CN112841104A - 一种新型智能投饵无人船装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型智能投饵无人船装置，包括船身、饵料箱，船身为单体船架构，船身上方为饵料箱，所述船身两头为船头、船尾，所述船头和船尾分别设有锥状结构，船头的锥状结构为4G通讯模块，船尾的锥状结构为GPS卫星定位模块，船身内部船舱中放置有主控制器、相关电路模块，所述相关电路模块包括IMU、降压模块、电机驱动模块，船身通过舵控制航向，通过螺旋桨驱动无人船运行，舵及螺旋桨均位于船尾，饵料箱由上下两个箱体组成，上半箱为漏斗状结构，控制饵料均匀从孔部漏下，漏下的饵料自动进入下半箱。本申请能够执行自主定位导航功能和自动抛撒饵料功能，并额外追加饵料监控系统和电量电控系统，保证无人船安全返回起点。

Description

一种新型智能投饵无人船装置
技术领域
本发明涉及渔业养殖行业的投饵无人船装置，主要涉及一种能实现自主巡航和智能投饵的无人船。
背景技术
现有单一导航模块不足以实现无人船的自主定位导航功能，GPS模块及惯性导航模块单独使用条件下均易受到外界干扰影响引发较大误差，为避免误差影响投饵过程，对GPS模块及惯性导航模块的获得参数进行集中利用解算，采用卡尔曼滤波算法获取可靠位置信息与速度矢量参数，提高了系统的精确性和稳定性。
针对市场上现有的各种打窝船进行升级转型改良，打窝船铺撒饵料方式简单，采用翻斗结构进行一次性抛洒，效率低且分布密度不均匀，新型智能投饵船搭载饵料监测系统和离心抛洒系统，在监控饵料剩余量的同时，对饵料进行离心抛洒，避免一次性抛洒带来的资源浪费。
引入无线通讯手段对GPS模块和IMU模块参数进行集中显示与观测，使用QT5人机交互界面开发平台搭建上位机，数据通过串口通讯从4G链路传送至上位机，上位机可视参数包含姿态参数与位置曲线等。
发明内容
本发明提供了一种新型智能投饵无人船装置，我国水产品消费日渐增多，但传统养殖方式以粗放型人力养殖为主，本发明旨在解放水产养殖中投饵所需的人力，在现有基础上实现投饵的均匀化和智能化，推动水产养殖行业绿色高效发展。
一种新型智能投饵无人船装置，包括船身、饵料箱，船身为单体船架构，船身上方为饵料箱，所述船身两头为船头、船尾，所述船头和船尾分别设有锥状结构，船头的锥状结构为4G通讯模块，船尾的锥状结构为GPS卫星定位模块，船身内部船舱中放置有主控制器、相关电路模块，所述相关电路模块包括IMU、降压模块、电机驱动模块，船身通过舵控制航向，通过螺旋桨驱动无人船运行，舵及螺旋桨均位于船尾，饵料箱由上下两个箱体组成，上半箱为漏斗状结构，控制饵料均匀从孔部漏下，漏下的饵料自动进入下半箱，下半箱包括锥形门阀、下料轨道、抛料装置，抛料装置分为三通道，三通道底部包含离心投饵盘，饵料落入离心投饵盘后通过下半箱孔壁抛洒盘进入水域。
进一步，所述上半箱为漏斗状结构，该漏斗状结构的底部中心处设有漏斗口。
进一步，所述下半箱设有出料口，所述出料口内设有抛洒盘。
进一步，所述上半箱顶部设有盒盖，盒盖下方装有超声波传感器，超声波传感器检测上半箱内部饵料的高度，通过高度得出饵料的剩余量；当检测到的饵料量少于最低限度时，主控制器产生一个脉冲信号，引发自身改变巡航终点，主控制器的巡航终点改为巡航起始点，并朝向巡航起始点方向航行。
进一步，所述饵料箱首先由下料电机控制锥形门阀上升与下降来控制下料，下料量由下料口大小决定，饵料顺着锥形门阀落到左、右、后三个方向的饵料运输斜坡，进入出料口，落到三个方向的抛洒盘中，由下料电机带动抛洒盘高速转动，由于离心力的关系，饵料将会被抛洒盘甩到养殖塘中，抛洒速度、范围、距离与下料电机转速、抛洒盘扇形区数量以及出口大小有关，可对这些进行控制来控制抛洒速度。
进一步，所述抛洒盘采用离心抛洒盘。
进一步，一种新型智能投饵无人船将惯导系统与GPS导航系统的位置信息与速度信息以松散组合策略来组合，实现导航功能，首先读出IMU的数据与磁力计数据经过计算，得出姿态旋转矩阵，将载体系下的加速度通过坐标变换得出导航系(NED)下的加速度，加速度经过在时间上的积分得出对应坐标系下的速度，速度在时间下再积分得到位置，即在惯导系统中获得速度、位置两项数据，使用GPS获得当前的速度、经纬度(WGS-84),将经纬度转换到导航参考坐标系(NED)下得出其位置信息，即获得卫星导航下的速度、位置信息，两个系统下的位置、速度信息做差，经过卡尔曼滤波器，获得最接近真实值得最优位置、速度误差，进而修正惯导系统的位置与速度，利用修正后的速度与位置进行导航作业。
进一步，M750无线数传通过2G、3G、4G网络云端服务器，在PC端上位机连接云服务器，可实现远程数据传输，进而可把投饵船的各项运行参数发送到PC端，也可在PC端使用上位机向系统发送指令，进行启航、返航、等操作，可通过位置信息在远程查看船体的工作位置。
一种新型智能投饵无人船在开始运行时首先对船体进行初始化，根据预先设计的航行终点，无人船自动调整方向朝巡航终点航行。使用了QT5人机交互界面开发平台，制作了应用于本系统的上位机,可通过主界面分别进入两种工作模式，其中，一种是可通过此来提高系统的调试速率。另外一种是系统监控模式，是主要的应用模式，普通的串口模式，实现了基础数据的收发、十六进制接收与显示、定时发送功能，通过无线虚拟串口，接收系统通过无线网络经过服务器发送回来的信息，该模式下有多个数据分组，分别为IMU数据组、GPS数据组、P/V信息数据组、系统参数数据组、连接状态信息数据组以及两个数据示波器(显示位置信息、姿态信息的波形)，除此之外还加入了AT指令发送接口，在实时监控下位机的状态等参数同时，可随时向下位机发送指令，进而控制下位机(船体)执行位置采集、自动返航等不同的任务。
本申请一种新型智能投饵无人船，与现有无人船和打窝船相比，能够执行自主定位导航功能和自动抛撒饵料功能，并额外追加饵料监控系统和电量电控系统，保证无人船安全返回起点，具体来说具有如下优点：
(1)在传统GPS定位方式中融入了惯性导航模块，在GPS无法正常工作条件下仍可控制无人船进行投饵机巡航作业，可靠性和效率提升。
(2)与传统人工投放饲料方式相比更能保证投饵密度分布的均匀合理性和高效性。
(3)无需任何辅助设备和基础设备，仅需准备饵料及小船即可进行投饵，较轨道投饵和陆上投饵机具有较大优势。
(4)采用QT人机交互开发平台构建了上位机，可对船体运动中的姿态参数和位置参数进行集中观测，避免发生故障导致失控。
(5)对于投饵方式进行集中优化处理，设计了特有的漏斗和下箱体，采用差速离心式转盘进行饵料抛洒，保证了投饵区域的均匀度。
(6)创新性地引入了饵料监控系统，当饵料不足时无人船自动原路返回；与电量监控系统可同时作用，保证无人船自身的安全。
附图说明
图1为本发明无人船装置的整体结构示意图。
图2为本发明的饵料箱的结构示意图。
图3为本发明的下半箱的结构示意图。
图4为本发明的整体模块结构示意图。
图5为本发明的主控制器程序执行流程图。
图中各符合：船身1；饵料箱2；上半箱21；漏斗口211；上半箱22；锥形门阀221；下料轨道222；4G通讯模块3；GPS卫星定位模块4；出料口5；投饵盘51；螺旋桨6；舵7。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-5所示，无人船装置，包括船身1、饵料箱2，船身1为单体船架构，船身1上方为饵料箱2，所述船身1两头为船头、船尾，所述船头和船尾分别设有锥状结构，船头的锥状结构为4G通讯模块3，船尾的锥状结构为GPS卫星定位模块4，船身1内部船舱中放置有主控制器、相关电路模块，所述相关电路模块包括IMU、降压模块、电机驱动模块，船身1通过舵7控制航向，通过螺旋桨6驱动无人船运行，舵7及螺旋桨6均位于船尾，饵料箱2由上下两个箱体组成，上半箱21为漏斗状结构，控制饵料均匀从孔部漏下，漏下的饵料自动进入下半箱22，下半箱22包括锥形门阀221、下料轨道222、抛料装置，抛料装置分为三通道，三通道底部包含离心投饵盘51，饵料落入离心投饵盘51后通过下半箱22孔壁抛洒盘进入水域。所述上半箱21为漏斗状结构，该漏斗状结构的底部中心处设有漏斗口211。所述下半箱22设有出料口5，所述出料口5内设有抛洒盘51，所述抛洒盘51采用离心抛洒盘。
所述上半箱21顶部设有盒盖，盒盖下方装有超声波传感器，超声波传感器检测上半箱内部饵料的高度，通过高度得出饵料的剩余量；当检测到的饵料量少于最低限度时，主控制器产生一个脉冲信号，引发自身改变巡航终点，主控制器的巡航终点改为巡航起始点，并朝向巡航起始点方向航行。
所述饵料箱2首先由下料电机控制锥形门阀上升与下降来控制下料，下料量由下料口大小决定，饵料顺着锥形门阀落到左、右、后三个方向的饵料运输斜坡，进入出料口，落到三个方向的抛洒盘中，由下料电机带动抛洒盘高速转动，由于离心力的关系，饵料将会被抛洒盘甩到养殖塘中，抛洒速度、范围、距离与下料电机转速、抛洒盘扇形区数量以及出口大小有关，可对这些进行控制来控制抛洒速度。
一种新型智能投饵无人船将惯导系统与GPS导航系统的位置信息与速度信息以松散组合策略来组合，实现导航功能，首先读出IMU的数据与磁力计数据经过计算，得出姿态旋转矩阵，将载体系下的加速度通过坐标变换得出导航系(NED)下的加速度，加速度经过在时间上的积分得出对应坐标系下的速度，速度在时间下再积分得到位置，即在惯导系统中获得速度、位置两项数据，使用GPS获得当前的速度、经纬度(WGS-84),将经纬度转换到导航参考坐标系(NED)下得出其位置信息，即获得卫星导航下的速度、位置信息，两个系统下的位置、速度信息做差，经过卡尔曼滤波器，获得最接近真实值得最优位置、速度误差，进而修正惯导系统的位置与速度，利用修正后的速度与位置进行导航作业。M750无线数传通过2G、3G、4G网络云端服务器，在PC端上位机连接云服务器，可实现远程数据传输，进而可把投饵船的各项运行参数发送到PC端，也可在PC端使用上位机向系统发送指令，进行启航、返航、等操作，可通过位置信息在远程查看船体的工作位置。
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 (8)

1.一种新型智能投饵无人船装置，其特征在于，包括船身、饵料箱，船身为单体船架构，船身上方为饵料箱，所述船身两头为船头、船尾，所述船头和船尾分别设有锥状结构，船头的锥状结构为4G通讯模块，船尾的锥状结构为GPS卫星定位模块，船身内部船舱中放置有主控制器、相关电路模块，所述相关电路模块包括IMU、降压模块、电机驱动模块，船身通过舵控制航向，通过螺旋桨驱动无人船运行，舵及螺旋桨均位于船尾，饵料箱由上下两个箱体组成，上半箱为漏斗状结构，控制饵料均匀从孔部漏下，漏下的饵料自动进入下半箱，下半箱包括锥形门阀、下料轨道、抛料装置，抛料装置分为三通道，三通道底部包含离心投饵盘，饵料落入离心投饵盘后通过下半箱孔壁抛洒盘进入水域。
2.根据权利要求1所述的一种新型智能投饵无人船装置，其特征在于，所述上半箱为漏斗状结构，该漏斗状结构的底部中心处设有漏斗口。
3.根据权利要求1所述的一种新型智能投饵无人船装置，其特征在于，所述下半箱设有出料口，所述出料口内设有抛洒盘。
4.根据权利要求3所述的一种新型智能投饵无人船装置，其特征在于，所述抛洒盘采用离心抛洒盘。
5.根据权利要求1所述的一种新型智能投饵无人船装置，其特征在于，所述上半箱顶部设有盒盖，盒盖下方装有超声波传感器，超声波传感器检测上半箱内部饵料的高度，通过高度得出饵料的剩余量；当检测到的饵料量少于最低限度时，主控制器产生一个脉冲信号，引发自身改变巡航终点，主控制器的巡航终点改为巡航起始点，并朝向巡航起始点方向航行。
6.根据权利要求1所述的一种新型智能投饵无人船装置，其特征在于，所述饵料箱首先由下料电机控制锥形门阀上升与下降来控制下料，下料量由下料口大小决定，饵料顺着锥形门阀落到左、右、后三个方向的饵料运输斜坡，进入出料口，落到三个方向的抛洒盘中，由下料电机带动抛洒盘高速转动，由于离心力的关系，饵料将会被抛洒盘甩到养殖塘中，抛洒速度、范围、距离与下料电机转速、抛洒盘扇形区数量以及出口大小有关，可对这些进行控制来控制抛洒速度。
7.根据权利要求1所述的一种新型智能投饵无人船装置，其特征在于，一种新型智能投饵无人船将惯导系统与GPS导航系统的位置信息与速度信息以松散组合策略来组合，实现导航功能，首先读出IMU的数据与磁力计数据经过计算，得出姿态旋转矩阵，将载体系下的加速度通过坐标变换得出导航系下的加速度，加速度经过在时间上的积分得出对应坐标系下的速度，速度在时间下再积分得到位置，即在惯导系统中获得速度、位置两项数据，使用GPS获得当前的速度、经纬度,将经纬度转换到导航参考坐标系下得出其位置信息，即获得卫星导航下的速度、位置信息，两个系统下的位置、速度信息做差，经过卡尔曼滤波器，获得最接近真实值得最优位置、速度误差，进而修正惯导系统的位置与速度，利用修正后的速度与位置进行导航作业。
8.根据权利要求1所述的一种新型智能投饵无人船装置，其特征在于，M750无线数传通过2G、3G、4G网络云端服务器，在PC端上位机连接云服务器，可实现远程数据传输，进而可把投饵船的各项运行参数发送到PC端，也可在PC端使用上位机向系统发送指令，进行启航、返航、等操作，可通过位置信息在远程查看船体的工作位置。
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