CN111820172A - 一种便携式渔业养殖智能无人艇 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式渔业养殖智能无人艇，包括三体式充气浮筒；所述三体式充气浮筒上安装有药水仓和饵料仓；所述药水仓和饵料仓的上端安装有电池仓；所述电池仓的上端安装有控制系统；所述三体式充气浮筒上还安装有动力系统。本发明采用新型三体结构，配置饵料仓和药水仓的双料仓模式，整体结构按照模块化设计，方便拆卸和组装，实现自主巡航、智能投料、航路规划、信息上传等功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种便携式渔业养殖智能无人艇，属于智能无人艇技术领域。
背景技术
我国是水产品生产和消费大国，渔业养殖在农业生产中占据重要地位。近年来，我国水产品生产、加工、贸易整体上呈现良好的发展态势，渔业养殖总量呈现持续增长。相对于渔业养殖业的快速发展和巨大规模，我国渔业养殖的配套设施研发相对滞后，主要体现在投料设备智能化水平低、养殖水域污染日益严重、设备整体生产效率低等。
渔业养殖投料作业包括投饵和撒药，目前国内投饵作业主要有人工投饵和机械投饵两种方式。人工投饵是依靠个人经验，使用手工工具人工抛撒饲料，有饲料用量大、劳动强度高、投喂不均匀、喂料不准时、饲料利用率低和残留量大等诸多缺点。特别是在高密度养殖情况下，往往过度投放饲料，不但影响了鱼虾类的摄食率、健康程度和生长速度，并且恶化和污染了水体环境。机械投饵机能够代替人工重复操作，将养殖人员从重复性的操作中解放出来，但缺点也很明显，存在投饵距离受限、自动化程度低、饵料损耗高等问题。而机械式投饵机常常以岸基方式为主，鱼群需要进入集中投饵点进食，这样会加重鱼群抢食的现象，尤其是大多鱼塘、网箱都为综合养殖，个别种类鱼的抢食能力强，这些都不利于鱼群的均匀生长。同时，岸基式投饵方式会造成投饵点附近水域溶氧量降低，造成缺氧现象，导致鱼类摄食和消化能力的下降，影响鱼群的正常生长。对于虾类养殖而言，由于虾类具有区域觅食的习性，通常遍布整个水域，固定式投饵机无法满足全水域的均匀投喂要求。
在投料的撒药作业方面，药物与饵料固定颗粒不同，其需要溶于液体并通过药水方式对全水域均匀覆盖喷洒，故在喷洒方式、药水均匀性、水域覆盖方式上都与投饵作业有较大区别。这就造成撒药机与投饵机无法兼容并同时工作，极大地降低了投料作业的整体工作效率，而独立的投饵机、撒药机及其独立附属配套设备也增加了渔业养殖投资和维护成本。
无人艇是近些年兴起的无人化水面移动平台，其上搭载各类传感器能够实现自主导航、路径规划、水上作业等任务。无人艇技术的发展为高效率、高智能和规模化渔业养殖投料作业提供了新的思路，逐渐受到越来越多的重视，但目前无人艇在投料作业中还存在以下问题：（1）便携性不足，现有无人艇大多基于传统船体改造而成，体积大、质量重，当需要在不同水域进行投料作业时，需要无人艇整装搬运，费时费力；（2）由于投饵和撒药作业的巨大差别，基于无人艇且可同时满足投饵和撒药作业需求的设计还未见报道；（3）针对水产的喂养需求，艇上投料设备的喷洒数量、均匀性、饲料利用率等性能还有待改进；（4）投料作业的自动化、信息化和智能化水平有待提高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明在于提供一种便携式渔业养殖智能无人艇，解决现有技术中存在的投饵和撒药无法同时作业、无人艇便携性和智能性不足、投料设备工作效率不高的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种便携式渔业养殖智能无人艇，包括三体式充气浮筒；所述三体式充气浮筒上安装有药水仓和饵料仓；所述药水仓和饵料仓的上端安装有电池仓；所述电池仓的上端安装有控制系统；所述三体式充气浮筒上还安装有动力系统。
进一步的，所述药水仓的底部安装有水泵；所述水泵的出口处安装有喷管；所述饵料仓的底部安装有螺旋轴送料机构；所述螺旋轴送料机构的螺旋轴连接有送料电机；所述螺旋轴送料机构的出口处安装有投料管；所述投料管上安装有管道风机。
进一步的，所述饵料仓的内部设置有斜面；所述斜面与螺旋轴送料机构的入口连接；所述药水仓和饵料仓上方均设置有补料口；所述补料口上安装有补料盖板；所述补料口对应位置的电池仓上安装有补料电机；所述补料电机的输出轴连接补料盖板。
进一步的，所述螺旋轴的叶片外侧面贴合安装等半径圆柱板。
进一步的，所述电池仓内设置有电池组；所述电池仓的上方设置有无线充电线圈；所述电池仓上设置有前盖。
进一步的，所述药水仓和饵料仓分别通过箍环安装于管材支架上；所述管材支架安装于三体式充气浮筒上。
进一步的，所述管材支架的底端安装有弹簧铰链；所述弹簧铰链与充气浮筒的基座之间通过螺纹连接。
进一步的，所述三体式充气浮筒包括三个充气浮筒；所述三个充气浮筒通过两个管材支架横向固连在一起。
进一步的，所述动力系统包括固定于充气浮筒尾部的电动推进器。
进一步的，所述控制系统包括GPS导航系统、AHRS航姿参考系统、无线模块、存储单元和主控制器；所述GPS导航系统通过串口通信接口与主控制器相连；所述AHRS航姿参考系统通过UART接口与主控制器相连；所述存储单元和无线模块均与主控制器相连。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明将药水仓和饵料仓同时安装在无人艇上，采用一体化设计方式，一体化配置了投饵装置和撒药装置双设备，双设备可以同时无干扰连续作业，提高了渔业养殖投料作业的效率；投料装置采用了气动投饵方式和特殊机械结构，即降低了饵料的破损率，又使投料抛撒更为均匀，有效地提高了饵料的利用率；无人艇采用模块化、便携式设计，与无人船相比，艇身体积小、质量轻，可方便拆卸、组装和运输，为在不同水域的连续快速作业提供了便利。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的饵料仓全部结构的左视图；
图3是本发明实施例的螺旋轴送料机构半剖视图；
图4是本发明实施例的饵料仓全部结构的主视图；
图5是本发明实施例的水泵和导流管的放大视图；
图6是本发明实施例的管材支架与药水箱、饵料箱的箍环快拆结构；
图7是本发明实施例管的材支架与无人艇基座的管螺纹连接的放大视图；
图8是本发明实施例的药水箱的半剖视图；
图9是本发明实施例的饵料箱的半剖视图；
图10是本发明实施例的智能控制功能图。
附图标记：1-药水仓；2-补料盖板；3-补料电机；4-无线充电线圈；5-电池仓；6-信号天线；7-控制系统；8-饵料仓；9-管材支架；10-弹簧铰链；11-送料电机；12-管道风机；13-螺旋轴送料机构；14-投料管；15-电动推进器；16-充气浮筒；17-箍环；18-喷管；19-水泵；20-电池组。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本发明提供了一种便携式渔业养殖智能无人艇，该无人艇可用于渔业养殖中的投料作业，实现自主巡航、智能投料、路径规划、自动补料和充电等功能。
如图1所示，一种便携式渔业养殖智能无人艇，包括三体式充气浮筒、动力系统、投料系统、控制系统和电池系统。三体式充气浮筒用于提供浮力和稳定性。动力系统根据控制系统规划的路径控制电动推进器进行自主巡航。投料系统实现投饵作业、撒药作业、补充饵料与药水作业，饵料和药水分别储存在饵料仓8和药水仓1。投料系统根据控制系统的指令自动投撒水产所需的饵料和药水。
动力系统主要包括电动推进器15和其对应的驱动器。
投料系统由投饵装置和撒药装置构成，主要包括药水仓1、饵料仓8、补料盖板2、补料电机3、螺旋轴送料机构13、水泵19、喷管18、投料管14、管道风机12。
控制系统主要包括GPS导航系统、AHRS航姿参考系统、无线模块、存储单元、主控制器。
电池系统主要包括电池仓5、电池组20、无线充电线圈4，用于给控制系统、动力系统、投料系统持续供电，还可配合智能料仓使用，在电量不足时自动返航并自动充电。
本实施例中，无人艇身为三体结构，配置药水仓1和饵料仓8的双料仓模式，底部由三个充气浮筒16与水面接触，三个充气浮筒16通过两个管材支架9横向固连在一起，其中管材支架9与无人艇的基座连接部分通过螺纹管结构固定连接，便于拆装。充气浮筒16在使用时进行充气，在回收时进行放气，方便无人艇的组装、拆卸和折叠。
无人艇底部三体结构具有宽大的入水面，提高了艇身的稳定性和耐波性，在航行中不易受波浪影响而摇晃；三体结构支撑的甲板面积更大，可以安装更多的装置和设备，携带更多的药水与饵料；三体艇的每个单艇体形相对细长，其兴波阻力小，行驶速度快，三体艇还具有更好的操纵性，具有较小的转弯半径；管材支架9与底部充气浮筒16间安装有弹簧铰链10，在风浪较大的情况下，充气浮筒16吸收高频波引起的振动，弹簧铰链10则消散中低频波能，保障整个无人艇的稳定工作。
本实施例中，动力系统主要由三个电动推进器15提供动力，三个电动推进器分别连接固定于底部充气浮筒16的尾部，在提供强大推力的同时，由于分散的分布位置可以提供更大的推力矩，结合推进器的正反转可使无人艇灵活转弯、转向。具体实施方式为当无人艇需要向右转向时，左方推进器正转提供前进动力，而右方推进器反转提供向后动力；当无人艇需要向左转向时，则右方推进器正转提供前进动力，左方推进器反转提供向后动力。两个推进器通过提供相反的推进力，使无人艇转弯半径更小，对于水域面积受限的网箱养殖情况，其掉头也更加灵活方便。当无人艇需要全速前进时，3个电动推进器15同时正转提供前进动力。
如图1和图6所示，本实施例中，投料系统中的药水仓1和饵料仓8，两个料仓分别通过箍环17安装于两个管材支架9上，其中箍环17采用快拆设计，便于两个料仓与管材支架9之间的便携式拆装。而如图7所示，管材支架9和充气浮筒16的基座之间则通过螺纹管来连接，可以实现管材支架9与充气式浮筒16之间的快速拆卸和组装，在保证了强度的同时提高了拆装的便捷性。
如图1和图5所示，药水仓1下方安装有水泵19，撒药时，水泵19在控制系统的控制下，吸出药水仓1中的药水，通过喷管18将药水定量均匀喷洒在无人艇驶过的路线上。如图5所示，喷管18的为成一定角度的分叉管道，使得药水的喷洒范围更广。
本实施例中，饵料仓8下安装螺旋轴送料机构13。
如图3和图4所示，该螺旋轴送料结构13相较于传统的螺旋轴结构，螺旋轴的叶片外侧面贴合安装等半径圆柱板，防止了叶片外侧与壳体间的间隙碾压饵料导致的饵料破损。同时螺旋轴送料机构13通过送料电机11控制螺旋轴的转速，可以较好地控制送料的速度和数量，达到精准送料。其中螺旋轴送料机构13出口接有投料管14，投料管14后安装管道风机12，采用管道风机12作为气源实现气动抛料，艇体上控制系统可对管道风机12调速，避免风速过低导致的投料管14堵塞或风速过高导致的饵料撞击破损。上述投料管14的出口分为三岔，使饵料抛撒范围更大，分布更为均匀。上述药水仓1和饵料仓8上方均有补料口，补料口通过圆形补料盖板2密封，与补料口对应位置的电池仓5上安装有补料电机3，在需要补料和补药时，配合岸基智能料仓，由控制系统控制补料电机3转动打开圆形补料盖板2，再由岸基智能料仓输送饵料和药水进行补充。
另外的，如图1和图2所示，药水仓1和饵料仓8上固定有电池仓5，电池仓5内可放置电池组20，电池仓5设有可打开的前盖，便于电池更换和拆卸。电池仓5的上方安装有控制系统7与信号天线6，信号天线6用于传输无人艇与云平台之间的数据和信息。电池仓上布置有无线充电线圈，配合岸基智能料仓实现电池组的无线充电。
图8为药水仓1的半剖视图，药水仓1由于主要存放液态的药水，所以仅在底边角落有斜面结构。因为液态的药水密度较小，仅在底边角落设置斜面结构，既可以保证药水在药水仓1中不会残留积聚于角落，又可以使药水仓1可利用体积相对较大，可储存更多的药水，避免无人艇多次往返岸基补充药水，提高撒药效率，节约电量并延长工作时间。
图9为饵料仓的半剖视图，饵料仓8内部有较大较长斜面直接与螺旋轴送料机构13的入口相连接，这是因为饵料的流动性较差，且螺旋轴送料机构13具有的吸力远小于水泵，所以只有斜面直接通往螺旋轴送料机构13的入口，才可以保证饵料不会在饵料仓8内残留。同时相对于药水而言，饵料的密度较大，所以不需要像药水仓1同等大小的容积，即可满足抛撒量的需求。进一步的，药水仓1容积相对饵料仓8容积较大，可以确保在药水仓1和饵料仓8均装满的情况下，无人艇的重心不会大幅度偏向饵料仓8一侧，保证了无人艇重心的稳定。
本实施例中，如图10所示。GPS导航系统为无人艇提供地理位置信息，通过串口通信接口（RS485）与主控制器相连；AHRS航姿参考系统为无人艇提供横摇、纵摇、艏向等姿态信息，通过UART接口与主控制器相连；存储单元记录无人艇的实时运行状态信息；无线模块实现无人艇与云平台的无线通信，无人艇将运行状态实时反馈至云平台，云平台将数据保存至云服务器，同时，将无人艇的运行状态数据下发至监控端（手机APP或电脑PC），用户可实时掌握无人艇的动态信息。监控端具有水域地图导入、航路规划、自动作业、遥控作业、电量报警、作业历史、回岸充电、回岸补料等功能，用户发出控制指令，控制指令上传至云平台，经过云平台下发至无人艇控制系统，控制系统接收用户指令，控制动力系统和投料系统的工作。
本实施例中，该无人艇具有自动作业和遥控作业两种模式，在自动作业中，控制系统接收作业水域地图信息，自主规划行进路径，每天自动定时完成水域投料作业；在手动遥控作业模式下，无人艇根据用户下发的控制命令来执行相应作业任务，控制命令包括回岸补料、回岸充电等。
由于渔业养殖智能无人艇采用模块化、便携式设计，智能控制方面，无人艇上可布置各类传感器，实现自动避障和水质检测功能。智能投料方面，可以在充气浮筒、管材支架、投饵装置和撒药装置上布置摄像头和各类传感器，根据无人艇的航行速度、鱼类在无人艇航行路线上的聚集情况，实现自动、变速、变量投料，达到科学化和数据化的养殖需求。
该无人艇采用新型三体结构，配置饵料仓和药水仓的双料仓模式，整体结构按照模块化设计，方便拆卸和组装，实现自主巡航、智能投料、航路规划、信息上传等功能。
本发明基于云平台的无人艇，无人艇通过远程监控可实现自动和遥控作业，并与岸基智能料仓配合使用，实现自动补料和自动充电，极大地提高了无人艇的自动化和智能化水平；无人艇投料装置采用了气动投饵方式和特殊机械结构，即降低了饵料的破损率，又使投料抛撒更为均匀，有效地提高了饵料的利用率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种便携式渔业养殖智能无人艇，其特征在于，包括三体式充气浮筒；所述三体式充气浮筒上安装有药水仓和饵料仓；所述药水仓和饵料仓的上端安装有电池仓；所述电池仓的上端安装有控制系统；所述三体式充气浮筒上还安装有动力系统。
2.根据权利要求1所属的一种便携式渔业养殖智能无人艇，其特征在于，所述药水仓的底部安装有水泵；所述水泵的出口处安装有喷管；所述饵料仓的底部安装有螺旋轴送料机构；所述螺旋轴送料机构的螺旋轴连接有送料电机；所述螺旋轴送料机构的出口处安装有投料管；所述投料管上安装有管道风机。
3.根据权利要求2所属的一种便携式渔业养殖智能无人艇，其特征在于，所述饵料仓的内部设置有斜面；所述斜面与螺旋轴送料机构的入口连接；所述药水仓和饵料仓上方均设置有补料口；所述补料口上安装有补料盖板；所述补料口对应位置的电池仓上安装有补料电机；所述补料电机的输出轴连接补料盖板。
4.根据权利要求2所属的一种便携式渔业养殖智能无人艇，其特征在于，所述螺旋轴的叶片外侧面贴合安装等半径圆柱板。
5.根据权利要求1所属的一种便携式渔业养殖智能无人艇，其特征在于，所述电池仓内设置有电池组；所述电池仓的上方设置有无线充电线圈；所述电池仓上设置有前盖。
6.根据权利要求1所属的一种便携式渔业养殖智能无人艇，其特征在于，
所述药水仓和饵料仓分别通过箍环安装于管材支架上；所述管材支架安装于三体式充气浮筒上。
7.根据权利要求6所属的一种便携式渔业养殖智能无人艇，其特征在于，所述管材支架的底端安装有弹簧铰链；所述弹簧铰链与充气浮筒的基座之间通过螺纹连接。
8.根据权利要求6所属的一种便携式渔业养殖智能无人艇，其特征在于，所述三体式充气浮筒包括三个充气浮筒；所述三个充气浮筒通过两个管材支架横向固连在一起。
9.根据权利要求1所属的一种便携式渔业养殖智能无人艇，其特征在于，所述动力系统包括固定于充气浮筒尾部的电动推进器。
10.根据权利要求1所属的一种便携式渔业养殖智能无人艇，其特征在于，所述控制系统包括GPS导航系统、AHRS航姿参考系统、无线模块、存储单元和主控制器；所述GPS导航系统通过串口通信接口与主控制器相连；所述AHRS航姿参考系统通过UART接口与主控制器相连；所述存储单元和无线模块均与主控制器相连。
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