diào)節(jié)負(fù)壓生成罐中的負(fù)壓值，在吸取海參時(shí)也能夠根據(jù)海參大小調(diào)節(jié)壓力值；二是能夠減少對(duì)水環(huán)式真空泵不必要的浪費(fèi)，兩罐配合使用能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)定量的負(fù)壓供給。

4） 試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)負(fù)壓生成罐壓力值設(shè)置為-0.04 MPa時(shí)，整個(gè)吸取過(guò)程中，各軸向加速度未超1g，矢量加速度最大值1.09g（吸取開(kāi)始時(shí)刻），可認(rèn)為海參處于懸浮式吸取。通過(guò)多次對(duì)海參模型吸取測(cè)試，不但能夠完成海參吸取捕撈，且未受到猛烈的外部沖撞等刺激。

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