CN111427350B - 一种基于麦克纳姆轮的自主移动式增氧机的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于麦克纳姆轮的自主移动式增氧机的控制方法，通过低精度GPS/BD导航系统、水质检测传感器与方位传感器信息融合的养殖水域自主移动式增氧方式，用于实现全池塘的均匀增氧以及水体的上下层流动。移动式增氧机通过水质检测传感器自动判断池塘水质情况，确定池塘需要增氧的点，通过GIS系统规划移动式增氧机增氧的路径，利用低精度GPS/BD导航系统和方位传感器共同确定移动式增氧机的当前航向角和目标航行角，为移动式增氧机跟踪规划好的作业路径提供控制信息。本发明通过麦克纳姆轮动力结构的运作，实现移动和定点增氧，提升全池塘溶解氧浓度，改善养殖水域的水质状况，从而提高水产生物的活力，提高渔业养殖产量，产生更高的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及对麦克纳姆轮小船的运动模型分析，涉及一种基于低精度GPS/BD导航系统、水质检测传感器、方位传感器组合的自主移动式的智能增氧机的控制方法。
背景技术
溶解氧是水产养殖中一个重要的因素，溶解氧浓度决定了水产生物的活力情况，因此提高溶解氧浓度至关重要。在河蟹养殖过程中，如果池塘中溶解氧发生了变化，将对水产生物产生影响。当养殖水域的溶解氧在5mg/L以上时，河蟹的摄食量达到最佳值；在养殖水域的溶解氧降为4mg/L时，河蟹的摄食量下降13％；在养殖水域的溶解氧降为2mg/L时，河蟹的摄食量下降54％，生长停滞。所以在不同的溶解氧浓度的情况下，河蟹养殖会带来很大的差别。因此，我国的渔业养殖标准规定养殖场所任何时候溶解氧不得低于3mg/L。
目前我国提高溶解氧的方法主要有：化学增氧、生物增氧以及机械增氧。化学增氧的具体方法：向养殖水域投入例如过氧化钙、过氧化氢等化学试剂，化学试剂遇水后在水中发生化学作用释放氧气，提升水中的溶解氧的含量；生物增氧的具体方法包括：在养殖水域栽植一些水草或者人为增加水体中的浮游生物量，通过水草和浮游生物的光合作用，吸收水体中的二氧化碳，释放氧气，提升水中的溶解氧的含量；机械增氧是目前采取的最多的措施，具体方法包括：射流式增氧机、叶轮式增氧机、水车式增氧机、曝气式增氧机。通过机械结构的作用，达到提升水中溶解氧的作用。利用化学增氧的方式提高鱼塘的溶解氧的缺点：完全依赖人工，成本很高也会影响养殖水域的水质，对水造成污染并且存放化学试剂不当会降低其效果；利用生物增氧的方式提高鱼塘的溶解氧的缺点，水中营养过剩，就会导致水草疯长，影响池塘的光照度，水草腐烂上浮，造成池水恶化并且在阴天以及晚上时，水草会发生呼吸作用，消耗水中的空气；利用机械增氧的方式增氧必须对其进行定期的维护，维修成本高，并且目前大部分的增氧机都是定点增氧，局限于一定面积范围内，属于单点增氧。
因此，寻找一种方便又不损害水质的增氧方式，为养殖人员减轻负担，提高池塘养殖率，提高经济效率等方面意义重大。基于麦克纳姆轮的自主移动式增氧机是对水车式增氧机的改进，因为水车式的增氧机只能单点增氧，无法实现全池塘、全方位的增氧，通过麦克纳姆轮式明轮的驱动可以实现移动以及增氧的目的。
发明内容
本发明的目的在于实现全池塘、全方位的增氧，提出了一种基于麦克纳姆轮的自主移动式的增氧机的控制方法。通过麦克纳姆轮的动力学模型的特性，实现移动式增氧机前进、后退、左移、右移、原地不动等不同的运动状态，通过水质检测船每7-10米的测定，记录池塘中各点的溶解氧的值，发现需要增氧的地点，通过移动式水质检测船的系统，发送信息到服务器，服务器再发送信号给移动式增氧机，安排移动式增氧机进行增氧。通过低精度的GPS/BD系统确定位置，通过水质检测传感器、方位传感器以及GPS/BD系统这三个的数据，融合计算并判断自主移动式增氧机的移动方向，进而实现增氧的目的。
本发明的技术方案为：一种基于麦克纳姆轮的自主移动式增氧机，用于实现全池塘全方位的均匀增氧。
1.本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括一下步骤：
(a)：通过自动作业船对池塘中预先规划的路径中标出一系列的点进行水质检测，具体方案是：针对池塘中每隔7-10米的点进行水质情况的测定，以此来检测池塘各处的PH值以及溶解氧的分布情况；
(b)：根据测定结果得知各点的PH值以及溶解氧的分布情况，建立一个需要增氧机增氧的数据库，分析得出需要移动式增氧机增氧的一些地点，标注在此池塘的电子地图上，为移动式增氧机提供一系列作业点；
(c)：通过GIS系统规划移动式增氧机增氧的路径，利用低精度GPS/BD导航系统和方位传感器共同确定移动式增氧机的当前航向角和目标航向角，为移动式增氧机跟踪规划好的作业路径提供控制信息；
(d)：移动式增氧机通过麦克纳姆轮动力学结构的运动，实现移动式增氧机原地增氧以及全池塘的运动；
(e):判断移动增氧机当前位置与目标点的距离OA。当OA距离较大时，移动式增氧机距离目标位置较远时，麦克纳姆轮驱动电机采用高速前进模式，4只电机同向高速运行；当OA距离较小时，移动式增氧机距离目标位置较近时，麦克纳姆轮驱动电机采用低速前进模式，两侧各有一个电机处于高速运转状态，另一个电机处于速度稍低反向运转状态；当移动式增氧机到达需增氧的地点时，移动式增氧机停止向前，通过四个轮子的协同运作，在目标点实现增氧的功能；
(f):到达需增氧目的地，利用麦克纳姆轮的特性，电机驱动移动式增氧机实现原地增氧。
2.对于所述步骤(a)的详细描述为：步骤(a)中所述的水质情况的测定，是依靠在一个在事先规划好的路径上能自动行驶的水质检测船，提前在路径上标注出需要测水质的各个点，通过水质方面的监测，利用通信的方式传送给数据库；自动作业船采用明轮驱动方式，明轮分布于船体两侧，水平位置相同，采用4个麦克纳姆轮式的明轮，麦克纳姆轮协同运作时，实现移动式增氧机多种运动状态；GPS/BD导航系统中的GPS采用单天线，固定于船尾控制柜上方，位于自动作业船中轴线上；方位传感器用于获得当前运动方向，为转向角的计算提供数据，安装于主控制柜内，位于自动作业船的中轴线上。所述移动式增氧机的导航方式为：移动式增氧机的导航方式是从预先设定的某一起点出发，沿堤塘平行运动，间隔一定距离的内螺旋路径，该路径可通过一系列拐点的坐标进行描述，拐点与拐点之间则为航迹线，移动式增氧机通过水质检测船的水质检测情况，确定拐点，通过遍历航迹线最大限度的覆盖水质较差的地方。
3.对于所述步骤(b)的详细描述为：建立一个需要增氧机增氧的数据库，在水产养殖对于溶解氧要求这方面，在河蟹养殖过程中，当养殖水域的溶解氧在5mg/L以上时，河蟹的摄食量达到最佳值；在养殖水域的溶解氧降为4mg/L时，河蟹的摄食量下降13％；在养殖水域的溶解氧降为2mg/L时，河蟹的摄食量下降54％，生长停滞。所以在不同的溶解氧浓度的情况下，河蟹养殖会带来很大的差别。因此，我国的渔业养殖标准规定养殖场所任何时候溶解氧不得低于3mg/L。所以我们通过上面的水质情况的测定，记录那些溶解氧的值低于3mg/L的地点，在GIS上标注出来，确定回字形路径T0→T1→…→Tk-1→Tk→Tk+1→…→TN，并且确定路径T0→T1为作业船起始的目标路径，此处T0，T1…TN为规划出的直线路径拐点，标注在此池塘的电子地图上，为移动式增氧机提供一系列作业点。为移动式增氧机做好全局的地图信息。
4.对于所述步骤(c)的详细描述为：此次采用的GPS/BD导航系统的检测的精度是2m。低精度的GPS/BD系统所测得的作业船当前的经纬度信息不直接参与导航参数的精确计算，而是为作业船的导航信息融合提供判定依据以及地图信息。
5.对于所述步骤(d)的详细描述为：移动式增氧机在本身点利用自身的旋转，通过方位传感器确定移动式增氧机的航向角，为移动式增氧机的转向提供数据，方位传感器采用的是地磁传感器，利用地磁感应元件确定当前的方向。地磁传感器是移动式增氧机运动的关键，并且地磁对周围环境较为敏感，因此在安装地磁传感器时必须注意的是避免周围环境有其他物体的干扰。地磁数据随着时间的改变，它的准确性会得不到保证，因此需要养殖人员应进行周期性的校准，以防随着时间的变化，地磁数据对航向角的影响。
6.对于所述步骤(e)的详细描述为：在移动式增氧机行进过程中，需要电机供给明轮动力，在行进过程中需要保证移动式增氧机只受到Y轴的动力，此时就需要对麦克纳姆轮的动力学模型进行分析。
在移动式增氧机距离需增氧目标点较远时，即OA较大时，此时A、C轮同时向前转动，B、D轮同时也向前转动，因此A轮会产生两个方向的力，B轮会产生两个方向的力，C轮会产生两个方向的力，D轮会产生两个方向的力。此时X方向上的力：
FAx＝FX
FBx＝-FX
FCX＝-FX
FDX＝FX
其中FAX、FBX、FCX、FDX分别为A轮、B轮、C轮、D轮在X方向上的力，FX为明轮转动时产生的动力。
此时Y方向上的力
FAY＝FY
FBY＝FY
FCY＝FY
FDY＝FY
其中，FAY、FBY、FCY、FDY分别为A轮、B轮、C轮、D轮在Y方向上的力，FY为明轮转动时产生的动力。
通过力学分析得知移动式增氧机的A、B、C、D四个轮子X方向的力是相互抵消的，Y方向上的力是向前叠加的。因此，移动式增氧机就会沿着航线直线前行，不存在左右平移的状况。此时移动式增氧机的前进的动力也达到了最大，保持全速前进。
当移动式增氧机快要到达需增氧目标点时，即OA较小时，此时A、C轮向前转动，B、D稍向后转动。因此A轮会产生两个方向的力，B轮会产生两个方向的力，C轮会产生两个方向的力，D轮会产生两个方向的力。此时X方向上的力：
FAX＝FX
FBX＝-1/2FX
FCX＝-FX
FDX＝1/2FX
其中FAX、FBX、FCX、FDX分别为A轮、B轮、C轮、D轮在X方向上的力，FX为明轮转动时产生的动力。
此时Y方向上的力
FAY＝FY
FBY＝-1/2FY
FCY＝FY
FDY＝-1/2FY
其中，FAY、FBY、FCY、FDY分别为A轮、B轮、C轮、D轮在Y方向上的力，FY为明轮转动时产生的动力。
通过力学分析得知移动式增氧机的A、B、C、D四个轮子X方向的力是相互抵消的，Y方向上的力也会相应的减少。因此移动式增氧机的动力也会减小，减小惯性对移动式增氧机的影响。
7.对于所述步骤(f)的详细描述为：在移动式增氧机到达目的地后，移动式增氧机就需要保持在原地不动，就需要对麦克纳姆轮的动力学模型进行分析。
在移动式增氧机到达需增氧的地点时，此时A、B轮同时向后转动，C、D轮同时向前转动，此时A轮会产生两个方向的力，B轮会产生两个方向的力，C轮会产生两个方向的力，D轮会产生两个方向的力。此时X方向上的力：
FAX＝FX
FBX＝FX
FCX＝-FX
FDX＝-FX
其中FAX、FBX、FCX、FDX分别为A轮、B轮、C轮、D轮在X方向上的力，FX为明轮转动时产生的动力。
此时Y方向上的力
FAY＝-FY
FBY＝FY
FCY＝-FY
FDY＝FY
其中，FAY、FBY、FCY、FDY分别为A轮、B轮、C轮、D轮在Y方向上的力，FY为明轮转动时产生的动力。
这样Y方向的力将会进行抵消，移动式增氧机不会有前进、后退的动力，X方向的力也会进行抵消，移动式增氧机也不会有左移、右移的动力。此时，移动式增氧机保持力守恒，能够在原地保持不动，并搅动目标点处的水，将上层溶解氧浓度高的水与下层的水进行交换，目标点溶解氧浓度高的水向四周流动，达到促进上下层水体的流动以及改善水质的目的。
本发明的有益效果：
本发明的技术特点在于通过低精度GPS导航系统确定需要增氧的点，通过方位传感器确定移动式增氧机的行进方向，通过麦克纳姆轮动力结构实现移动式增氧机全池塘的均匀增氧。
通过低精度GPS/BD导航系统、水质检测传感器与方位传感器信息融合的养殖水域自主移动式增氧方式，用于实现全池塘的均匀增氧以及水体的上下层流动。移动式增氧机通过水质检测传感器自动判断池塘水质情况，确定池塘需要增氧的点，通过GIS系统规划移动式增氧机增氧的路径，利用低精度GPS/BD导航系统和方位传感器共同确定移动式增氧机的当前航向角和目标航行角，为移动式增氧机跟踪规划好的作业路径提供控制信息。本发明通过麦克纳姆轮动力结构的运作，实现移动和定点增氧，提升全池塘溶解氧浓度，改善养殖水域的水质状况，从而提高水产生物的活力，提高渔业养殖产量，产生更高的经济效益。
附图说明
图1是明轮安装示意图；(A)左前明轮；(B)右前明轮；(C)左后明轮；(D)右后明轮；
图2是GIS确定需增氧地点示意图
图3是移动式增氧机高速前进时动力学分析示意图；
图4是移动式增氧机低速前进时动力学分析示意图；
图5是移动式增氧机原地增氧时动力学分析示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。
本发明提出一种基于麦克纳姆轮的自主移动式的智能增氧机如图1所示，结合低精度GPS/BD导航系统、方位传感器、水质检测传感器三个传感器，实现全池塘均匀增氧。本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
(a)：首先进行水质检测的实验，通过水质检测船每7-10米对池塘中水质的检测，得到池塘中各个点的溶解氧、PH值以及水温的数据。根据不同的天气情况，设定不同的增加溶解氧的标准库。例如在池塘中的水温较高时，河蟹的摄食量会有所降低，在池塘中的水温较低时，河蟹的摄食量也会降低，要相对应的根据天气情况调整溶解氧增加的标准。若此时增加溶解氧还是和正常水温一样时，河蟹的摄食量会降低，也影响河蟹的生长，此时提高水中的溶解氧的浓度有助于提高河蟹的摄食量。
(b)：根据各点的溶解氧、PH值以及水温的数据，分析得出需要移动式增氧机增氧的一系列地点，在水质检测船行走路线的基础上，标出需要增氧的地点如图2所示，舍去那些溶解氧浓度高的地点，为移动式增氧机提供一系列点，通过串口下载，为移动式增氧机提供增氧的地图；
(c)：通过GIS系统的数据规划作业船的目标航线、目标航线与距离塘堤的距离L、下一位置的目标点以及转弯点的位置信息。当作业船行驶至相关位置时，开始转向或者切换相应的航迹线；
(d)：移动式增氧机在本身点利用自身的旋转，通过方位传感器确定移动式增氧机的航向角，为移动式增氧机的转向提供数据；
(e)：判断移动增氧机当前位置与目标点的距离OA。当OA距离较大时，移动式增氧机距离目标位置较远时，麦克纳姆轮驱动电机采用高速前进模式，4只电机同向高速运行如图3所示；当OA距离较小时，移动式增氧机距离目标位置较近时，麦克纳姆轮驱动电机采用低速前进模式，两侧各有一个电机处于高速运转状态，另一个电机处于速度稍低反向运转状态如图4所示；在移动式增氧机行进过程中，需要电机供给明轮动力，在行进过程中需要保证移动式增氧机只受到Y轴的动力，此时就需要对麦克纳姆轮的动力学模型进行分析：
在移动式增氧机距离目标点较远时，即OA较大时，此时左右前轮A、C轮同时向前转动，左右后轮B、D轮同时也向前转动，因此A轮会产生两个方向的力，B轮会产生两个方向的力，C轮会产生两个方向的力，D轮会产生两个坐标方向的力；此时X方向上的力：
FAX＝FX
FBX＝-FX
FCX＝-FX
FDX＝FX
其中FAX、FBX、FCX、FDX为X方向上的力，FX为明轮转动时产生的动力。
此时Y方向上的力：
FAY＝FY
FBY＝FY
FCY＝FY
FDY＝FY
其中，FAY、FBY、FCY、FDY为Y方向上的力，FY为明轮转动时产生的动力。
通过力学分析得知移动式增氧机的A、B、C、D四个轮子X方向的力是相互抵消的，Y方向上的力是向前叠加的；因此，移动式增氧机就会沿着航线直线前行，不存在左右平移的状况，此时移动式增氧机的前进的动力也达到了最大，保持全速前进；
当移动式增氧机快要到达目标点时，即OA较小时，此时A、C轮向前转动，B、D稍向后转动；因此A轮会产生两个方向的力，B轮会产生两个方向的力，C轮会产生两个方向的力，D轮会产生两个方向的力；此时X方向上的力：
FAX＝FX
FBX＝-1/2FX
FCX＝-FX
FDX＝1/2FX
其中FAX、FBX、FCX、FDX为X方向上的力，FX为明轮转动时产生的动力。
此时Y方向上的力：
FAY＝FY
FBY＝-1/2FY
FCY＝FY
FDY＝-1/2FY
其中，FAY、FBY、FCY、FDY为Y方向上的力，FY为明轮转动时产生的动力。
通过力学分析得知移动式增氧机的A、B、C、D四个轮子X方向的力是相互抵消的，Y方向上的力是向前叠加的，移动式增氧机的动力也会减小，减小惯性对移动式增氧机的影响，以此来保证移动式增氧机能够平稳的到达增氧地点。
在移动式增氧机到达目的点后，移动式增氧机需保持在目标点不动，此时对麦克纳姆轮的动力学模型进行分析，在移动式增氧机到达需增氧的地点时，此时A、C轮同时向后转动，B、D轮同时向前转动，此时A轮会产生两个方向的力，B轮会产生两个方向的力，C轮会产生两个方向的力，D轮会产生两个方向的力；此时X方向上的力：
FAX＝FX
FBX＝FX
FCX＝-FX
FDX＝-FX
其中FAX、FBX、FCX、FDX为X方向上的力，FX为明轮转动时产生的动力。
此时Y方向上的力：
FAY＝-FY
FBY＝FY
FCY＝-FY
FDY＝FY
其中，FAY、FBY、FCY、FDY为Y方向上的力，FY为明轮转动时产生的动力。
这样Y方向的力将会进行抵消，移动式增氧机不会有前进、后退的动力，X方向的力也会进行抵消，移动式增氧机也不会有左移、右移的动力；此时，移动式增氧机保持力守恒，能够在原地保持不动，并搅动目标点处的水，将上层溶解氧浓度高的水与下层的水进行交换，目标点溶解氧浓度高的水向四周流动，达到促进上下层水体的流动以及改善水质的目的。
(f)：到达需增氧目的地，利用麦克纳姆轮的特性，电机驱动移动式增氧机实现原地增氧如图5所示。
该发明通过低精度的GPS/BD系统确定导航轨迹拐点的位置以及轨迹航向，通过水质传感器确定池塘中各点的溶解氧、PH值以及水温的状况，通过方位传感器确定当前自动作业船的运动方向。通过三种传感器的数据融合计算，实现自动作业船的转向选择与控制。具体将从以下几个方面进行阐述：
1、移动式增氧机的导航方式
移动式增氧机的导航方式是从预先设定的某一起点出发，沿堤塘平行运动，间隔一定距离的内螺旋路径。该路径可通过一系列拐点的坐标进行描述，拐点与拐点之间则为航迹线。移动式增氧机通过水质检测船的水质检测情况，确定拐点，通过遍历航迹线最大限度的覆盖水质较差的地方。
2、明轮的安装
自动作业船采用明轮驱动方式。明轮分布于船体两侧，水平位置相同，具体安装位置见附图1。采用4个麦克纳姆轮式的明轮，可以增强移动式增氧机的动力，麦克纳姆轮协同运作时，可以实现移动式增氧机多种运动状态。
3、传感器的安装
3.1低精度GPS的安装
自动作业船导航系统采用精度为2m的低精度导航设备，能够确保在较低成本的条件下，实现定位精度在2m的范围内。GPS采用单天线，固定于船尾控制柜上方，位于自动作业船中轴线上。
3.3方位传感器的安装
方位传感器用于获得当前运动方向，为转向角的计算提供数据。安装于主控制柜内，位于自动作业船的中轴线上，安装位置如图1。
需要注意，方位传感器主要成分是地磁感应器件，是通过地磁感应元件确定当前的方向，因而对周边地磁环境较为敏感。方位传感器安装时应当考虑周围空间的电磁屏蔽与干扰，安装过程中需要尽量避免四周出现金属物质，以免数据产生混乱，造成结果的不准确。
综上所述，本发明的一种基于低精度GPS、水质检测传感器、方位传感器组合的自主移动式的智能增氧机，用于实现蟹塘的自动增氧。自动增氧机的导航方式是从某点出发，根据水质检测船对池塘水质的溶解氧浓度测量，判别池塘中各点水质情况，形成增氧机需要增氧的一系列的点。该发明通过低精度的GPS系统确定导航轨迹拐点的位置以及轨迹航向，通过方位传感器确定当前自动作业船的运动方向。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种基于麦克纳姆轮的自主移动式增氧机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)：通过自动作业船对池塘中预先规划的路径中标出一系列的点进行水质检测：针对池塘中每隔7-10米的点进行水质情况的测定，以此得知池塘各处的PH值以及溶解氧的分布情况；
(b)：根据测定结果得知的各点PH值以及溶解氧的分布情况，建立一个需要增氧机增氧的数据库，分析得出需要移动式增氧机增氧的一些地点，标注在此池塘的电子地图上，为移动式增氧机提供一系列作业点；
(c)：通过GIS系统规划移动式增氧机增氧的路径，利用低精度GPS/BD导航系统和方位传感器共同确定移动式增氧机的当前航向角和目标航向角，为移动式增氧机跟踪规划好的作业路径提供控制信息；
(d)：移动式增氧机通过麦克纳姆轮动力学结构的运动，实现移动式增氧机原地增氧以及全池塘的运动；
(e)：判断移动增氧机当前位置与目标点的距离OA，当OA距离较大时，即移动式增氧机距离目标位置较远时，麦克纳姆轮驱动电机采用高速前进模式，4只电机同向高速运行；当OA距离较小时，即移动式增氧机距离目标位置较近时，麦克纳姆轮驱动电机采用低速前进模式，两侧各有一个电机处于高速运转状态，另一个电机处于速度稍低反向运转状态；当移动式增氧机到达需增氧的地点时，移动式增氧机停止向前，通过四个轮子的协同运作，在目标点实现增氧的功能；
所述步骤(e)的具体过程为：在移动式增氧机行进过程中，需要电机供给明轮动力，在行进过程中需要保证移动式增氧机只受到Y轴的动力，此时需要对麦克纳姆轮的动力学模型进行分析：
在移动式增氧机距离目标点较远时，即OA较大时，此时左右前轮A、C轮同时向前转动，左右后轮B、D轮同时也向前转动，因此A轮会产生两个方向的力，B轮会产生两个方向的力，C轮会产生两个方向的力，D轮会产生两个方向的力；此时X方向上的力：
FAx＝FX
FBX＝-FX
FCX＝-FX
FDX＝FX
其中FAX、FBX、FCx、FDX分别为A轮、B轮、C轮、D轮在X方向上的力，FX为明轮转动时产生的动力；
此时Y方向上的力：
FAY＝FY
FBY＝FY
FCY＝FY
FDY＝FY
其中，FAY、FBY、FCY、FDY分别为A轮、B轮、C轮、D轮在Y方向上的力，FY为明轮转动时产生的动力，
通过力学分析得知移动式增氧机的A、B、C、D四个轮子X方向的力是相互抵消的，Y方向上的力是向前叠加的；因此，移动式增氧机就会沿着航线直线前行，不存在左右平移的状况，此时移动式增氧机的前进的动力也达到了最大，保持全速前进；
当移动式增氧机快要到达目标点时，即OA较小时，此时A、C轮向前转动，B、D稍向后转动；因此A轮会产生两个方向的力，B轮会产生两个方向的力，C轮会产生两个方向的力，D轮会产生两个方向的力；此时X方向上的力：
FAX＝FX
FBX＝-1/2FX
FCX＝-FX
FDX＝1/2FX
此时Y方向上的力：
FAY＝FY
FBY＝-1/2FY
FCY＝FY
FDY＝-1/2FY，
通过力学分析得知移动式增氧机的A、B、C、D四个轮子X方向的力是相互抵消的，Y方向上的力是向前叠加的，移动式增氧机的动力也会减小，减小惯性对移动式增氧机的影响，以此来保证移动式增氧机能够平稳的到达增氧地点；
(f)：到达需增氧目的地，利用麦克纳姆轮的特性，电机驱动移动式增氧机实现原地增氧；
所述步骤(f)的具体过程为：在移动式增氧机到达目的点后，移动式增氧机需保持在目标点不动，此时对麦克纳姆轮的动力学模型进行分析，在移动式增氧机到达需增氧的地点时，此时A、C轮同时向后转动，B、D轮同时向前转动，此时A轮会产生两个方向的力，B轮会产生两个方向的力，C轮会产生两个方向的力，D轮会产生两个方向的力；此时X方向上的力：
FAX＝FX
FBX＝FX
FCX＝-FX
FDX＝-FX
其中FAX、FBX、FCx、FDX分别为A轮、B轮、C轮、D轮在X方向上的力，FX为明轮转动时产生的动力；
此时Y方向上的力：
FAY＝-FY
FBY＝FY
FCY＝-FY
FDY＝FY
其中，FAY、FBY、FCY、FDY分别为A轮、B轮、C轮、D轮在Y方向上的力，FY为明轮转动时产生的动力；
这样Y方向的力将会进行抵消，移动式增氧机不会有前进、后退的动力，X方向的力也会进行抵消，移动式增氧机也不会有左移、右移的动力；此时，移动式增氧机保持力守恒，能够在原地保持不动，并搅动目标点处的水，将上层溶解氧浓度高的水与下层的水进行交换，目标点溶解氧浓度高的水向四周流动，达到促进上下层水体的流动以及改善水质的目的。
2.根据权利要求1所述的一种基于麦克纳姆轮的自主移动式增氧机的控制方法，其特征在于，所述自动作业船采用明轮驱动方式，明轮分布于船体两侧，水平位置相同，采用4个麦克纳姆轮式的明轮，麦克纳姆轮协同运作时，实现移动式增氧机多种运动状态；GPS/BD导航系统中的GPS采用单天线，固定于船尾控制柜上方，位于自动作业船中轴线上；方位传感器用于获得当前运动方向，为转向角的计算提供数据，安装于主控制柜内，位于自动作业船的中轴线上。
3.根据权利要求2所述的一种基于麦克纳姆轮的自主移动式增氧机的控制方法，其特征在于，所述移动式增氧机的导航方式为：移动式增氧机的导航方式是从预先设定的某一起点出发，沿堤塘平行运动，间隔一定距离的内螺旋路径，该路径可通过一系列拐点的坐标进行描述，拐点与拐点之间则为航迹线，移动式增氧机通过水质检测船的水质检测情况，确定拐点，通过遍历航迹线最大限度的覆盖水质较差的地方。
4.根据权利要求1所述的一种基于麦克纳姆轮的自主移动式增氧机的控制方法，其特征在于，所述步骤(b)具体过程为：建立一个需要增氧机增氧的数据库，在水产养殖对于溶解氧要求这方面，当养殖水域的溶解氧在5mg/L以上时，河蟹的摄食量达到最佳值；在养殖水域的溶解氧降为4mg/L时，河蟹的摄食量下降13％；在养殖水域的溶解氧降为2mg/L时，河蟹的摄食量下降54％，生长停滞；记录溶解氧的值低于3mg/L的地点，在GIS上标注出来，确定回字形路径为T0→T1→...→Tk-1→Tk→Tk+1→…→TN，并且确定路径T0→T1为作业船起始的目标路径，此处T0，T1…TN为规划出的直线路径拐点，标注在此池塘的电子地图上，为移动式增氧机提供一系列作业点。
5.根据权利要求1所述的一种基于麦克纳姆轮的自主移动式增氧机的控制方法，其特征在于，所述步骤(c)中，GPS/BD导航系统的检测的精度是2m，为移动式增氧机的导航信息融合提供判定依据以及电子地图信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于麦克纳姆轮的自主移动式增氧机的控制方法，其特征在于，所述步骤(d)中，移动式增氧机在本身点利用自身的旋转，通过方位传感器确定移动式增氧机的航向角，为移动式增氧机的转向提供数据，方位传感器采用的是地磁传感器确定航向角的方式，利用地磁感应元件确定当前的方向。
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