CN109479787B - 一种无人导航投饲船及投饲方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人导航投饲船及投饲方法。该无人导航投饲船包括船体、投饲系统、导航系统、驱动系统；投饲系统位于船体的前段，投饲系统整体固定在支架上，支架的底端固定在自稳平台上；投饲系统包括存料箱、下料器、水平送料筒、送料风筒。本发明的无人导航投饲船，可实现自动导航寻找养殖网箱，实现行驶路径上的自主避障及路径规划，为深海远距离水产养殖中的投饲环节提供一种新型的无人投饲作业方式，节省人力物力。

Description

一种无人导航投饲船及投饲方法
技术领域
本发明涉及农业机电领域，特别涉及一种无人导航投饲船及投饲方法。
背景技术
随着传统海洋渔业资源衰退和传统作业渔场老化，深海养殖发展规模迅速扩大，深海养殖向外海、大型化方向发展成为国内外深海养殖的共同趋势，网箱养殖业越来越引起世界各沿海国家的重视，随之而来的深海养殖投饲装备的需求也越来越大。目前我国深海养殖自主投饲技术水平较低，主要采用远距离的人工投饲，投饲人员驾驶投饲船，将饲料运送到指定网箱位置后进行人工投放，投放方式基本为人工手动撒料，投饲成本高，劳动强度大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种成本低、准确度高的无人导航投饲船及投饲方法，通过短距离遥控及长距离路径卫星导航，可实现无人导航投饲船行驶路径上的自主避障及路径规划，准确找到养殖网箱的位置，实现深海网箱养殖的精准化无人投饲。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种无人导航投饲船，如图1、图3、图5所示，包括船体1、投饲系统26、导航系统27、驱动系统28；投饲系统26位于船体1的前段，投饲系统26整体固定在支架上，支架的底端固定在自稳平台8上；如图2所示，投饲系统26包括存料箱2、下料器3、水平送料筒5、送料风筒7，存料箱2用于存放饲料，存料箱2与下料器3的上端固定连接，下料器3的下端与水平送料筒5固定连接，水平送料电机4与水平送料筒5固定连接，水平送料器13内置于水平送料筒5中，水平送料电机4为水平送料器13提供动力，水平送料器13运转将饲料从水平送料筒5送至送料风筒7中，水平送料筒5与送料风筒7联通，送料风筒7的底端与风机14固定连接，风机14与风送电机6固定连接，风送电机6为风机14提供动力，风机14运转将送料风筒7中的饲料吹送至指定网箱位置，送料风筒7与船头方向一致。
投饲控制电源9与水平送料电机控制器11、风送电机控制器12均通过导线连接，投饲控制器10与水平送料电机控制器11、风送电机控制器12均通过导线连接，水平送料电机4与水平送料电机控制器11通过导线连接，风送电机6与风送电机控制器12通过导线连接；水平送料器13与水平送料电机4固定连接，风机14与风送电机6固定连接；投饲控制电源9通过导线为风送电机6、风送电机控制器12、水平送料电机4、水平送料电机控制器11和投饲控制器10提供电能。
导航系统27位于船体1的中段，导航系统27包括遥控模块15、自动导航模块16、自动寻标模块19；遥控模块15通过导线与导航控制电源20连接；遥控模块15与驱动控制器22通过导线连接，遥控器25与遥控模块15之间为无线通信；自动导航模块16与导航控制电源20通过导线连接，自动导航模块16包括水上避障控制器17和水下避障控制器18，自动寻标模块19与导航控制电源20通过导线连接；自动寻标模块19与投饲控制器10通过导线连接，自动寻标模块19与驱动控制器22通过导线连接，导航控制电源20通过导线为遥控模块15、自动导航模块16和自动寻标模块19提供电能。
驱动系统28位于船体1的尾段，驱动系统28包括驱动控制电源21、驱动控制器22、电动马达23和螺旋桨24，电动马达23与螺旋桨24固定连接，电动马达23与螺旋桨24均有两个，以实现双电动马达差速控制投饲船的运动；水上避障控制器17、水下避障控制器18与驱动控制器22均通过导线连接，驱动控制电源21与驱动控制器22通过导线连接，电动马达23与驱动控制器22通过导线连接，电动马达23与驱动控制电源21通过导线连接；驱动控制电源21通过导线为驱动控制器22和电动马达23提供电能。
如图4所示，养殖网箱29的中心位置固定有一浮子30，浮子30用于自动寻标模块19检测养殖网箱29的中心位置，从而保证饲料投送的准确性，避免出现饲料投送到网箱外的情况。
一种无人导航投饲方法，是采用上述无人导航投饲船，包括下述步骤：
(1)启动阶段，导航系统27及驱动系统28开始工作，操作者手持遥控器25与遥控模块15通信，控制投饲船驶出码头，投饲船行驶至开阔水域后切换为自动导航模式，自动导航模块16开始工作；
(2)养殖网箱29的位置信息已经预先存储在自动导航模块16中，在开阔水域上行驶时，投饲船使用卫星定位，自动导航模块16会根据行驶需要向驱动系统28中的驱动控制器22发送信号，驱动控制器22接收到自动导航模块16的信号后开始动作，驱动控制器22调整电动马达23的转动方式，电动马达23带动螺旋桨24工作，实现行驶路径的自主规划；
(3)当投饲船在航线上行驶时，水上避障控制器17和水下避障控制器18同时工作，对水上及水下的行驶路况进行实时分析；水上避障控制器17采用双目相机，利用双目相机测距原理对水面上的行驶环境进行分析；水下避障控制器18采用声波雷达，利用声波测距原理对水面下的行驶环境进行分析；当遇到水上障碍物时，水上避障控制器17会对障碍物进行分析，包括障碍物距投饲船的距离和障碍物的大小等信息，水上避障控制器17将采集到的信息发送至驱动控制器22，驱动控制器22会根据接收到的信息发出控制信号来调整电动马达23的转动方式，电动马达23带动螺旋桨24工作来调整投饲船的行进角度以避开障碍物；当投饲船驶离障碍物后，自动导航模块16会根据行驶需要向驱动系统28中的驱动控制器22发送信号，以保证投饲船重新回到航线上；水下避障控制器18的工作原理与水上避障控制器17相同；
(4)当投饲船到达指定养殖网箱29位置后，自动寻标模块19开始工作，自动寻标模块19根据检测到的浮子30位置向驱动控制器22发送信号，驱动控制器22根据接收到的信号调整电动马达23的转动方式，电动马达23带动螺旋桨24工作，将船头调整到正对浮子30的方向；当确定养殖网箱29的中心位置后，自动寻标模块19向投饲控制器10发送信号，投饲控制器10根据接收到的信号首先接通风送电机控制器12，风送电机6带动风机14开始工作，随后水平送料电机控制器11接通，水平送料电机4带动水平送料器13开始工作，饲料从下料器3落入水平送料筒5中，水平送料器13将饲料送至送料风筒7中，风机14运转将饲料喷洒至浮子30的附近位置；当出现海面作业环境恶劣，船身晃动幅度较大时，自稳平台8可保证投饲系统的正常稳定工作。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明的无人导航投饲船，可实现自动导航寻找养殖网箱，实现行驶路径上的自主避障及路径规划。
(2)本发明的无人导航投饲船，可实现深海网箱养殖的无人投饲作业，为深海远距离水产养殖中的投饲环节提供一种新型的无人投饲作业方式，节省人力物力。
附图说明
图1为无人导航投饲船的局部俯视结构图。
图2为无人导航投饲船的局部结构示意图。
图3为无人导航投饲船的系统结构图。
图4为养殖网箱的结构示意图。
图5为无人导航投饲船的立体结构图。
其中，1、船体；2、存料箱；3、下料器；4、水平送料电机；5、水平送料筒；6、风送电机；7、送料风筒；8、自稳平台；9、投饲控制电源；10、投饲控制器；11、水平送料电机控制器；12、风送电机控制器；13、水平送料器；14、风机；15、遥控模块；16、自动导航模块；17、水上避障控制器；18、水下避障控制器；19、自动寻标模块；20、导航控制电源；21、驱动控制电源；22、驱动控制器；23、电动马达；24、螺旋桨；25、遥控器；26、投饲系统；27、导航系统；28、驱动系统；29、养殖网箱；30、浮子。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
准备阶段。无人导航投饲船整体浮在水面上，停靠在码头，人工操作将饲料装进存料箱中，检查各系统的工作状态以保证运转正常。
启动阶段。导航系统27和驱动系统28开始工作，由于投饲船停靠在浅海区的码头，码头行驶环境复杂，操作者需先用遥控器25控制投饲船行驶至开阔海面。操作者手持遥控器25，与遥控模块15通过无线信号进行通信，遥控模块15接收到来自遥控器25的信号后，将信号传至驱动控制器22，驱动控制器22对接收到的信号进行分析，然后控制电动马达23运转，电动马达23带动螺旋桨24旋转；当两个马达都以相同的速度正转时，投饲船正常向前行驶；当两个马达都以相同的速度反转时，投饲船正常向后行驶；当两个马达的转速和转动方向不同时，投饲船可实现前进、后退和转向；驱动控制器22根据遥控器25发出的信号，控制投饲船驶出码头，目视距离内，遥控控制投饲船行驶至开阔水面。
自主导航阶段。导航系统27和驱动系统28持续工作，当投饲船行驶至开阔水面后，遥控器25发出信号，导航系统27切换为自动导航模式，遥控器25及遥控模块15停止工作，自动导航模块16开始工作，系统采用卫星定位自主导航；养殖网箱29的位置信息已经预先存储在自动导航模块16中，在开阔水域行驶时，投饲船使用卫星定位，自动导航模块16中的卫星定位系统会准确定位投饲船的当前位置，并且根据既定的养殖网箱的位置信息计算行程并规划最优路径，自动导航模块16会根据行驶需要向驱动系统28中的驱动控制器22发送信号，驱动控制器22对接收到的信号进行分析并决策，驱动控制器22调整双电动马达的转动方式，双电动马达23带动螺旋桨24转动推动投饲船行驶在最优路径上。
当投饲船在航线上行驶时，水上避障控制器17和水下避障控制器18同时工作，对水上及水下的行驶路况进行实时分析。本系统的水上避障控制器17采用双目相机，利用双目相机测距原理对水面上的行驶环境进行分析；水下避障控制器18采用声波雷达，利用声波测距原理对水面下的行驶环境进行分析。当投饲船在行驶过程中遇到水面上的障碍物时，水上避障控制器17中的双目相机会对障碍物进行拍照分析，包括障碍物距投饲船的距离和障碍物的大小等信息；水上避障控制器17将采集到的障碍物信息发送至驱动控制器22，驱动控制器22分析接收到的信息，根据投饲船当前的行驶速度进行决策，计算出投饲船避开障碍物所需要偏离航线的角度大小；驱动控制器22根据决策信息调整双电动马达的转动方式，双电动马达带动螺旋桨24工作来调整投饲船的行驶角度以避开障碍物。当投饲船避开障碍物后，自动导航模块16会根据行驶需要向驱动控制器22发送信号，驱动控制器22将再次调整双电动马达的转动方式，保证投饲船重新回到航线上。当投饲船在行驶过程中遇到水面下的障碍物时，水下避障控制器18的工作原理同水上避障控制器17相同；水下避障控制器18中的声波雷达会对障碍物进行分析，包括障碍物距投饲船的距离和障碍物的大小等信息；水下避障控制器18将采集到的障碍物信息发送至驱动控制器22，驱动控制器22分析接收到的信息，根据投饲船当前的行驶速度进行决策，判断投饲船避开障碍物所需要偏离航线的角度大；驱动控制器22根据决策信息调整双电动马达的转动方式，双电动马达带动螺旋桨24工作来调整投饲船的行驶角度以避开障碍物。当投饲船避开障碍物后，自动导航模块16会根据行驶需要向驱动控制器22发送信号，驱动控制器22将再次调整双电动马达的转动方式，保证投饲船重新回到航线上。现实情况中，投饲船在行驶过程中遇到的障碍物不会单一的完全漂浮在水面上或完全淹没在水面下，通常情况下，一个障碍物的上半部分会浮在水面上，下半部分会浸在水面下。当投饲船在行驶路径上遇到上述障碍物时，水上避障控制器17和水下避障控制器18同时对障碍物进行分析，驱动控制器22会根据分析结果进行决策，计算出投饲船避开障碍物所需要偏离航线的角度大小，控制投饲船避开障碍物后再由自动导航模块16控制重新回到航线上。
投饲准备阶段。当投饲船到达指定养殖网箱29位置后，水上避障控制器17中的双目相机开始动作，双目相机会寻找网箱的具体位置，浮子30位于养殖网箱29的中心位置，同时，自动寻标模块19开始工作，自动寻标模块19会根据已经确定的网箱位置对网箱中心的浮子30进行检测，当确定浮子30的具体位置后，自动寻标模块19会向驱动控制器22发送信号，驱动控制器22会根据接收到的信号调整电动马达23的转动方式，电动马达23带动螺旋桨24工作，从而将船头调整到正对浮子30的方向，此时投饲系统24中的送料风筒7也正对浮子方向。
投饲阶段。当投饲船的位置调整完成后，投饲系统26开始工作，投饲系统26中的自动寻标模块19会向投饲控制器10发送投饲信号，投饲控制器10会根据接收到的信号首先接通风送电机控制器12，风送电机控制器12接通后，风送电机6开始工作，风送电机6带动风机14开始工作，此时饲料还未进入送料风筒7中，随后投饲控制器10接通水平送料电机控制器11，水平送料电机控制器11接通后，水平送料电机4开始工作，水平送料电机带动水平送料器13开始工作，饲料从存料箱2下落至下料器3中，然后从下料器3中落入水平送料筒5中，水平送料器13将饲料从水平送料筒5送至送料风筒7中，风机14运转，将饲料从送料风筒7中喷洒至浮子附近位置。当出现海面作业环境恶劣，船身晃动幅度较大时，自稳平台8可保证投饲系统的正常稳定工作。
自主导航返航阶段。当投饲工作完成后，自动导航模块16工作，停船码头的位置信息已经预先存储在自动导航模块16中，投饲船在自动导航模块16的控制下返航，返航途中，水上避障控制器17和水下避障控制器18正常工作，以保证投饲船正常返回码头。当投饲船返回到码头后，操作者手持遥控器25与遥控模块15进行通信，控制投饲船停靠在指定位置。

Claims (4)

1.一种无人导航投饲船，其特征在于：包括船体、投饲系统、导航系统、驱动系统；投饲系统位于船体的前段，投饲系统整体固定在支架上，支架的底端固定在自稳平台上；投饲系统包括存料箱、下料器、水平送料筒、送料风筒，存料箱用于存放饲料，存料箱与下料器的上端固定连接，下料器的下端与水平送料筒固定连接，水平送料电机与水平送料筒固定连接，水平送料器内置于水平送料筒中，水平送料电机为水平送料器提供动力，水平送料器运转将饲料从水平送料筒送至送料风筒中，水平送料筒与送料风筒联通，送料风筒的底端与风机固定连接，风机与风送电机固定连接，风送电机为风机提供动力，风机运转将送料风筒中的饲料吹送至指定网箱位置，送料风筒与船头方向一致；所述导航系统位于船体的中段，导航系统包括遥控模块、自动导航模块、自动寻标模块；遥控模块通过导线与导航控制电源连接；遥控模块与驱动控制器通过导线连接，遥控器与遥控模块之间为无线通信；自动导航模块与导航控制电源通过导线连接，自动导航模块包括水上避障控制器和水下避障控制器，自动寻标模块与导航控制电源通过导线连接；自动寻标模块与投饲控制器通过导线连接，自动寻标模块与驱动控制器通过导线连接，导航控制电源通过导线为遥控模块、自动导航模块和自动寻标模块提供电能；养殖网箱的中心位置固定有一浮子，浮子用于自动寻标模块检测养殖网箱的中心位置，所述自动寻标模块根据检测到的浮子位置向驱动控制器发送信号；当确定养殖网箱的中心位置后，自动寻标模块向投饲控制器发送信号。
2.根据权利要求1所述的无人导航投饲船，其特征在于：投饲控制电源与水平送料电机控制器、风送电机控制器均通过导线连接，投饲控制器与水平送料电机控制器、风送电机控制器均通过导线连接，水平送料电机与水平送料电机控制器通过导线连接，风送电机与风送电机控制器通过导线连接；水平送料器与水平送料电机固定连接，风机与风送电机固定连接；投饲控制电源通过导线为风送电机、风送电机控制器、水平送料电机、水平送料电机控制器和投饲控制器提供电能。
3.根据权利要求1所述的无人导航投饲船，其特征在于：驱动系统位于船体的尾段，驱动系统包括驱动控制电源、驱动控制器、电动马达和螺旋桨，电动马达与螺旋桨固定连接，电动马达与螺旋桨均有两个，以实现双电动马达差速控制投饲船的运动；水上避障控制器、水下避障控制器与驱动控制器均通过导线连接，驱动控制电源与驱动控制器通过导线连接，电动马达与驱动控制器通过导线连接，电动马达与驱动控制电源通过导线连接；驱动控制电源通过导线为驱动控制器和电动马达提供电能。
4.一种无人导航投饲方法，其特征在于：是采用权利要求1～3中任一项所述的无人导航投饲船，包括下述步骤：
（1）启动阶段，导航系统及驱动系统开始工作，操作者手持遥控器与遥控模块通信，控制投饲船驶出码头，投饲船行驶至开阔水域后切换为自动导航模式，自动导航模块开始工作；
（2）养殖网箱的位置信息已经预先存储在自动导航模块中，在开阔水域上行驶时，投饲船使用卫星定位，自动导航模块会根据行驶需要向驱动系统中的驱动控制器发送信号，驱动控制器接收到自动导航模块的信号后开始动作，驱动控制器调整电动马达的转动方式，电动马达带动螺旋桨工作，实现行驶路径的自主规划；
（3）当投饲船在航线上行驶时，水上避障控制器和水下避障控制器同时工作，对水上及水下的行驶路况进行实时分析；水上避障控制器采用双目相机，利用双目相机测距原理对水面上的行驶环境进行分析；水下避障控制器采用声波雷达，利用声波测距原理对水面下的行驶环境进行分析；当遇到水上障碍物时，水上避障控制器会对障碍物进行分析，包括障碍物距投饲船的距离和障碍物的大小信息，水上避障控制器将采集到的信息发送至驱动控制器，驱动控制器会根据接收到的信息发出控制信号来调整电动马达的转动方式，电动马达带动螺旋桨工作来调整投饲船的行进角度以避开障碍物；当投饲船驶离障碍物后，自动导航模块会根据行驶需要向驱动系统中的驱动控制器发送信号，以保证投饲船重新回到航线上；水下避障控制器的工作原理与水上避障控制器相同；
（4）当投饲船到达指定养殖网箱位置后，自动寻标模块开始工作，自动寻标模块根据检测到的浮子位置向驱动控制器发送信号，驱动控制器根据接收到的信号调整电动马达的转动方式，电动马达带动螺旋桨工作，将船头调整到正对浮子的方向；当确定养殖网箱的中心位置后，自动寻标模块向投饲控制器发送信号，投饲控制器根据接收到的信号首先接通风送电机控制器，风送电机带动风机开始工作，随后水平送料电机控制器接通，水平送料电机带动水平送料器开始工作，饲料从下料器落入水平送料筒中，水平送料器将饲料送至送料风筒中，风机运转将饲料喷洒至浮子的附近位置；当出现海面作业环境恶劣，船身晃动幅度较大时，自稳平台可保证投饲系统的正常稳定工作。
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