CN110692548B - 具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置及方法，具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，包括：机器人船体、设置在机器人船体上的主控制单元、导航单元、生物体监测单元、投食单元、撒药单元、水质监测与改善单元；机器人船体在导航单元的导航下按照预先规划的路线进行巡航，完成水质监测任务、投食任务和撒药任务；水质监测与改善单元，用于在主控制单元的控制下针对不同的巡航点执行不同的水质监测与改善任务；生物体监测单元，用于实现不同巡航点水产品分布状况的监测；投食单元，用于针对不同的巡航点执行不同的投食任务。本发明能够实现广阔水域条件下水产养殖的自动化管理，有效替代了人工养殖模式。

Description

具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置及方法
技术领域
本发明涉及水产养殖技术领域，具体涉及一种具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置及方法。
背景技术
随着社会经济的发展，人们对水产品的需求逐年增加，水产养殖业向规模化、大型化、工厂化发展。水产养殖技术的发展避免了远洋出海面对环境多变的海洋气候的危险。也可以实现周期性的收获，从而使鱼类的生长资源合理分配，增强了资源运用的高效性，大大提高、了水产养殖的生产水平以及生产力。
但国内水产养殖自动化养殖滞后，而且人工喂食的效率低，费时费力，人工对环境监测的缺点突出，耗费大量劳动力、监测不及时、数据不精准，导致水产养殖产量低下。人工养殖模式已不能满足逐年增长的需求量，急需一种可以辅助广阔水域条件下水产养殖的移动式智能化软、硬件作业机器人作业平台。
发明内容
由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提出一种具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置及方法。
本发明实施例提供了一种具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，包括：机器人船体以及设置在机器人船体上的主控制单元、导航单元、生物体监测单元、投食单元、撒药单元和水质监测与改善单元；
其中，所述机器人船体在所述导航单元的导航下按照预先规划的路线进行巡航，完成水质监测任务、投食任务和撒药任务；
所述水质监测与改善单元，用于在所述主控制单元的控制下针对不同的巡航点执行不同的水质监测与改善任务；其中，所述水质监测与改善单元中包含有太赫兹探测器；所述太赫兹探测器用于检测漂浮在水面的漂浮物以及检测当前水质中渔药和重金属的残留状况；
所述生物体监测单元，用于实现不同巡航点水产品分布状况的监测；
所述投食单元，用于在所述主控制单元的控制下针对不同的巡航点执行不同的投食任务；
所述撒药单元，用于在所述主控制单元的控制下针对不同的巡航点执行不同的撒药任务；
其中，所述具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置还包括：至少两台无人机，所述无人机挂载在机器人船体上，用于近水面广域空间的环境巡检、信息采集和辅助投食，所述机器人船体与所述无人机之间通过太赫兹实现信息的实时传输和高速通信。
进一步地，所述水质监测与改善单元还包括：水温传感器、pH 值传感器、ORP分析仪、盐度传感器、含氧量传感器和增氧机。
进一步地，所述生物体监测单元包括声呐和水下摄像装置，通过声呐及水下摄像装置监测养殖对象的活动情况、位置及密度；所述水下摄像装置，用于捕捉水下彩色图像，观察养殖对象的活动情况，并辅助监测水体质量。
进一步地，所述投食单元通过饵料传送机构和饵料抛撒机构执行投食任务；其中，所述投食单元的投食预设量和投食时间在PC端或移动端设置，由主控制单元控制投食工作；当到达投食时间时，机器人船体在投食点范围内，按照设定好的投食预设量、投食速度以及投食巡航速度巡航投食；投食过程中在PC端或移动端显示饵料剩余情况；当称重机构检测到余料不足时，将信息发送到主控制单元，机器人船体回到初始停泊点等待添加饵料，并在PC端或移动端发出警报。
进一步地，所述撒药单元采用撒药机构按照预设的撒药模式执行撒药任务；
其中，所述撒药单元进行撒药时通过液位测量药物余量，药物不足时，将信息发送到主控制单元，机器人船体回到初始停泊点等待添加药物，并在PC端或移动端发出警报。
进一步地，所述饵料传送机构根据负压原理获取颗粒状饵料，调节负压力控制饵料输送速度和单位时间输送。
进一步地，所述导航单元包括移动控制器、GPS定位模块、激光雷达、左推进器和右推进器；
GPS定位模块与主控制单元串口通信，采用GPS有源天线，天线位于机器人船体顶部；
激光雷达，用于获取周围障碍物信息，并将获取到的数据发送给主控制单元，由主控制单元处理判断后，给移动控制器发送相应指令，再由移动控制器控制左推进器和右推进器；
激光雷达位于船体头部，便于检测前方障碍物，实现避障功能；
左推进器和右推进器采用涵道式推进器，机器人船体尾部左右各一个，采用差分式转向。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于上面所述的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置的广域养殖方法，包括：
机器人船体从初始停泊点出发，按照预先设定的多个巡航点、巡航速度、巡航点驻留时间自动巡航；巡航时，机器人船体以设定的巡航速度依次经过各个巡航点；
巡航过程中，水质监测与改善单元传回检测数据，并由中央处理器处理后通过无线传输模块上传到云服务器端进行存储；
其中，含氧量传感器传回的检测数据，由主控制单元与设定值比较，判断是否开启增氧机；
其中，水温传感器、pH 值传感器、ORP分析仪、盐度传感器、含氧量传感器传回的检测数据，在云服务器中储存，PC端和移动端访问云服务器获取数据，并根据预先存储的各种水产养殖品种的喜好环境条件，智能推荐最适合的养殖水产品种，并在PC端和移动端进行提醒；
其中，太赫兹探测器在巡航过程中检测漂浮在水面的漂浮物，并对水产品的分层现象进行识别，然后执行相应分层抓取动作予以打捞；太赫兹探测器对当前水质中渔药、重金属残留进行检测，当超过预设警戒值后，在PC端和移动端进行报警提醒；
巡航过程中，通过声呐及水下摄像装置监测养殖对象的活动情况、位置及密度，并在发现养殖对象的活动情况、位置及密度发生异常时，在PC端和移动端进行报警提醒；
巡航过程中，当到达投食时间时，机器人船体在投食点的投食范围内，按照预先设定好的投食路径、投食预设量、投食速度以及投食巡航速度巡航投食；
巡航过程中，当到达撒药时间时，机器人船体在预设撒药范围内，按照设定好的撒药预设量、撒药速度以及撒药巡航速度巡航撒药；
其中，巡航过程中，无人机进行近水面广域空间的环境巡检、信息采集和辅助投食，并通过太赫兹通信技术将无人机采集的信息发送给机器人船体。
进一步地，所述的广域养殖方法，还包括：
预先规划机器人船体在投食点的投食范围内的投食路径。
进一步地，所述预先规划机器人船体在投食点的投食范围内的投食路径，具体包括：
在投食点的投食范围内以投食范围的中心点A为中心做等距螺旋轨迹远离A点，直到到达投食范围边界的B点时，得到机器人船体在投食点的投食范围内的投食路径；
相应地，机器人船体在投食点进行投食任务时，先到达投食范围边界的B点，然后从B点开始按照等距螺旋轨迹执行投食任务，当到达A点时结束投食任务。
由上述技术方案可知，本发明实施例提供的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置由于包含了机器人船体、设置在机器人船体上的主控制单元、导航单元、生物体监测单元、投食单元、撒药单元、水质监测与改善单元，从而使得机器人船体在导航单元的导航下按照预先规划的路线进行巡航，完成水质监测任务、投食任务和撒药任务。由此可知，本发明实施例能够实现广阔水域条件下水产养殖的自动化管理，有效替代了人工养殖模式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置的机械结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的投食路径示意图；
附图标记：
1-涵道式推进器，2-机器人船体，3-饵料抛撒机构，4-储料箱， 5-增氧机，6-GPS导航装置，7-激光雷达，8-太赫兹探测器，9-系统电路板，10-船载电源，11-摄像头，12-声呐，13-含氧量测量装置， 14-水温测量装置，15-pH 值检测装置，16-ORP分析仪，17-盐度测量装置。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1示出了本发明一实施例提供的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，包括：机器人船体以及设置在机器人船体上的主控制单元、导航单元、生物体监测单元、投食单元、撒药单元和水质监测与改善单元；
其中，所述机器人船体在所述导航单元的导航下按照预先规划的路线进行巡航，完成水质监测任务、投食任务和撒药任务；
所述水质监测与改善单元，用于在所述主控制单元的控制下针对不同的巡航点执行不同的水质监测与改善任务；其中，所述水质监测与改善单元中包含有太赫兹探测器；所述太赫兹探测器用于检测漂浮在水面的漂浮物以及检测当前水质中渔药和重金属的残留状况；
所述生物体监测单元，用于实现不同巡航点水产品分布状况的监测；
所述投食单元，用于在所述主控制单元的控制下针对不同的巡航点执行不同的投食任务；
所述撒药单元，用于在所述主控制单元的控制下针对不同的巡航点执行不同的撒药任务；
其中，所述具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置还包括：至少两台无人机，所述无人机挂载在机器人船体上，用于近水面广域空间的环境巡检(与水质监测与改善单元不同的是，无人机从水面上方监测污染物、水质、危险因素等外部环境)、信息采集(水产品数量、密度、活跃状态等)和辅助投食，所述机器人船体与所述无人机之间通过太赫兹实现信息的实时传输和高速通信。
其中，无人机的部署方式有多种多样，例如可以在机器人船体周边部署完整的一周无人机，形成以机器人船体为中心的辐射状的无人机分布状况，使得无人机协助监测机器人船体周边的相关情况。此外，也可以在机器人船体的一侧部署若干个无人机，以使得无人机协助监测机器人船体这一侧的相关情况。
在本实施例中，需要说明的是，通过在机器人船体上挂载无人机，从而可以拓宽广域养殖机器人装置的养殖服务范围，如能够协助得到更为广阔和精确的环境巡检结果和信息采集结果，从而有利于进行水质、养殖周边环境、养殖密度和养殖状况的分析，同时还能够进行辅助投食，从而有利于增强投食效果，解决漏投或远离船体的区域投食效果差的问题。此外，由于无人机与机器人船体之间采用的是基于 6G的太赫兹通信技术进行通信，从而能够实现信息的实时传输和高速通信。
在本实施例中，需要说明的是，由于不同的巡航点养殖有不同的养殖对象，而不同的养殖对象对水质的要求、对食饵的要求、容易患病的类型均不同，因此针对不同的巡航点有不同的水质监测任务、不同的投食任务和撒药任务。
在本实施例中，需要说明的是，由于本实施例提供的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，全部采用机器人的操作方式实现了广域养殖的自动化管理，从而节省了广域水产养殖过程中人力劳动。
由上述技术方案可知，本发明实施例提供的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置由于包含了机器人船体、设置在机器人船体上的主控制单元、导航单元、生物体监测单元、投食单元、撒药单元、水质监测与改善单元，从而使得机器人船体可以在导航单元的导航下按照预先规划的路线进行巡航，完成水质监测任务、投食任务和撒药任务。由此可知，本发明实施例能够实现广阔水域条件下水产养殖的自动化管理，有效替代了人工养殖模式。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述水质监测与改善单元包括：水温传感器、pH 值传感器、ORP分析仪、盐度传感器、含氧量传感器、增氧机和太赫兹探测器；如图2所示，本实施例提供的广域养殖机器人上设置有涵道式推进器1，机器人船体2，饵料抛撒机构3，储料箱4，增氧机5，GPS导航装置6，激光雷达7，太赫兹探测器8，系统电路板9，船载电源10，摄像头11，声呐12，含氧量测量装置13，水温测量装置14，pH 值检测装置15，ORP分析仪16，盐度测量装置17。
可以理解的是，水温传感器用于监测水域中水的温度，pH 值传感器用于监测水域中水的pH 值，氧化还原电位在线ORP分析仪用于监测水质的氧化还原电位，也即水质的氧化性或还原性的相对程度。ORP值是水质中一个重要指标，它虽然不能独立反应水质的好坏，但是能够综合其他水质指标来反映水族系统中的生态环境。盐度传感器用于监测水域中水的盐度，含氧量传感器用于监测水中的含氧量，增氧机用于增加水中的含氧量。所述太赫兹探测器用于检测漂浮在水面的漂浮物；所述太赫兹探测器还用于检测水域中的水产品分层状况；所述太赫兹探测器还用于检测当前水质中渔药和重金属的残留状况。
在本实施例中，需要说明的是，由于太赫兹波整体惧水，而对塑料、泡沫等非极性物质呈现弱吸收特性，且能实现良好的重叠分层检测，基于上述特性，机器人船体上安装的太赫兹探测器装备，可检测水面的塑料、泡沫等漂浮物，且对重叠现象可实现分层识别，然后可以执行相应分层抓取动作予以打捞。另外，太赫兹波对渔药、重金属等具有吸收特性，可对水质蘸取取样后迅速干燥，使用太赫兹波进行当前水质中渔药、重金属残留的快速检测，当超过一定警戒后，可以在终端进行报警。
在本实施例中，所述具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置还包括：数据存储与可视化单元，所述数据存储与可视化单元包括云服务器、PC端和移动端。
在本实施例中，需要说明的是，所述水质监测与改善单元中各传感器通信方式均为RS485串口通信；上述各传感器安装在机器人船体底部，充分与水体接触；在本实施例中，水温传感器采用DS18B20 数字温度传感器，盐度传感器使用电导率传感器实现。
在本实施例中，所述水质监测与改善单元的各测量参数数据发送到主控制单元，由主控制单元上传至云服务器，由服务器对数据进行存储，然后由PC端或移动端访问云服务器并对数据进行可视化处理。
在本实施例中，服务器端可以在对当前水质参数一定时间数据监测的基础上，通过大数据分析当前水质是否适合养殖某种水产品，并给出相应养殖水产品种类建议。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述生物体监测单元包括声呐和水下摄像装置，通过声呐及水下摄像装置监测养殖对象的活动情况、位置及密度；所述水下摄像装置，用于捕捉水下彩色图像，观察养殖对象的活动情况，并辅助监测水体质量，例如，根据拍摄的彩色图像可以判断出水质清洁度，以便于及时进行相应的水质清洁工作。
在本实施例中，巡航过程中，生物体检测单元包括声呐和水下摄像装置，可实现对鱼群数量的定量测定，以便于调整投食量。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述投食单元通过饵料传送机构和饵料抛撒机构执行投食任务；其中，所述投食单元的投食预设量和投食时间在PC端或移动端设置，由主控制单元控制投食工作；当到达投食时间时，机器人船体在投食点范围内，按照设定好的投食预设量、投食速度以及投食巡航速度巡航投食；投食过程中在 PC端或移动端显示饵料剩余情况；当称重机构检测到余料不足时，将信息发送到主控制单元，机器人船体回到初始停泊点等待添加饵料，并在PC端或移动端发出警报。
在本实施例中，需要说明的是，投食单元包括称重机构、饵料传送机构、饵料抛撒机构和储料箱，其中储料箱位于船体尾部，将储料箱内装入配制好的药物，选择撒药模式，即可进行撒药要操作。由于水产养殖对投食有定点、定时、定量的要求，所述投食单元，在PC端或移动端设置投食预设量，由主控制单元控制投食机工作，控制传送机构的输送速度、单位时间送料量等，以更加精细的分配饵料。所述饵料传送机构由负压原理获取颗粒状饵料，调节负压力即可控制输送速度和单位时间输送量，达到定量控制，节省饵料的目的。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述撒药单元采用撒药机构按照预设的撒药模式执行撒药任务；
其中，所述撒药单元进行撒药时通过液位测量药物余量，药物不足时，将信息发送到主控制单元，机器人船体回到初始停泊点等待添加药物，并在PC端或移动端发出警报。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述饵料传送机构根据负压原理获取颗粒状饵料，调节负压力控制饵料输送速度和单位时间输送量，达到定量控制，节省饵料的目的。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述导航单元包括移动控制器、GPS定位模块、激光雷达、左推进器和右推进器；
GPS定位模块与主控制单元串口通信，采用GPS有源天线，天线位于机器人船体顶部；
激光雷达，用于获取周围障碍物信息，并将获取到的数据发送给主控制单元，由主控制单元处理判断后，给移动控制器发送相应指令，再由移动控制器控制左推进器和右推进器；
激光雷达位于船体头部，便于检测前方障碍物，实现避障功能；
左推进器和右推进器采用涵道式推进器，机器人船体尾部左右各一个，采用差分式转向。
在本实施例中，机器人船体的控制架构采用主从分布式结构，从控制单元直接与硬件进行数据传输，主控制单元进行系统各部分的统筹运算；机器人船体的主控制单元采用微型工控主机，搭载Ubuntu 操作系统，采用ROS(Robot Operating System)框架；主从控制单元之间的通讯采用字符串格式的上层通讯协议，由主控制单元发送相应的功能符，从控制单元解析后再返回数据给主控制单元，并执行相应的动作；主控制单元与云服务器之间通过TCP/IP协议传输数据，并且采用位于太赫兹波段的第六代通信技术进行通讯(6G)，可实现较广区域的各类图像等高清数据的高速、高容量、实时传输。此外，需要说明的是，船载电源及系统电路板安装在防潮室内；此外，需要说明的是，所述运动控制器采用STM32F103，直接控制左推进器和右推进器；所述GPS定位模块与主控制单元串口通信，采用GPS有源天线，天线位于船体顶部；所述激光雷达，用于获取周围障碍物信息，并将数据发送给主控制单元，由主控制单元处理判断后，给移动控制器发送相应指令，再由移动控制器控制推进器；所述激光雷达位于船体头部，便于检测前方障碍物，实现避障功能；所述推进器采用涵道式推进器，船体尾部左右各一个，采用差分式转向。
根据上面描述可知，本实施例提供的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，实现了全自动化运行，安全可靠，节省了水产养殖环境监测中人的劳动量。此外，本实施例提供的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，运用现代智能机器人技术，增强了数据的实时性与精准性，大大提高了检测效果，在问题发生的初始阶段解决问题，增加了生产效益。此外，本实施例提供的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，将数据集中储存，并做可视化处理，便于生产分析。
本发明另一实施例还提供了一种基于如上面实施例所述的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置的广域养殖方法，该方法具体包括如下步骤：
S1、机器人船体从初始停泊点出发，按照预先设定的多个巡航点、巡航速度、巡航点驻留时间自动巡航；巡航时，机器人船体以设定的巡航速度依次经过各个巡航点；
S2、巡航过程中，水质监测与改善单元传回检测数据，并由中央处理器处理后通过无线传输模块上传到云服务器端进行存储；
S3、含氧量传感器传回的检测数据，由主控制单元与设定值比较，判断是否开启增氧机；
S4、水温传感器、pH 值传感器、ORP分析仪、盐度传感器、含氧量传感器传回的检测数据，在云服务器中储存，PC端和移动端访问云服务器获取数据，并根据预先存储的各种水产养殖品种的喜好环境条件，智能推荐最适合的养殖水产品种，并在PC端和移动端进行提醒；
在本步骤中，在获取当前广域水面环境的检测数据后，将这些检测数据输入至预设智能推荐模型中，得到当前广域水面环境适合养殖的水产品。其中，所述预设智能推荐模型是根据预先收集的样本数据基于机器学习模型进行模型训练后得到的。具体地，将预先收集的不同水温数据、不同pH 值数据、不同ORP数据、不同含盐量数据、不同含氧量数据作为样本输入数据，将与每一组样本输入数据对应的适合养殖的水产品作为样本输出数据，基于机器学习算法进行模型训练后得到的。
在本实施例中，在通过机器学习的方式进行模型训练时，可以采用CNN或RNN模型进行模型训练，下面以CNN模型为例进行说明，CNN模型的结构主要包括：一个输入层、n个卷积层、n个池化层、m个全连接层、一个输出层；其中，所述输入层的输入为包含不同水温数据、不同pH 值数据、不同ORP数据、不同含盐量数据、不同含氧量数据的样本输入数据，输入层与卷积层C1相连接；所述卷积层C1含有k1个大小为a1×a1的卷积核，所述输入层的样本输入数据经过卷积层C1得到k1个特征图，进而将得到的特征图传送至池化层P1；所述池化层P1以b1×b1的采样大小对所述卷积层C1生成的特征图进行池化，得到相应的k1个采样后的特征图，再将得到的特征图传送至下一个卷积层C2；所述n个卷积层和池化层对的顺次连接，进而不断提取样本输入数据深层次的抽样特征，最后一个池化层Pn与全连接层F1相连接，其中，卷积层Ci 含有ki个大小为ai×ai的卷积核，池化层Pj的采样大小为bj×bj， Ci表示第i个卷积层，Pj表示第j个池化层；所述全连接层F1为所述最后一个池化层Pn所得的所有kn个特征图的像素点映射而成的一维层，每个像素代表所述全连接层F1的一个神经元节点，F1层的所有神经元节点与下一个全连接层F2的神经元节点进行全连接；经m个全连接层顺次连接，最后一个全连接层Fm与所述输出层进行全连接；所述输出层输出适合养殖的水产品的样本输出数据。在本实施例中，将预先收集的不同水温数据、不同PH值数据、不同ORP数据、不同含盐量数据、不同含氧量数据作为样本输入数据，将与每一组样本输入数据对应的适合养殖的水产品作为样本输出数据，基于机器学习算法，对上述CNN模型进行训练直到上述CNN 模型收敛为止，进而得到所述智能推荐模型。
S5、太赫兹探测器在巡航过程中检测漂浮在水面的漂浮物，并对水产品的分层现象进行识别，然后执行相应分层抓取动作予以打捞；太赫兹探测器对当前水质中渔药、重金属残留进行检测，当超过预设警戒值后，在PC端和移动端进行报警提醒；
在本步骤中，需要说明的是，由于太赫兹波整体惧水，而对塑料、泡沫等非极性物质呈现弱吸收特性，且能实现良好的重叠分层检测，基于上述特性，机器人船体上安装的太赫兹探测器装备，可检测水面的塑料、泡沫等漂浮物，且对重叠现象可实现分层识别，然后可以执行相应分层抓取动作予以打捞。另外，太赫兹波对渔药、重金属等具有吸收特性，可对水质蘸取取样后迅速干燥，使用太赫兹波进行当前水质中渔药、重金属残留的快速检测，当超过一定警戒后，可以在终端进行报警。
S6、巡航过程中，通过声呐及水下摄像装置监测养殖对象的活动情况、位置及密度，并在发现养殖对象的活动情况、位置及密度发生异常时，在PC端和移动端进行报警提醒；
在本步骤中，通过水下摄像装置拍摄的图像可以判断不同巡航点对应的养殖对象的活动情况，如活动比较频繁，或，较少发生活动。此外，通过水下摄像装置拍摄的图像还可以判断不同巡航点对应的养殖对象的密度，如养殖对象分布比较密集，或，分布比较稀疏。
S7、巡航过程中，当到达投食时间时，机器人船体在投食点的投食范围内，按照预先设定好的投食路径、投食预设量、投食速度以及投食巡航速度巡航投食。
在本步骤中，在巡航过程中，每到达一个投食点对应的投食时间时，根据该投食点对应的养殖对象的特性以及数量状况，按照预先设定的与该投食点对应的投食路径、与该投食点对应的投食预设量、与该投食点对应的投食速度、与该投食点对应的投食巡航速度进行巡航投食，从而完成该投食点的自动投食。
S8、巡航过程中，当到达撒药时间时，机器人船体在预设撒药范围内，按照设定好的撒药预设量、撒药速度以及撒药巡航速度巡航撒药。
在本步骤中，在巡航过程中，每到达一个撒药点对应的撒药时间时，根据该投食点对应的养殖对象的特性以及数量状况，按照与该投食点对应的撒药预设量、与该投食点对应的撒药速度、与该投食点对应的撒药模式(如喷洒、滴洒、灌洒)以及与该投食点对应的撒药巡航速度巡航撒药。一般情况下，养殖对象的数量越多，对应的撒药预设量越多。而对于撒药速度以及撒药巡航速度需要结合药物效果保活时间、药物药性状况、养殖对象对药物的敏感度进行合理设置，以能够实现撒药效果且不会引起养殖对象应激反映作为合理设置撒药速度以及撒药巡航速度的目的。
S9、巡航过程中，无人机进行近水面广域空间的环境巡检、信息采集和辅助投食，并通过太赫兹通信技术将无人机采集的信息发送给机器人船体。
在本步骤中，需要说明的是，通过在机器人船体上挂载无人机，从而可以拓宽广域养殖机器人装置的养殖服务范围，如能够协助得到更为广阔和精确的环境巡检结果和信息采集结果，同时还能够进行辅助投食，从而有利于增强投食效果，解决漏投或远离船体的区域投食效果差的问题。此外，由于无人机与机器人船体之间基于太赫兹进行通信，从而能够实现信息的实时传输和高速通信。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述广域养殖方法，还包括：
S0、预先规划机器人船体在每个投食点的投食范围内的投食路径。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述S0预先规划机器人船体在投食点的投食范围内的投食路径，具体包括：
如图3所示，在投食点的投食范围内以投食范围的中心点A为中心做等距螺旋轨迹远离A点，直到到达投食范围边界的B点时，得到机器人船体在投食点的投食范围内的投食路径；
相应地，机器人船体在投食点进行投食任务时，先到达投食范围边界的B点，然后从B点开始按照等距螺旋轨迹执行投食任务，当到达A点时结束投食任务。
在本实施例中，采用这种方式规划的投食路径，不但能够实现食饵的均匀投放，而且能够实现食饵的慢速投放，从而有利于养殖对象缓慢食用被投放的食饵，从而使得投食效果大大提高。
需要说明的是，此处仅仅给出了圆形投食路径，实际上，对于矩形投食路径也可以，原理类似，故此处不再赘述。
根据上面描述可知，本实施例提供的广域养殖方法，实现了全自动化运行，安全可靠，节省了水产养殖环境监测中人的劳动量。此外，本实施例提供的广域养殖方法，运用现代智能机器人技术，增强了数据的实时性与精准性，大大提高了检测效果，在问题发生的初始阶段解决问题，增加了生产效益。此外，本实施例提供的广域养殖方法，将数据集中储存，并做可视化处理，便于生产分析。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，其特征在于，包括：机器人船体以及设置在机器人船体上的主控制单元、导航单元、生物体监测单元、投食单元、撒药单元和水质监测与改善单元；其中，所述机器人船体在所述导航单元的导航下按照预先规划的路线进行巡航，完成水质监测任务、投食任务和撒药任务；
所述水质监测与改善单元，用于在所述主控制单元的控制下针对不同的巡航点执行不同的水质监测与改善任务；其中，所述水质监测与改善单元中包含有太赫兹探测器；所述太赫兹探测器用于检测漂浮在水面的漂浮物以及检测当前水质中渔药和重金属的残留状况；
所述生物体监测单元，用于实现不同巡航点水产品分布状况的监测；
所述投食单元，用于在所述主控制单元的控制下针对不同的巡航点执行不同的投食任务；
所述撒药单元，用于在所述主控制单元的控制下针对不同的巡航点执行不同的撒药任务；
其中，所述具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置还包括：至少两台无人机，所述无人机挂载在机器人船体上，用于近水面广域空间的环境巡检、信息采集和辅助投食，所述机器人船体与所述无人机之间通过太赫兹实现信息的实时传输和高速通信；
其中，所述投食单元通过饵料传送机构和饵料抛撒机构执行投食任务；其中，所述投食单元的投食预设量和投食时间在PC端或移动端设置，由主控制单元控制投食工作；当到达投食时间时，机器人船体在投食点范围内，按照设定好的投食预设量、投食速度以及投食巡航速度巡航投食；投食过程中在PC端或移动端显示饵料剩余情况；当称重机构检测到余料不足时，将信息发送到主控制单元，机器人船体回到初始停泊点等待添加饵料，并在PC端或移动端发出警报。
2.根据权利要求1所述的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，其特征在于，所述水质监测与改善单元还包括：水温传感器、pH 值传感器、ORP分析仪、盐度传感器、含氧量传感器和增氧机。
3.根据权利要求1所述的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，其特征在于，所述生物体监测单元包括声呐和水下摄像装置，通过声呐及水下摄像装置监测养殖对象的活动情况、位置及密度；所述水下摄像装置，用于捕捉水下彩色图像，观察养殖对象的活动情况，并辅助监测水体质量。
4.根据权利要求1所述的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，其特征在于，所述撒药单元采用撒药机构按照预设的撒药模式执行撒药任务；
其中，所述撒药单元进行撒药时通过液位测量药物余量，药物不足时，将信息发送到主控制单元，机器人船体回到初始停泊点等待添加药物，并在PC端或移动端发出警报。
5.根据权利要求1所述的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，其特征在于，所述饵料传送机构根据负压原理获取颗粒状饵料，调节负压力控制饵料输送速度和单位时间输送量。
6.根据权利要求1所述的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置，其特征在于，所述导航单元包括移动控制器、GPS定位模块、激光雷达、左推进器和右推进器；
GPS定位模块与主控制单元串口通信，采用GPS有源天线，天线位于机器人船体顶部；
激光雷达，用于获取周围障碍物信息，并将获取到的数据发送给主控制单元，由主控制单元处理判断后，给移动控制器发送相应指令，再由移动控制器控制左推进器和右推进器；
激光雷达位于船体头部，便于检测前方障碍物，实现避障功能；
左推进器和右推进器采用涵道式推进器，机器人船体尾部左右各一个，采用差分式转向。
7.一种基于如权利要求1～6任一项所述的具备太赫兹传感和通信功能的广域养殖机器人装置的广域养殖方法，其特征在于，包括：
机器人船体从初始停泊点出发，按照预先设定的多个巡航点、巡航速度、巡航点驻留时间自动巡航；巡航时，机器人船体以设定的巡航速度依次经过各个巡航点；
巡航过程中，水质监测与改善单元传回检测数据，并由中央处理器处理后通过无线传输模块上传到云服务器端进行存储；
其中，含氧量传感器传回的检测数据，由主控制单元与设定值比较，判断是否开启增氧机；
其中，水温传感器、pH 值传感器、ORP分析仪、盐度传感器、含氧量传感器传回的检测数据，在云服务器中储存，PC端和移动端访问云服务器获取数据，并根据预先存储的各种水产养殖品种的喜好环境条件，智能推荐最适合的养殖水产品种，并在PC端和移动端进行提醒；
其中，太赫兹探测器在巡航过程中检测漂浮在水面的漂浮物，并对水产品的分层现象进行识别，然后执行相应分层抓取动作予以打捞；太赫兹探测器对当前水质中渔药、重金属残留进行检测，当超过预设警戒值后，在PC端和移动端进行报警提醒；
巡航过程中，通过声呐及水下摄像装置监测养殖对象的活动情况、位置及密度，并在发现养殖对象的活动情况、位置及密度发生异常时，在PC端和移动端进行报警提醒；
巡航过程中，当到达投食时间时，机器人船体在投食点的投食范围内，按照预先设定好的投食路径、投食预设量、投食速度以及投食巡航速度巡航投食；
巡航过程中，当到达撒药时间时，机器人船体在预设撒药范围内，按照设定好的撒药预设量、撒药速度以及撒药巡航速度巡航撒药；
其中，巡航过程中，无人机进行近水面广域空间的环境巡检、信息采集和辅助投食，并通过太赫兹通信技术将无人机采集的信息发送给机器人船体。
8.根据权利要求7所述的广域养殖方法，其特征在于，还包括：
预先规划机器人船体在投食点的投食范围内的投食路径。
9.根据权利要求8所述的广域养殖方法，其特征在于，所述预先规划机器人船体在投食点的投食范围内的投食路径，具体包括：
在投食点的投食范围内以投食范围的中心点A为中心做等距螺旋轨迹远离A点，直到到达投食范围边界的B点时，得到机器人船体在投食点的投食范围内的投食路径；
相应地，机器人船体在投食点进行投食任务时，先到达投食范围边界的B点，然后从B点开始按照等距螺旋轨迹执行投食任务，当到达A点时结束投食任务。
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