CN103875358B - 一种用于河蟹养殖的全自动水草清理机器船 - Google Patents
一种用于河蟹养殖的全自动水草清理机器船 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种水草清理机器船，特别是涉及一种用于河蟹养殖的全自动的水草清理机器船，包括位于船头前部的割草机，船头底部的水草储存装置及位于船尾的自动投饵机，自动投饵机前部还设有动力装置及中央控制器，动力装置位于中央控制器下部，中央控制器与动力装置前部的船体两侧还设有明轮推进器；船头固定设有割草机固定台架，割草机与割草机固定台架相连。本发明与普通的水草清理船相比，移动动力来自无刷直流电机组合减速器以及明轮组成的明轮推动器，具有绿色环保无污染，实现了轨迹跟踪自主导航无人控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种水草清理机器船，特别是涉及一种用于河蟹养殖的全自动的水草清理机器船。
背景技术
随着社会经济的发展以及人民生活水平的提高，农业机械化电气化程度不断加深，河蟹养殖的现代化管理，经济化管理也不断在提高，但目前，由于河蟹多采用种草养殖的养殖模式，水草是河蟹不可缺少的栖息，隐蔽，蜕壳场所，但容易出现水草生长过于旺盛，覆盖整个养殖水面的情况，易造成水体溶氧量不足，影响河蟹的生长，而且，伸出水面的水草会阻碍波浪的产生，不利于空气中的氧气进入水体。同时，由于渔塘的面积和深度的局限性，现有的水草清理船船体体积大，人工操作，多数用汽油机或者柴油机驱动，容易污染水体，也不利于池塘切割水草的作业，在实际操作中仍然常用人力去清理过长的水草并打捞上岸。这样不仅费时费力效率不高还影响河蟹产量，而且若不及时收割，在水面上的水草由于受光合作用的影响，新陈代谢加快，水草末端容易死亡腐败，恶化水质。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种专用于河蟹养殖的小型自主导航自动可调切割收集水草的明轮推进机器船。
实现本发明目的的技术方案是：一种用于河蟹养殖的全自动水草清理机器船，包括位于船头前部的割草机，船头底部的水草储存装置及位于船尾的自动投饵机，所述自动投饵机前部还设有动力装置及中央控制器，所述动力装置位于中央控制器下部，所述中央控制器与动力装置前部的船体两侧还设有明轮推进器；所述船头固定设有割草机固定台架，所述割草机与割草机固定台架相连。
上述技术方案，所述水草切割收集装置包括水草切割装置、水草收集装置、水草传送装置和割草机位置调整装置；所述水草切割装置为位于割草机底部前端的割刃；所述水草收集装置为位于割刃后部的滚筒，所述滚筒内设有多个链齿，所述滚筒后部还设有挡板，滚筒中部设有滚筒转轴。
上述技术方案，所述水草传送装置为位于水草收集装置后部倾斜设置的网状传输带及位于网状传输带上部的上端齿轮和下端齿轮，所述上端齿轮和下端齿轮通过多个支撑杆固定设置在割草机支架上，所述下端齿轮通过交叉皮带与滚筒中心的滚筒转轴相连。
上述技术方案，所述割草机位置调整装置一端通过转轴与割草机固定台架下部转动连接，另一端通过转轴与割草机支架转动连接，所述割草机通过割草机支架与割草机固定台架上部转动连接，所述割草机位置调整装置、割草机固定台架和割草机支架三者两两之间通过转轴形成可转动的三脚架结构；所述割草机位置调整装置为电动控制的蜗轮蜗杆结构。
上述技术方案，所述割刃由不锈钢材料制成，所述网状传输带由铝合金材料制成。
上述技术方案，所述明轮推动器包括明轮、减速器、无刷直流电机、电机控制器，由外向内依次相连；所述明轮安装在靠近尾部的船弦外侧，内沿与船身平齐，所述明轮通过无刷直流电机及减速器减速驱动，所述减速器的减速比为15~25:1；所述明轮上端还设有防水保护壳。
上述技术方案，还包括滤水装置，所述滤水装置包括位于船头舱槽底部的网状滤水板及位于滤水板上部的抽水泵，所述抽水泵上部还设有导水管。
上述技术方案，还包括对水中障碍物图像进行摄取和识别的视觉识别装置，所述视觉识别装置包括固定设置在割草机支架前端的摄像头传感器及图像处理器。
上述技术方案，还包括检测装置，所述检测装置包括位于割刃后上部的水位传感器和位于割草机固定台架上部的水草高度传感器，所述水位传感器固定设置在底部的割草机支架上。
上述技术方案，所述中央控制器包括控制电机驱动信号、割草机工作信号、割草机位置调整信号、投饵机工作信号和采集GPS及姿态模块信号、采集经纬度坐标及航向角信号、视觉识别装置信号、水位传感器信号、船舱内水草高度传感器信号的主控制器，操作系统及液晶显示装置。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
（1）本发明与普通的水草清理船相比，移动动力来自无刷直流电机组合减速器以及明轮组成的明轮推动器，具有绿色环保无污染，实现了轨迹跟踪自主导航无人控制。
（2）本发明能根据给定轨迹行驶在水草多，河蟹多，以及水浅的养殖池塘里；通过摄像头传感器，对作业环境识别后能根据水草的生产情况自动控制船速，有利于有效利用电能，提高作业效率。
（3）本发明能针对负载不断变化的船，自动调节割草机的高度，准确收割水面以下一定深度（20cm）的水草。
（4）本发明能自动识别水草，并能对竹竿或渔网等障碍物进行避障处理。还能自动识别收集的水草堆积高度以确定是否返航。
（5）本发明具有多重滤水的作用，能最大化减轻堆积水草的重量，提高工作效率。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明的全自动水草清理机器船结构示意图；
图2是本发明的全自动水草清理机器船俯视图；
图3是本发明的明轮结构示意图；
图4是本发明的中央控制器控制框图。
图中1、自动投饵机；2、中央控制器；3、锂电池；4、明轮推进器；4-1、明轮；5、减速器；6、无刷直流电机；7、防水保护壳；8、导水管；9、抽水泵；10、割草机固定台架；11、割草机；12、上端齿轮；13、挡板；14、滚筒；15、链齿；16、摄像头传感器；17、水位传感器；18、割刃；19、割草机位置调整装置；20、水草堆积舱槽；21、网状滤水板；22、船体；23、支撑杆；24、传输带；25、高度传感器；26、滚筒转轴；27、交叉皮带；28、下端齿轮；29、割草机支架；30、GPRS无线通讯模块；31、GPRS及姿态模块；32、电机控制器。
具体实施方式
（实施例1）
见图1至图4，本发明包括位于船头前部的割草机11，船头底部的水草储存装置及位于船尾的自动投饵机1，所述自动投饵机1前部还设有动力装置及ARM中央控制器2，所述动力装置位于中央控制器2下部，所述中央控制器2与动力装置前部的船体22两侧还设有明轮推进器4，以利于船体22整体的平稳性；所述船头固定设有割草机固定台架10，所述割草机11与割草机固定台架10相连。水草切割收集装置包括水草切割装置、水草收集装置、水草传送装置和割草机位置调整装置19；所述水草切割装置为位于割草机11底部前端的不锈钢割刃18；所述水草收集装置为位于割刃18后部的滚筒14，所述滚筒14内设有多个链齿15，所述滚筒14后部还设有挡板13，滚筒14中部设有滚筒转轴26。
本发明水草传送装置为位于水草收集装置后部倾斜设置的铝合金材料网状传输带24及位于网状传输带24上部的上端齿轮12和下端齿轮28，网状传输带24采用铝合金材料具有滤水防锈的功能；所述上端齿轮12和下端齿轮28通过多个支撑杆23固定设置在割草机支架29上，所述下端齿轮28通过交叉皮带27与滚筒14中心的滚筒转轴26相连。所述割草机位置调整装置19一端通过转轴与割草机固定台架10下部转动连接，另一端通过转轴与割草机支架29转动连接，所述割草机11通过割草机支架29与割草机固定台架10上部转动连接，所述割草机位置调整装置19、割草机固定台架10和割草机支架29三者两两之间通过转轴形成可转动的三脚架结构；所述割草机位置调整装置为电动控制的蜗轮蜗杆结构，能够根据主控制器的信号自由伸缩，使切割点控制在水面下大约20cm处；其它联接部分，使割草机11与船体22很好连接以及有利于水草的高效收割。
优选地，所述明轮推动器4包括明轮4-1、减速器5、无刷直流电机6、电机控制器32，由外向内依次相连；所述明轮4-1安装在靠近尾部的船弦外侧，内沿与船身平齐，所述明轮4-1通过无刷直流电机6及减速器5减速驱动，所述减速器5的减速比为15~25:1；所述明轮4-1上端还设有防水保护壳7。无刷直流电机6可持续实现从0-4000r/ min无级变速正反向运转，经过约20:1的减速比明轮4-1的速度能达到200r/ min，并设有PI稳速闭环，保证了本船的灵活机动且不失稳定性。本船采用明轮4-1推进，虽推进效率比螺旋桨低，但在不追求船速的养殖作业情况下，保证了船体在水草密集区顺利通行，同时起到了活水增氧的作用。优选地，本发明还包括滤水装置，所述滤水装置包括位于船头舱槽底部的网状滤水板21及位于滤水板21上部的抽水泵9，所述抽水泵9上部还设有导水管8。
优选地，本发明还包括对水中障碍物图像进行摄取和识别的视觉识别装置，所述视觉识别装置包括固定设置在割草机支架29前端的摄像头传感器16及图像处理器。障碍物包括水草、竹竿、渔网等，若识别到水草，则让船减速到一个稳定的低速下进行割草工作；若识别到竹竿与渔网等障碍物，则改变船的行进方向绕行避障。
优选地，本发明还包括检测装置，所述检测装置包括位于割刃18后上部的水位传感器17和位于割草机固定台架10上部的水草高度传感器25，所述水位传感器17固定设置在底部的割草机支架29上。
本发明中央控制器2包括：ARM11嵌入式mini2440主控制器，配置Linux操作系统，用液晶屏显示电池电量等信息和电子地图导航等操作界面，并能实现轨迹规划。中央控制器2主要控制的信号包括：电机驱动信号，割草机工作信号，割草机位置调整信号，投饵机工作信号等。中央控制器主要采集的信号包括：GPS以及姿态模块31采集经纬度坐标以及航向角信号，视觉识别装置，水位传感器信号，以及船舱内水草高度传感器信号。
本发明的工作原理为：当锂电池3通电启动后，给ARM中央控制器2供电，ARM将从GPS及其姿态模块31采集的GPS定位的经纬度以及姿态角度，从电机控制器32采集的船速，从高度传感器25采集的堆积水草的高度，从视觉识别传感器16采集的图像信号等信息进行相应的控制处理，把控制信号输送到驱动明轮的电机控制器32，割草机位置调整装置19，以及割草机11，同时通过GPRS无线通讯模块30返回到上位机界面，也可以通过手动遥控控制船的轨迹。
其中，ARM中央控制器2在规定的时间内判断上位机是否规划轨迹，如若不进行此操作，则ARM中央控制器2将根据自带的路径行驶轨迹，给定转速驱动两组独立的无刷直流电机(BLCDM)6，经过减速器5的减速，驱动船舷外侧的明轮4-1实现灵活自由的正反转控制。
若摄像头传感器16识别到竹竿或者渔网等障碍物时，绕行后继续保持航迹，若识别到水草，则ARM中央控制器2启动割草机11，给定速度控制命令，降低船速，并根据水位传感器17的信息，通过割草机位置调整装置19调整割刃18离水面的深度，割刃18割断水草后，由滚筒14通过链齿15顺时针方向旋转将割断的水草经过水草挡板13传送至能滤水的网状传输带24上，网状传输带24下部的下端齿轮28由滚筒转轴26通过交叉皮带27带动，提供传输带24的动力。将水草传输到水草堆积舱槽20里堆放，距离船底部一定距离设有能够滤水的网状滤水板21，将滤下的水通过小功率抽水泵9抽出经导水管8排出水草舱槽。当高度传感器25检测到堆积的水草已到达与船头底部固定的割草机固定台架10的顶端的时候，中央控制器2记录当前的坐标位置，发出返航命令，返航卸载。人工卸载后，机器船自动返回到返航前的位置，继续作业。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于河蟹养殖的全自动水草清理机器船，其特征在于：包括位于船头前部的割草机（11），船头底部的水草储存装置及位于船尾的自动投饵机（1），所述自动投饵机（1）前部还设有动力装置及中央控制器（2），所述动力装置位于中央控制器（2）下部，所述中央控制器（2）与动力装置前部的船体（22）两侧还设有明轮推进器（4）；所述船头固定设有割草机固定台架（10），所述割草机（11）与割草机固定台架（10）相连；水草切割收集装置包括水草切割装置、水草收集装置、水草传送装置和割草机位置调整装置（19）；所述水草切割装置为位于割草机（11）底部前端的割刃（18）；所述水草收集装置为位于割刃（18）后部的滚筒（14），所述滚筒（14）内设有多个链齿（15），所述滚筒（14）后部还设有挡板（13），滚筒（14）中部设有滚筒转轴（26）；所述水草传送装置为位于水草收集装置后部倾斜设置的网状传输带（24）及位于网状传输带（24）上部的上端齿轮（12）和下端齿轮（28），所述上端齿轮（12）和下端齿轮（28）通过多个支撑杆（23）固定设置在割草机支架（29）上，所述下端齿轮（28）通过交叉皮带（27）与滚筒（14）中心的滚筒转轴（26）相连。
2.根据权利要求1所述的用于河蟹养殖的全自动水草清理机器船，其特征在于：所述割草机位置调整装置（19）一端通过转轴与割草机固定台架（10）下部转动连接，另一端通过转轴与割草机支架（29）转动连接，所述割草机（11）通过割草机支架（29）与割草机固定台架（10）上部转动连接，所述割草机位置调整装置（19）、割草机固定台架（10）和割草机支架（29）三者两两之间通过转轴形成可转动的三脚架结构；所述割草机位置调整装置为电动控制的蜗轮蜗杆结构。
3.根据权利要求1所述的用于河蟹养殖的全自动水草清理机器船，其特征在于：所述割刃（18）由不锈钢材料制成，所述网状传输带（24）由铝合金材料制成。
4.根据权利要求1所述的用于河蟹养殖的全自动水草清理机器船，其特征在于：所述明轮推动器（4）包括明轮（4-1）、减速器（5）、无刷直流电机（6）、电机控制器（32），由外向内依次相连；所述明轮（4-1）安装在靠近尾部的船弦外侧，内沿与船身平齐，所述明轮（4-1）通过无刷直流电机（6）及减速器（5）减速驱动，所述减速器（5）的减速比为15~25:1；所述明轮（4-1）上端还设有防水保护壳（7）。
5.根据权利要求1所述的用于河蟹养殖的全自动水草清理机器船，其特征在于：还包括滤水装置，所述滤水装置包括位于船头舱槽底部的网状滤水板（21）及位于滤水板（21）上部的抽水泵（9），所述抽水泵（9）上部还设有导水管（8）。
6.根据权利要求1所述的用于河蟹养殖的全自动水草清理机器船，其特征在于：还包括对水中障碍物图像进行摄取和识别的视觉识别装置，所述视觉识别装置包括固定设置在割草机支架（29）前端的摄像头传感器（16）及图像处理器。
7.根据权利要求1所述的用于河蟹养殖的全自动水草清理机器船，其特征在于：还包括检测装置，所述检测装置包括位于割刃（18）后上部的水位传感器（17）和位于割草机固定台架（10）上部的水草高度传感器（25），所述水位传感器（17）固定设置在底部的割草机支架（29）上。
8.根据权利要求1~7任一项权利要求所述的用于河蟹养殖的全自动水草清理机器船，其特征在于：所述中央控制器（2）包括控制电机驱动信号、割草机工作信号、割草机位置调整信号、投饵机工作信号和采集GPS及姿态模块（31）信号、采集经纬度坐标及航向角信号、视觉识别装置信号、水位传感器信号、船舱内水草高度传感器信号的主控制器，操作系统及液晶显示装置。
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