CN111208836A - 一种自主规划航线的水产养殖作业船 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自主规划航线的水产养殖作业船，包括船体、驱动装置、开源飞控APM、前置侧推机构和地面站，驱动装置包括电机、传动机构、明轮、尾舵和蓄电池，明轮通过传动机构与电机传动连接，尾舵控制船体前进方向；蓄电池为电机、尾舵、开源飞控APM和前置侧推机构提供工作电源；地面站用于规划航线并给开源飞控APM发送指令，以及监测作业船的行进路线和作业参数；开源飞控APM包括GPS导航模块，开源飞控APM调整作业船的行进速度和行进路线；前置侧推机构辅助船体转向掉头。本发明所述作业船按照指定航线行进、转向灵活、定位精度高，且能在自主巡线过程中改变运行速度、实时显示船体运行轨迹，并生成任务日志以供查看。
Description
技术领域
本发明属于水产养殖设备，具体涉及一种自主规划航线的水产养殖作业船。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们的水产品的需求也越来也大。因此，为了满足市场需求，人工水产品养殖的规模越来越壮大，而且养殖区域也在不断扩大，与此同时，养殖人员的工作量面临严峻的挑战，亟需提高养殖工作中的效率。
在鱼虾等水产品的养殖过程中需要进行投饵、施药、增氧等多个环节，并且鱼虾等水产品在生长旺盛期食欲较强，每天投饵的次数需要增加，同时还要定期对养殖塘施药。目前鱼虾等水产品的养殖过程的各个环节大多是人工操作，在投饵和施药时，需要人工划船，在船上投饵、撒药，费时费力；不仅如此，操作时养殖人员需要在船上来回走动，导致船容易失稳、甚至倾翻，带来了安全隐患；但是，传统的水产养殖设备自主巡线定位精度低、转向不灵活、基站设备成本高，无法按照指定航线工作运行。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种无需架设定位基站、定位精度高、能够自主巡线、转向灵活，且能在自主巡线过程中改变运行速度、实施显示船体运行轨迹的自主规划航线的水产养殖作业船。
技术方案：本发明包括船体、驱动装置、开源飞控APM、前置侧推机构和地面站，所述驱动装置包括电机、传动机构、明轮、尾舵和蓄电池，所述明轮设于船体外侧，并且明轮通过传动机构与电机传动连接，所述尾舵设于船体尾部，用于控制船体的前进方向；所述蓄电池为电机、尾舵、开源飞控APM和前置侧推机构提供工作电源；所述地面站用于规划航线、设定船体返航时蓄电池的电压值并给开源飞控APM发送指令，同时，地面站还用于监测作业船的行进路线和作业参数；所述开源飞控APM包括GPS导航模块，开源飞控APM用于调整作业船的行进速度和行进路线；所述前置侧推机构设于船头，用于辅助船体转向掉头。
所述电机、尾舵和前置侧推机构分别与开源飞控APM电性连接，开源飞控APM根据地面站发送的指令来控制电机的启停和转速、尾舵运动和前置侧推机构的启停与转向来调整作业船的行进速度和行进路线。
所述地面站采用Mission Planner开源地面站，地面站与开源飞控APM采用无线方式对频连接，且地面站内置地图软件；所述Mission Planner开源地面站可以设置起始点、返航点、水域边界点，以及可以规划船体指定的作业航线和障碍点的避障航线，实现全水域自主航行作业。
还包括太阳能电池板，所述船体内固定安装支撑板，太阳能电池板倾斜安装在支撑板上，且太阳能电池板与蓄电池电性连接，采用太阳能电池板辅助蓄电池充电较为节能环保。
所述船体的头部设有函道，前置侧推机构设置在船头的函道中，并且前置侧推机构由马达驱动涡轮旋转，能够辅助船体转向和掉头。
所述明轮与电机的数量均为两个，每个明轮配有独立控制的电机，两个明轮对称安装在船体两侧，能够根据实际需要单独控制每个明轮的转动。
所述开源飞控APM控制两个电机差速运动，从而控制作业船的左右转向。
所述电机输出轴的旋转方向为正向旋转或反向旋转，控制作业船的前进或者后退。
所述电机内设有电子调速器，电机通过电子调速器与开源飞控APM电性连接，电子调速器根据APM的控制信号，将蓄电池的直流输入转变为一定频率的交流输出，用于控制电机的转速和转向。
所述电性连接采用的导线均为防水防腐蚀电缆线，并且防水防腐蚀电缆线的表皮为PU材质。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)能够自主规划航线并且按照指定航线行进；(2)在自主巡线过程中可以改变运行速度、蓄电池电能不足时自动返航；(3)实时显示船体运行轨迹位置以及运行参数、生成任务日志等多种功能；(4)前置侧推机构和尾舵配合，辅助作业船灵活快速转向。(5)采用GPS对船体进行定位，定位精度高；(6)无需架设基站，定位和航线规划方便快捷，且设备成本低。
附图说明
图1为本发明所述自主规划航线的水产养殖作业船的结构示意图；
图2为本发明所述自主规划航线的水产养殖作业船的主视图；
图3为本发明所述自主规划航线的水产养殖作业船的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明作进一步详细介绍。
如图1至图3所示，本发明包括船体1、驱动装置、太阳能电池板7、开源飞控APM8、前置侧推机构9和地面站10，驱动装置包括电机2、传动机构3、明轮4、尾舵5和蓄电池6，明轮4设于船体1外侧，并且明轮4通过传动机构3与电机2传动连接，电机2带动明轮4转动，电机2输出轴的旋转方向为正向旋转或反向旋转，实现作业船的前进或者后退。在本实施例中，传动机构3为传动轴，船体1的两个侧面开设一组对称的通孔，传动轴穿过通孔，且传动轴一端连接明轮4，传动轴另一端连接电机2；尾舵5设于船体1尾部，尾舵5设有转向舵机，通过指令控制转向舵机的启停和转向来驱动尾舵5，最终可以控制船体1的前进方向；蓄电池6为电机2、尾舵5、开源飞控APM8和前置侧推机构9提供工作电源；船体1内固定安装支撑板，太阳能电池板7倾斜安装在支撑板上，且太阳能电池板7与蓄电池6电性连接。
如图1所示，开源飞控APM8包括GPS导航模块，GPS导航模块记录船体的位置和速度，开源飞控APM8根据地面站10提供的规划路径以及GPS模块获得的反馈信息，实时调整作业船的行进速度、行进路线；电机2、尾舵5和前置侧推机构9分别与开源飞控APM8电性连接，本实施例中，电性连接采用的导线均为防水防腐蚀电缆线，并且防水防腐蚀电缆线的表皮为PU材质。开源飞控APM8根据地面站发送的指令控制电机2的启停和转速、尾舵5运动和前置侧推机构9的启停与转向，从而为作业船提供前进的转向的动力，实现了调整作业船的行进速度和行进路线的目的；同时，明轮4的叶轮转动还起到拍打水面曝气增氧的作用。本实施例中，明轮4与电机2的数量均为两个，每个明轮4配有独立控制的电机2，两个明轮4对称安装在船体1两侧，开源飞控APM8控制两个电机2差速运动。电机2内设有电子调速器，电机2通过电子调速器与开源飞控APM8电性连接，电子调速器根据APM8的控制信号，将蓄电池6的直流输入转变为一定频率的交流输出，用于控制电机2的转速和转向。
如图1和图3所示，船体1的头部设有函道11，前置侧推机构9设置在船头的函道11中，并且前置侧推机构9由马达驱动涡轮旋转，由开源飞控APM8按照地面站10的规划路线结合自身位置发出信号，控制前置侧推机构9的马达启停和正反转，从而辅助船体转向和掉头。如需作业船匀速前进或者后退，则控制电机2等速正转或反转，作业船如需左转或右转，则控制电机2差速转动，同时控制尾舵5的转向舵机以及前置侧推机构9的马达转动，从而改变船体前进方向。明轮4转动过程中，轮叶拍打水面，使水体和空气氧分交换，起到曝气增氧的效果。
如图1所示，地面站10从开源飞控APM8的串口终端连接，用于规划航线、设定船体1返航时蓄电池6的电压值并给开源飞控APM8发送指令，同时，地面站10还用于监测作业船的行进路线，以及监控作业船的电机转速、电量、运行速度等指标参数并生成任务日志；通过地面站10设置当蓄电池6电压低于某个特定值时，船体1沿指定路线返回起始点。地面站10采用Mission Planner开源地面站，使用用Mission Planner开源地面站可以设置起始点、返航点、水域边界点，以及可以规划船体指定的作业航线和障碍点的避障航线，实现全水域自主航行作业；Mission Planner开源地面站与开源飞控APM8采用2G或4G的无线方式对频连接，地面站10内置地图软件，本实施例中，采用的地图软件为GoogleMaps，使用内置的Google Maps进行即点即得的航点输入，在地面站显示的GoogleMap上点击任意某处，即可实现作业船向所点坐标自主行进，同时可以设置和调整航行姿态和航行速度。
Claims (10)
1.一种自主规划航线的水产养殖作业船，其特征在于：包括船体(1)、驱动装置、开源飞控APM(8)、前置侧推机构(9)和地面站(10)，所述驱动装置包括电机(2)、传动机构(3)、明轮(4)、尾舵(5)和蓄电池(6)，所述明轮(4)设于船体(1)外侧，并且明轮(4)通过传动机构(3)与电机(2)传动连接，所述尾舵(5)设于船体(1)尾部，用于控制船体(1)的前进方向；所述蓄电池(6)为电机(2)、尾舵(5)、开源飞控APM(8)和前置侧推机构(9)提供工作电源；所述地面站(10)用于规划航线、设定船体(1)返航时蓄电池(6)的电压值并给开源飞控APM(8)发送指令，同时，地面站(10)还用于监测作业船的行进路线和作业参数；所述开源飞控APM(8)包括GPS导航模块，开源飞控APM(8)用于调整作业船的行进速度和行进路线；所述前置侧推机构(9)设于船头，用于辅助船体(1)转向掉头。
2.根据权利要求1所述的自主规划航线的水产养殖作业船，其特征在于：所述电机(2)、尾舵(5)和前置侧推机构(9)分别与开源飞控APM(8)电性连接，开源飞控APM(8)根据地面站发送的指令来控制电机(2)的启停和转速、尾舵(5)运动和前置侧推机构(9)的启停与转向来调整作业船的行进速度和行进路线。
3.根据权利要求1所述的自主规划航线的水产养殖作业船，其特征在于：所述地面站(10)采用Mission Planner开源地面站，地面站(10)与开源飞控APM(8)采用无线方式对频连接，且地面站(10)内置地图软件。
4.根据权利要求1所述的自主规划航线的水产养殖作业船，其特征在于：还包括太阳能电池板(7)，所述船体(1)内固定安装支撑板，太阳能电池板(7)倾斜安装在支撑板上，且太阳能电池板(7)与蓄电池(6)电性连接。
5.根据权利要求1所述的自主规划航线的水产养殖作业船，其特征在于：所述船体(1)的头部设有函道(11)，前置侧推机构(9)设置在船头的函道(11)中，并且前置侧推机构(9)由马达驱动涡轮旋转。
6.根据权利要求1所述的自主规划航线的水产养殖作业船，其特征在于：所述明轮(4)与电机(2)的数量均为两个，每个明轮(4)配有独立控制的电机(2)，两个明轮(4)对称安装在船体(1)两侧。
7.根据权利要求6所述的自主规划航线的水产养殖作业船，其特征在于：所述开源飞控APM(8)控制两个电机(2)差速运动。
8.根据权利要求6所述的自主规划航线的水产养殖作业船，其特征在于：所述电机(2)输出轴的旋转方向为正向旋转或反向旋转。
9.根据权利要求2所述的自主规划航线的水产养殖作业船，其特征在于：所述电机(2)内设有电子调速器，电机(2)通过电子调速器与开源飞控APM(8)电性连接，电子调速器根据APM(8)的控制信号，将蓄电池(6)的直流输入转变为一定频率的交流输出，用于控制电机(2)的转速和转向。
10.根据权利要求2所述的自主规划航线的水产养殖作业船，其特征在于：所述电性连接采用的导线均为防水防腐蚀电缆线，并且防水防腐蚀电缆线的表皮为PU材质。
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Cited By (1)
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| CN115437387A (zh) * | 2022-11-08 | 2022-12-06 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 基于人机工程的船舶姿态控制系统 |
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