TWM607008U

TWM607008U - 水下智能移動載具及其水池系統

Info

Publication number: TWM607008U
Application number: TW109202920U
Authority: TW
Inventors: 陳貴光; 陳千皓; 張哲瑞
Original assignee: 向陽農業生技股份有限公司
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2021-02-01

Abstract

本創作為一種水下智能移動載具及其水池系統，該水下智能移動載具包括：一機殼；一感測器單元，設置於該機殼外側，用以感測水質的變化；一攝影單元，設置於該機殼內，用以監視漁蝦生長情況；一動力單元，設置於該機殼內，用以推動該水下智能移動載具的移動；以及一控制單元，設置於該機殼內，用以將該感測器單元所感測的水質變化資訊傳送至一監控系統。

Description

水下智能移動載具及其水池系統

本創作係關於一種養殖水池系統；更詳而言之，特別係指一種水下智能移動載具及其水池系統。

目前如魚塭等類型的水產養殖場地開始導入電子監視設備，以輔助飼主留意生物的成長狀態，提高養殖成效；隨著通訊科技技術的進步與手持電子裝置(如手機、平板電腦等)的普及，電子監視設備也開始增加水產養殖環境感測功能，以提供飼主方便接收養殖環境的即時狀態，來強化養殖成效。

此外，由於環境感測系統需要長時間持供電，以確保感測資訊傳送不中斷，因此目前常見的環境感測系統為配合既有電力線位置，大多設置在池邊；然而，在池邊搭設環境感測系統有諸多限制，造成飼主裝設意願低，例如：池邊必須加以破壞以興建可固定環境感測系統設備的棚架、水下感測器只能沿池邊下沉至池中進行水中環境感測，無法感測大部份生物活動的池中環境狀態，而且易生污垢降低感測靈敏度、需要經常性清潔水下感測器等等。

而且現行IoT智慧養殖監控技術無法符合養殖漁民所需，其問題有：1.養殖環境參數之設定由IoT業者掌控，漁民在養殖多年累積經驗必須數據化後交由IoT公司處理，恐造成養殖戶專業技術外流，且各水質感測器之維護與參數即時上傳之巨量數據網路費用卻需養殖漁民負擔；2.定點式水質參數監測無法及時反應水產養殖環境現況；3.水下魚蝦是否染病無法即時掌握；4.台灣養殖業的規模普遍較小，現行智慧養殖設備昂貴難以承受。

綜前所述，目前提供予池塘、魚塭等養殖場地的環境感測系統需要進一步改良。

本創作之主要目的在於，提供一種水下智能移動載具及其水池系統，其方便設置於水產養殖場中，以協助養蝦漁民能即時掌握養蝦場生態，提高育蝦功率收成，以增加養殖漁民收入。

為達上揭目的，本創作係提供一種水下智能移動載具，包括：一機殼；一感測器單元，設置於該機殼外側，用以感測水質的變化；一攝影單元，設置於該機殼內，用以監視漁蝦生長情況；一動力單元，設置於該機殼內，用以推動該水下智能移動載具的移動；以及一控制單元，設置於該機殼內，用以將該感測器單元所感測的水質變化資訊傳送至一監控系統。

本創作之水下智能移動載具，其中，該感測器單元用以感測水質的溶氧量、酸鹼度、氧化還原電位計及水溫計，其中該溶氧量平時須保持1mg/L，育成期可增加至5mg/L；該酸鹼度值在7-9之間；該氧化還原電位範圍為200~450mV之間；該水溫為28~30℃。

本創作之水下智能移動載具，其中，該攝影單元為一運動型相機並搭配近攝環將焦距縮短至10公分。

本創作之水下智能移動載具，其中，該動力單元包括一自吸式水泵及一馬達，用以推動該水下智能移動載具的移動。

本創作之水下智能移動載具，其中，該馬達前方為小型渦輪風扇，可將水由側面吸入前方排出，將以水流所產生之反作用力使該水下智能移動載具於養殖池上緩慢移動。

本創作之水下智能移動載具，其中，該馬達使用9到12伏特電壓。

本創作之水下智能移動載具，其中，更包括一紅外線單元與一電子羅盤感測器單元，用以校正該水下智能移動載具移動路線的偏移。

本創作係提供一種具有水下智能移動載具的水池系統，包括：提供如前所述的一種水下智能移動載具；複數個打氣機，用以將氧氣打入水池中；複數個排汙管，用以將水質中的汙染物排出水池外；以及一監控系統，用以接收該水下智能移動載具傳送的水質變化資訊，並控制該打氣機的開關。

本創作之具有水下智能移動載具的水池系統，其中，該水下智能移動載具透過推力源可執行前進、後退、原地旋轉與細部微調動作。

本創作之具有水下智能移動載具的水池系統，其中，該水下智能移動載具的路徑定位方式為多點訊號定位或載具沿線移動。

本創作能方便設置於水產養殖場中，以協助養蝦漁民能即時掌握養蝦場生態，提高育蝦功率收成，以增加養殖漁民收入。

為期許本創作之目的、功效、特徵及結構能夠有更為詳盡之了解，茲舉較佳實施例並配合圖式說明如後。

1:水下智能移動載具

10:機殼

20:感測器單元

30:攝影單元

40:動力單元

42:自吸式水泵

44:馬達

46:小型渦輪風扇

50:控制單元

60:紅外線單元

70:電子羅盤感測器單元

80:打氣機

82:排汙管

84:監控系統

90:水池

第1圖：本創作實施例之水下智能移動載具示意圖；

第2圖：本創作實施例之水下智能移動載具外觀示意圖；

第3圖：本創作另一實施例之水下智能移動載具示意圖；

第4圖：本創作實施例之水下智能移動載具馬達作動示意圖；

第5圖：本創作實施例之水下智能移動載具旋轉示意圖；

第6圖：本創作實施例之具有水下智能移動載具的水池系統示意圖；

第7圖：本創作實施例之水下智能移動載具多點訊號定位示意圖；

第8圖：本創作實施例之水下智能移動載具沿線移動示意圖。

圖1為本創作實施例之水下智能移動載具示意圖、圖2為本創作實施例之水下智能移動載具外觀示意圖、圖3為本創作另一實施例之水下智能移動載具示意圖、圖4為本創作實施例之水下智能移動載具馬達作動示意圖、圖5為本創作實施例之水下智能移動載具旋轉示意圖及圖6為本創作實施例之具有水下智能移動載具的水池系統示意圖。請參閱第1圖及第2圖及第3圖及第6圖，一種水下智能移動載具1，包括：一機殼10；一感測器單元20，設置於該機殼10外側，用以感測水質的變化；一攝影單元30，設置於該機殼10內，用以監視漁蝦生長情況；一動力單元40，設置於該機殼10內，用以推動該水下智能移動載具1的移動；以及一控制單元50，設置於該機殼10內，用以將該感測器單元20所感測的水質變化資訊傳送至一監控系統84。

請參閱第2圖，載具外形之水平與垂直二軸採對稱設計以滿足移動平衡需求，並有效減少載具移動或自轉時各方位的水流阻力差異過大而難以控制，而載具底部則採以較大面積設計以提供載體所需之浮力與移動行進穩定性，水下攝影機組將架設於載具內部前方，以45度傾角向前下方深入水下擷取影像畫面。

請參閱第1圖，該感測器單元20用以感測水質的溶氧量、酸鹼度、氧化還原電位計及水溫計，其中該溶氧量平時須保持1mg/L，育成期可增加至5mg/L；該酸鹼度值在7-9之間；該氧化還原電位範圍為200~450mV之間；該水溫為28~30℃。

水質感測包含溶氧量(DO)、酸鹼度值(pH)、氧化還原電位(ORP)等三種感測器與其三根探棒，各感測器感測輸出值會經由標準化可選調A/D轉換器轉換成標準傳輸值後，傳送至主控制器判斷水質參數是否異常，若水質參數出現異常值，主控制器將立即通報伺服器管理平台，以進行對應之處理(例如換水作業)，此方式不需時常將正常水質參數上傳雲端，可大量減少網路傳輸需求量。

DO飽和溶氧值為達到自然平衡狀態時溶入水中的最大溶氧量，平時須保持1mg/L以上，育成期可增加至5mg/L，以確保蝦隻生長速度，但飽和度不可超過130%(約10mg/L)。

pH值為水質酸鹼度衡量標準，如草蝦合適生存pH值應在7.0-9.0之間，以7.5-8.5為最佳。

ORP氧化還原電位是水溶液能力的測量指標，單位是mV，可檢測水質中厭氧性生物含量，如草蝦養殖水質最佳ORP範圍為200~450mV之間。

草蝦對溫度之適應力較強，其合適範圍在18~35℃之間，以水溫28~30℃為最好的生長溫度，但若水溫度降低至18℃以下時則會開始不進食，12℃以下可能造成凍死。

請參閱第1圖及第2圖，該攝影單元30為一運動型相機並搭配近攝環將焦距縮短至10公分。

其中養蝦池水環境因較為藻化，水下可見光相機可視距離約剩15cm左右，又因打水機打水緣故，漂浮在水面的水下攝影裝置會因水面晃動造成水下影像擷取不易，故需選用抗震效果較佳之運動型相機，並搭配近攝環將焦距縮短至約10cm左右，以慢速自動巡航方式靠近蝦隻捕捉其影像。

請參閱第1圖及第3圖，該動力單元40包括一自吸式水泵42及一馬達44，用以推動該水下智能移動載具1的移動。

請參閱第3圖及第4圖，該馬達44前方為小型渦輪風扇46，可將水由側面吸入前方排出，將以水流所產生之反作用力使該水下智能移動載具1於養殖池上緩慢移動。

請參閱第3圖，該馬達44使用9到12伏特電壓。

載具動力馬達是載具移動之動力來源，船隻移動通常採用「螺旋槳推進器」做為推進裝置，利用轉軸周圍的「槳葉」產生升力推動船隻前進，但此推進模式會驚嚇池中蝦隻，且槳葉旋轉力道會捲入蝦隻觸鬚，造成蝦隻死亡甚至動力設備故障。本創作選用多顆小型自吸式水泵作為動力，馬達前方為小型渦輪風扇，可將水由側面吸入前方排出，以水流所產生之反作用力使載具於養殖池上緩慢移動，水泵進水口較小且有防水機構保護葉扇，可有效防止傷害蝦隻問題。

電源模組提供移動載具內部所有電力需求，因主控制器單晶片開發板與攝影裝置使用5V電壓，而水質感測模組與馬達使用9-12V電壓，因此需電壓轉換模組調節輸出電壓需求。室內養殖場單池約40 x 130m²，電源需供整體6~8公斤之載具完成至少2趟以上養殖池巡航，考量電池本身重量與續航力，本創作將採用20,000mAh鋰鐵電池以滿足需求。

行進姿態感測裝置用以避免載具前行受到水面波浪影響所導致航向偏移，本創作將透過三軸電子羅盤之磁場北極方位量計算航向偏移量，並藉由PWM控制馬達脈波予以航道修正。

請參閱第1圖，更包括一紅外線單元60與一電子羅盤感測器單元70，用以校正該水下智能移動載具1移動路線的偏移。

請參閱第1圖、第2圖、第3圖、第4圖及第6圖，一種具有水下智能移動載具的水池系統，包括：一種水下智能移動載具1，包括：一機殼10；一感測器單元20，設置於該機殼10外側，用以感測水質的變化；一攝影單元30，設置於該機殼10內，用以監視漁蝦生長情況；一動力單元40，設置於該機殼10內，用以推動該水下智能移動載具1的移動；以及一控制單元50，設置於該機殼10內，用以將該感測器單元20所感測的水質變化資訊傳送至一監控系統84；該感測器單元20用以感測水質的溶氧量、酸鹼度、氧化還原電位計及水溫計，其中該溶氧量平時須保持1mg/L，育成期可增加至5mg/L；該酸鹼度值在7-9之間；該氧化還原電位範圍為200~450mV之間；該水溫為28~30℃；該攝影單元30為一運動型相機並搭配近攝環將焦距縮短至10公分；該動力單元40包括一自吸式水泵42及一馬達44，用以推動該水下智能移動載具1的移動；該馬達44前方為小型渦輪風扇46，可將水由側面吸入前方排出，將以水流所產生之反作用力使該水下智能移動載具1於養殖池上緩慢移動；該馬達44使用9到12伏特電壓；更包括一紅外線單元60與一電子羅盤感測器單元70，用以校正該水下智能移動載具1移動路線的偏移；複數個打氣機80，用以將氧氣打入水池90中；複數個排汙管82，用以將水質中的汙染物排出水池90外；以及一監控系統84，用以接收該水下智能移動載具1傳送的水質變化資訊，並控制該打氣機80的開關。

以開發型單晶片電腦Raspberry pi作為主控制器連接所有感測裝置，主控制器藉由UART接口分別接收四種水質感測值的數位訊號以及水下攝影裝置的擷取影像，前者為標準化可選調A/D轉換器前端訊號轉換後之水質感測數值，先將輸出之數值進行初步判斷，若超出預先設定之上、下限數值，將判斷成果以感測值名稱、超出數值與當下時間轉換為字串並暫存為JSON格式，再透過WiFi通訊模組以無線傳輸方式將資料 POST至伺服器管理平台；後者為擷取卡所輸出之壓縮連續圖像，主控制器接收後先對圖像解碼暫存，再以mjpg-streamer程式庫功能將影像串流至IoT伺服器管理平台。

請參閱第1圖及第5圖，當該水下智能移動載具1監測到水質異狀時(如：檢測出汙染範圍或汙染區域範圍)，該水下智能移動載具1透過推力源可執行前進、後退、原地旋轉與細部微調動作，來做水質的改善偵測動作。

請參閱第1圖及第5圖及第6圖，當該水下智能移動載具1監測到水質異狀時(如：檢測出汙染範圍或汙染區域範圍)，該水下智能移動載具1則透過推力源可執行前進、後退、原地旋轉與細部微調動作，來做水質的改善偵測動作，並發出訊息給該監控系統84來控制該打氣機80的開關與排汙管82的作動，並進而確認當該水下智能移動載具1監測到水質異狀時的水質地方處(如：檢測出汙染範圍或汙染區域範圍)是否有適當的改善。

圖4所示為動力馬達出水口處之推力示意圖，其設置於移動載具底部左前、右前、左後及右後方等處。

請參閱第1圖、第4圖及第6圖，該水下智能移動載具1的路徑定位方式為多點訊號定位或載具沿線移動。

內部養殖池為本創作試驗場域，其單一養殖池面積大小約40 x 130m²(環境現況如圖6所示)，該養殖池具底池排汙設備，其對應上方附近會有小型水流需避開，移動載具行徑路線由外圈依順時鐘繞圈往養殖池中心點靠近，當靠近牆邊時先控制馬達至載具停止，發送右旋指令直到載具正轉90度，判斷方式依靠紅外線單元60(舉例：紅外線測距儀量測)與電子羅盤感測器單元70(舉例：電子羅盤感測器)。當路徑中心與池壁間之距離Di超過一固定值即為完成全區域巡航，移動載具自行回到起始位置將i值歸零等待下一次行動，其中相鄰兩圈之距離若越大，巡航完成時間越快，但總體路徑覆蓋率會下降。

圖7為本創作實施例之水下智能移動載具多點訊號定位示意圖。請參閱第7圖，在室內加入複數iBeacon基站，利用iBeacon基站可根據自己和訊號源之間的訊號衰減程度，可計算出平面相對x-y距離模型，並以主控制器的藍芽信號做為信號源位置(x₀,y₀)。由圖7可知，以RSSi(received signal strength indicator)定位載具位置至少需三組iBeacon，因此計畫將於養殖池四個角落選擇三處放置iBeacon基站(xi,yi)，主控制器藍芽傳輸模組將持續傳送訊號給三處iBeacon基站，iBeacon基站收到訊號會立即計算自身與載具之間的距離di，其值為

。

圖8為本創作實施例之水下智能移動載具沿線移動示意圖。請參閱第8圖，於養殖池水面架設可做為載具移動時所需之輔助動線裝置，如圖8所示之方式，將線段機構架設於養殖池前後端，中間以繩索做為連結線，於養殖池中形成一迴圈，水下智能移動載具1可依據線路完成單趟巡迴後回到起始位置，若需更改移動路徑，調整線段之擺放位置即可，載具移動時之座標固定為x、y軸上之線段長度，由於路徑的偏移量取決於繩索上之固定機構件，與無線定位方式相比，在空間定位上可達到較高的精準度，但線段或漂浮物位置需由人工調整，更改移動路徑之方式較為繁瑣。

綜上所述，本創作能方便設置於水產養殖場中，以協助養蝦漁民能即時掌握養蝦場生態，提高育蝦功率收成，以增加養殖漁民收入。

故，本創作在同類產品中具有極佳之進步性以及實用性，同時查遍國內外關於此類之技術資料文獻後，確實未發現有相同或近似之構造或技術存在於本案申請之前，因此本案應已符合『發明性』、『合於產業利用性』以及『進步性』的專利要件，爰依法提出申請之。

唯，以上所述者，僅係本創作之較佳實施例而已，舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之其它等效結構變化者，理應包含在本創作之申請專利範圍內。

1:水下智能移動載具

10:機殼

20:感測器單元

30:攝影單元

40:動力單元

50:紅外線單元

60:電子羅盤感測器單元

Claims

一種水下智能移動載具，包括：

一機殼；

一感測器單元，設置於該機殼外側，用以感測水質的變化；

一攝影單元，設置於該機殼內，用以監視漁蝦生長情況；

一動力單元，設置於該機殼內，用以推動該水下智能移動載具的移動；以及

一控制單元，設置於該機殼內，用以將該感測器單元所感測的水質變化資訊傳送至一監控系統。
如申請專利範圍第1項所述之水下智能移動載具，其中，該感測器單元用以感測水質的溶氧量、酸鹼度、氧化還原電位計及水溫計，其中該溶氧量平時須保持1mg/L，育成期可增加至5mg/L；該酸鹼度值在7-9之間；該氧化還原電位範圍為200~450mV之間；該水溫為28~30℃。
如申請專利範圍第1項所述之水下智能移動載具，其中，該攝影單元為一運動型相機並搭配近攝環將焦距縮短至10公分。
如申請專利範圍第1項所述之水下智能移動載具，其中，該動力單元包括一自吸式水泵及一馬達，用以推動該水下智能移動載具的移動。
如申請專利範圍第4項所述之水下智能移動載具，其中，該馬達前方為小型渦輪風扇，可將水由側面吸入前方排出，將以水流所產生之反作用力使該水下智能移動載具於養殖池上緩慢移動。
如申請專利範圍第4項所述之水下智能移動載具，其中，該馬達使用9到12伏特電壓。
如申請專利範圍第1項所述之水下智能移動載具，其中，更包括一紅外線單元與一電子羅盤感測器單元，用以校正該水下智能移動載具移動路線的偏移。
一種具有水下智能移動載具的水池系統，包括：提供申請專利範圍1至7中任一所述的一種水下智能移動載具；複數個打氣機，用以將氧氣打入水池中；複數個排汙管，用以將水質中的汙染物排出水池外；以及一監控系統，用以接收該水下智能移動載具傳送的水質變化資訊，並控制該打氣機的開關。
如申請專利範圍第8項所述之具有水下智能移動載具的水池系統，其中，當該水下智能移動載具監測到水質異狀時，該水下智能移動載具透過推力源可執行前進、後退、原地旋轉與細部微調動作，來做水質的改善偵測動作。
如申請專利範圍第8項所述之具有水下智能移動載具的水池系統，其中，該水下智能移動載具的路徑定位方式為多點訊號定位或載具沿線移動。