CN206892658U - 一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人 - Google Patents

Abstract

一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人，包括浮筒、太阳能电池板、电池板支撑架、主控箱、叶轮、连接杆、水质监测系统、超声波测距传感器、超声波换能器、防水摄像头、方向控制舵构成；可以实现实时采集水产养殖装备集水质环境参数，通过采集水产溶解氧、pH值、温度、压力等数据，使用无线信号发射器配合服务基站。可远程智能控制移动式增氧机；同时使用清洁能源，将太阳能与机器人技术结合，实现太阳能利用与低功耗用电的方式，促进水产养殖业生产转型和效益的提高。

Description

一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人

技术领域

本发明涉及一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人。

背景技术

随着世界性渔业资源的匮乏，水产养殖在渔业生产中发挥的作用越来越显著。我国作为水产养殖大国，养殖水产品总量位居世界第一。鱼类养殖主要以池塘养殖为主，溶解氧又是鱼塘养殖中的制约因子。当水中溶氧量低于1mg/L时，鱼类就会因为缺氧而浮出水面，大口大口地吞入空气，造成浮头的现象，最终可能导致“泛塘”,导致大量鱼类死亡，造成恶劣的后果。

当前国内外常用的进行池塘机械增氧的有叶轮式增氧机、水车式增氧机、微孔增氧机和涌浪机等。不同的增氧方式优缺点不同，但传统的这些增氧机是固定在某处或者随机移动的，虽然有增氧的效果，但是鱼塘的氧气含量不够均匀，作用范围有限，靠近增氧机的地方溶氧量高，鱼类就多；反之则少，导致鱼塘面积的利用率降低。

很多科技人员致力于集成智能水质传感器、无线传感网、无线通信、智能管理系统和视频监控系统等专业技术，对养殖环境、水质、鱼类生长状况等进行全方位监测管理，最终实现节能降耗、增产增收的目标。但智能水产养殖多集中于单个指标控制、无线传感器网络信息采集等应用和研究，缺乏系统性和整体性，且监测系统和控制系统的精准化和智能化程度较低，缺乏系统协同作业能力，推广应用性较差，渔业养殖依然有很大的市场发展空间。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人，其中，包括浮筒、太阳能电池板、电池板支撑架、主控箱、叶轮、连接杆、水质监测系统、超声波测距传感器、超声波换能器、防水摄像头、方向控制舵；所述主控箱成方形箱体，所述主控箱上设置有前、后、左、右四个侧板，所述电池板支撑架成L型结构，数量为三个，分别连接于所述主控箱左侧板、右侧板及后侧板上；所述太阳能电池板成方形板体结构，数量为三个，所述三个太阳能电池板安装固定在所述电池板支撑架上，在所述电池板支撑架上呈倾斜设置；所述连接杆数量有三个，设置于所述主控箱左侧板、右侧板及后侧板下端，位于三个电池支撑架下方位置；所述连接杆呈水平设置，一端连接主控箱，另一端连接浮筒；所述主控箱左侧板和右侧板上的连接杆上均设有叶轮，所述叶轮数量为两个；所述浮筒数量为三个，所述主控箱及浮筒上均设置有超声波传感器连接杆；所述超声波测距传感器连接杆数量一共有四个，其中三个超声波测距传感器连接杆设置于浮筒一端，剩余一个超声波测距传感器连接杆设置于所述主控箱前侧板上；所述超声波测距传感器数量为四个，设置于超声波测距传感器连接杆一端；所述超声波换能器设置于所述主控箱底板下部；所述水质监测系统设置于所述主控箱底板下部一侧位置，所述水质监测系统成包括溶解氧传感器、pH值传感器、温度传感器；所述方向控制舵包括舵机、舵角控制器、舵杆及舵叶，所述舵杆顶端连接主控箱底板下部一侧位置，所述舵叶连接于舵杆下端；所述舵机与所述舵角控制器均设置于所述主控箱内部，所述舵杆顶部伸入主控箱内部与舵机相连，所述舵角控制器与所述舵机相连；所述防水摄像头安装于所述主控箱前侧板上；

所述主控箱内部设有电机、智能控制器、智能网关、蓄电池、舵机、舵角控制器；所述电机与两个连接杆相连；所述智能网关与智能控制器通过串口相连；所述太阳能电池板、蓄电池通过电线连接智能网关、智能控制器、电机、舵机、舵角控制器，通过电线给智能网关、智能控制器、电机、舵机、舵角控制器提供电源；所述智能网关通过电缆与水质监测系统、超声波测距传感器、超声波换能器、舵角控制器、摄像头相连，实现信号传输；所述智能控制器通过电缆与电机相连。

上述一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人，其中，所述智能控制器为单片机，单片机型号为STM8L051F3。

上述一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人，其中，所述智能网关为嵌入式处理器，处理器型号为HF-LPB100 WIFI。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

使用时通过水质监测系统内多种传感器将多种水质数据测出，包括有：水中的溶解氧含量、pH值、水温、水压，以及摄像头采集图片及视频资料，数据采集后通过电缆将数据信号传递给智能网关，由智能网关进行信息处理，并将针对信息进行数据分析，装置采用“之”型路径型规划增氧机器人行走路线，同时根据此位置水体内部的溶解氧含量的多少控制增氧时间，并将路线方向信号通过电缆传递给舵角控制器，通过舵角控制器调节方向控制舵角度来完成增氧机器人行走路线无误。行走过程中，由两个叶轮转动不仅提供行走动力，更由于叶轮的旋转将空气中的氧气带入到水体内，以达到水体增氧的效果，此过程中电机带动连接杆旋转，连接杆带动叶轮旋转，又由智能网关将行进与停止信号传送给智能控制器，智能控制器控制电机的启动与开关，以保证机器人行进与停止的准确性。

采用四周分布四个超声波测距传感器，可以探测增氧机器人在行进过程中是否有障碍物，能够有效避免行进路程中出现碰壁的情况发生。特殊在主控箱底部增设一个超声波换能器，可以有效取得防搁浅的效果，提高工作效率，改善使用效果。

可以实现实时采集水产养殖装备集水质环境参数，通过采集水产溶解氧、pH值、温度等数据，主控箱内控制器可通过wifi信号连接手机，工作人员可通过手机远程智能控制移动式增氧机；同时使用清洁能源，将太阳能与机器人技术结合，实现太阳能利用与低功耗用电 (连续阴雨辅助蓄电池)的方式，促进水产养殖业生产转型和效益的提高。本产品实现水产养殖的科学养殖与管理，最终实现节能降耗、绿色环保、增产增收的目标。考虑到农业生产要低成本高性能和高可靠性，产业化设计对这三方面需求都做了优化和考量，让农业合作社、养殖户用的上和用得起,具有广阔的产业化前景。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明的系统连接示意图。

图4为本发明的增氧工作流程图。

图中标号：

1浮筒、2太阳能电池板、21电池板支撑架、3主控箱、31电机、32智能控制器、33智能网关、34蓄电池、35主控箱前侧板、36 主控箱后侧板、37主控箱左侧板、38主控箱右侧板、4叶轮、5连接杆、6水质监测系统、61溶解氧传感器、62pH值传感器、63温度传感器、7超声波测距传感器、71超声波传感器连接杆、8防水摄像头、9方向控制舵、91舵机、92舵角控制器、93舵杆、94舵叶、 10超声波换能器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本实施例中所使用的智能控制器为单片机，单片机型号为 STM8L051F3。所使用的智能网关为嵌入式处理器，处理器型号为 HF-LPB100 WIFI。所使用的溶解氧传感器型号为：SIN DO530；购自于杭州联测自动化技术有限公司，该种溶解氧传感器自带温度补偿功能，同时显示温度与溶解氧含量。

实施例

一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人，其中，包括浮筒、太阳能电池板、电池板支撑架、主控箱、叶轮、连接杆、水质监测系统、超声波测距传感器、超声波换能器、防水摄像头、方向控制舵；所述主控箱成方形箱体，所述主控箱上设置有前、后、左、右四个侧板，所述电池板支撑架成L型结构，数量为三个，分别连接于所述主控箱左侧板、右侧板及后侧板上；所述太阳能电池板成方形板体结构，数量为三个，所述三个太阳能电池板安装固定在所述电池板支撑架上，在所述电池板支撑架上呈倾斜设置；所述连接杆数量有三个，设置于所述主控箱左侧板、右侧板及后侧板下端，位于三个电池支撑架下方位置；所述连接杆呈水平设置，一端连接主控箱，另一端连接浮筒；所述主控箱左侧板和右侧板上的连接杆上均设有叶轮，所述叶轮数量为两个；所述浮筒数量为三个，所述主控箱及浮筒上均设置有超声波传感器连接杆；所述超声波测距传感器连接杆数量一共有四个，其中三个超声波测距传感器连接杆设置于浮筒一端，剩余一个超声波测距传感器连接杆设置于所述主控箱前侧板上；所述超声波测距传感器数量为四个，设置于超声波测距传感器连接杆一端；所述超声波换能器设置于所述主控箱底板下部；所述水质监测系统设置于所述主控箱底板下部一侧位置，所述水质监测系统成包括溶解氧传感器、PH值传感器、温度传感器；所述方向控制舵包括舵机、舵角控制器、舵杆及舵叶，所述舵杆顶端连接主控箱底板下部一侧位置，所述舵叶连接于舵杆下端；所述舵机与所述舵角控制器均设置于所述主控箱内部，所述舵杆顶部伸入主控箱内部与舵机相连，所述舵角控制器与所述舵机相连；所述防水摄像头安装于所述主控箱前侧板上；

所述主控箱内部设有电机、智能控制器、智能网关、蓄电池、舵机、舵角控制器；所述电机与两个连接杆相连；所述智能网关与智能控制器通过串口相连；所述太阳能电池板、蓄电池通过电线连接智能网关、智能控制器、电机、舵机、舵角控制器，通过电线给智能网关、智能控制器、电机、舵机、舵角控制器提供电源；所述智能网关通过电缆与水质监测系统、超声波测距传感器、超声波换能器、舵角控制器、摄像头相连，实现信号传输；所述智能控制器通过电缆与电机相连。

所述智能网关内集成有蚁群算法软件。

增氧工作流程：

水中的溶解氧含量、pH值、水温，以及摄像头采集图片及视频资料，数据采集后通过电缆将数据信号传递给智能网关，由智能网关进行信息处理，并将针对信息进行数据分析，支持以下2种增氧方式:

1、人工远程手动增氧：根据增氧机器人所在地点的水体内部的溶解氧含量的多少，工作人员手动控制规划增氧机器人行走路线，(智能控制器可通过无线信号与手机客户端、微信端及电脑连接，并对增氧机器人控制)，并将路线方向信号传递给舵角控制器，通过舵角控制器调节方向控制舵角度来完成增氧机器人行走路线无误。且通过溶解氧传感器实时监测溶解氧数据，可针对性的调节增氧时间长短，做到远程智能化增氧。

2、整个池塘自动化增氧：

装置的路径规划采取的是基于具有感觉适应功能的蚁群算法 (SensoryAdaptation Ant Colony Algorithm，SAACO)基础上进行改进的有限状态机模型选取理论最优路径，再进行反复实际实验调整转角，改进方案得出最终的可实施性高的路径规划。最终装置采用“之”型路径进行遍历的方法规划增氧机器人行走路线，同时根据此位置水体内部的溶解氧含量的多少控制增氧时间，并将路线方向信号传递给舵角控制器，通过舵角控制器调节方向控制舵角度来完成增氧机器人行走路线，完成整个池塘的智能增氧。

路径要求：装置放入水中，首先由用户遥控，将装置远离岸边一段距离且方向正向一个方向，不要倾斜，进入安全范围。然后，开启装置自动模式按“之”型行走。具体流程图参照说明书附图3。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

使用时通过水质监测系统内多种传感器将多种水质数据测出，包括有：水中的溶解氧含量、pH值、水温、水压，以及摄像头采集图片及视频资料，数据采集后通过电缆将数据信号传递给智能网关，由智能网关进行信息处理，并将针对信息进行数据分析，支持人工远程手动增氧与整个池塘自动化增氧两种方式：1、人工远程控制，根据附近水体内部的溶解氧含量的多少规划增氧机器人行走路线，并将路线方向信号通过电缆传递给舵角控制器，通过舵角控制器调节方向控制舵角度来完成增氧机器人行走路线无误。2、基于具有感觉适应功能的蚁群算法(Sensory Adaptation Ant Colony Algorithm，SAACO) 基础上进行改进的有限状态机模型选取“之”型路径进行遍历的方法。同时根据此位置水体内部的溶解氧含量的多少控制增氧时间，并将路线方向信号传递给舵角控制器，通过舵角控制器调节方向控制舵角度来完成增氧机器人行走路线，完成整个池塘的智能增氧。

行走过程中，由两个叶轮转动不仅提供行走动力，更由于叶轮的旋转将空气中的氧气带入到水体内，以达到水体增氧的效果，此过程中电机带动连接杆旋转，连接杆带动叶轮旋转，又由智能网关将行进与停止信号传送给智能控制器，智能控制器控制电机的启动与开关，以保证机器人行进与停止的准确性。

采用四周分布四个超声波测距传感器，可以探测增氧机器人在行进过程中是否有障碍物，能够有效避免行进路程中出现碰壁的情况发生。特殊在主控箱底部增设一个超声波换能器，可以有效取得防搁浅的效果，提高工作效率，改善使用效果。

可以实现实时采集水产养殖装备集水质环境参数，通过采集水产溶解氧、pH值、温度等数据，主控箱内控制器可通过wifi信号连接手机，工作人员可通过手机远程智能控制移动式增氧机；同时使用清洁能源，将太阳能与机器人技术结合，实现太阳能利用与低功耗用电 (连续阴雨辅助蓄电池)的方式，促进水产养殖业生产转型和效益的提高。本产品实现水产养殖的科学养殖与管理，最终实现节能降耗、绿色环保、增产增收的目标。考虑到农业生产要低成本高性能和高可靠性，产业化设计对这三方面需求都做了优化和考量，让农业合作社、养殖户用的上和用得起,具有广阔的产业化前景。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人，其特征在于，包括浮筒、太阳能电池板、电池板支撑架、主控箱、叶轮、连接杆、水质监测系统、超声波测距传感器、超声波换能器、防水摄像头、方向控制舵；所述主控箱成方形箱体，所述主控箱上设置有前、后、左、右四个侧板，所述电池板支撑架成L型结构，数量为三个，分别连接于所述主控箱左侧板、右侧板及后侧板上；所述太阳能电池板成方形板体结构，数量为三个，所述三个太阳能电池板安装固定在所述电池板支撑架上，在所述电池板支撑架上呈倾斜设置；所述连接杆数量有三个，设置于所述主控箱左侧板、右侧板及后侧板下端，位于三个电池支撑架下方位置；所述连接杆呈水平设置，一端连接主控箱，另一端连接浮筒；所述主控箱左侧板和右侧板上的连接杆上均设有叶轮，所述叶轮数量为两个；所述浮筒数量为三个，所述主控箱及浮筒上均设置有超声波传感器连接杆；所述超声波测距传感器连接杆数量一共有四个，其中三个超声波测距传感器连接杆设置于浮筒一端，剩余一个超声波测距传感器连接杆设置于所述主控箱前侧板上；所述超声波测距传感器数量为四个，设置于超声波测距传感器连接杆一端；所述超声波换能器设置于所述主控箱底板下部；所述水质监测系统设置于所述主控箱底板下部一侧位置，所述水质监测系统成包括溶解氧传感器、pH值传感器、温度传感器；所述方向控制舵包括舵机、舵角控制器、舵杆及舵叶，所述舵杆顶端连接主控箱底板下部一侧位置，所述舵叶连接于舵杆下端；所述舵机与所述舵角控制器均设置于所述主控箱内部，所述舵杆顶部伸入主控箱内部与舵机相连，所述舵角控制器与所述舵机相连；所述防水摄像头安装于所述主控箱前侧板上；

所述主控箱内部设有电机、智能控制器、智能网关、蓄电池、舵机、舵角控制器；所述电机与两个连接杆相连；所述智能网关与智能控制器通过串口相连；所述太阳能电池板、蓄电池通过电线连接智能网关、智能控制器、电机、舵机、舵角控制器，通过电线给智能网关、智能控制器、电机、舵机、舵角控制器提供电源；所述智能网关通过电缆与水质监测系统、超声波测距传感器、超声波换能器、舵角控制器、摄像头相连，实现信号传输；所述智能控制器通过电缆与电机相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人，其特征在于，所述智能控制器为单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的行走式智能增氧机器人，其特征在于，所述智能网关为嵌入式处理器。