本發(fā)明涉及一種基于太陽能供電的行走式智能增氧機器人。

背景技術(shù)：

隨著世界性漁業(yè)資源的匱乏，水產(chǎn)養(yǎng)殖在漁業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮的作用越來越顯著。我國作為水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，養(yǎng)殖水產(chǎn)品總量位居世界第一。魚類養(yǎng)殖主要以池塘養(yǎng)殖為主，溶解氧又是魚塘養(yǎng)殖中的制約因子。當(dāng)水中溶氧量低于1mg/L時，魚類就會因為缺氧而浮出水面，大口大口地吞入空氣，造成浮頭的現(xiàn)象，最終可能導(dǎo)致“泛塘”,導(dǎo)致大量魚類死亡，造成惡劣的后果。

當(dāng)前國內(nèi)外常用的進行池塘機械增氧的有葉輪式增氧機、水車式增氧機、微孔增氧機和涌浪機等。不同的增氧方式優(yōu)缺點不同，但傳統(tǒng)的這些增氧機是固定在某處或者隨機移動的，雖然有增氧的效果，但是魚塘的氧氣含量不夠均勻，作用范圍有限，靠近增氧機的地方溶氧量高，魚類就多；反之則少，導(dǎo)致魚塘面積的利用率降低。

很多科技人員致力于集成智能水質(zhì)傳感器、無線傳感網(wǎng)、無線通信、智能管理系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等專業(yè)技術(shù)，對養(yǎng)殖環(huán)境、水質(zhì)、魚類生長狀況等進行全方位監(jiān)測管理，最終實現(xiàn)節(jié)能降耗、增產(chǎn)增收的目標(biāo)。但智能水產(chǎn)養(yǎng)殖多集中于單個指標(biāo)控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息采集等應(yīng)用和研究，缺乏系統(tǒng)性和整體性，且監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的精準化和智能化程度較低，缺乏系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)能力，推廣應(yīng)用性較差，漁業(yè)養(yǎng)殖依然有很大的市場發(fā)展空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于太陽能供電的行走式智能增氧機器人。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

一種基于太陽能供電的行走式智能增氧機器人，其中，包括浮筒、太陽能電池板、電池板支撐架、主控箱、葉輪、連接桿、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、超聲波測距傳感器、超聲波換能器、防水?dāng)z像頭、方向控制舵構(gòu)成；所述主控箱成方形箱體，所述主控箱上設(shè)置有前、后、左、右四個側(cè)板，所述電池板支撐架成L型結(jié)構(gòu)，數(shù)量為三個，分別連接于所述主控箱左側(cè)板、右側(cè)板及后側(cè)板上；所述太陽能電池板成方形板體結(jié)構(gòu)，數(shù)量為三個，所述三個太陽能電池板安裝固定在所述電池板支撐架上，在所述電池板支撐架上呈傾斜設(shè)置；所述連接桿數(shù)量有三個，設(shè)置于所述主控箱左側(cè)板、右側(cè)板及后側(cè)板下端，位于三個電池支撐架下方位置；所述連接桿呈水平設(shè)置，一端連接主控箱，另一端連接浮筒；所述主控箱做側(cè)板和右側(cè)板上的連接桿上均設(shè)有葉輪，所述葉輪數(shù)量為兩個；所述浮筒數(shù)量為三個，所述主控箱及浮筒上均設(shè)置有超聲波傳感器連接桿；所述超聲波測距傳感器連接桿數(shù)量一共有四個，其中三個超聲波測距傳感器連接桿設(shè)置于浮筒一端，剩余一個超聲波測距傳感器連接桿設(shè)置于所述主控箱前側(cè)板上；所述超聲波測距傳感器數(shù)量為四個，設(shè)置于超聲波測距傳感器連接桿一端；所述超聲波換能器設(shè)置于所述主控箱底板下部；所述水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置于所述主控箱底板下部一側(cè)位置，所述水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)成包括溶解氧傳感器、PH值傳感器、溫度傳感器；所述方向控制舵包括舵機、舵角控制器、舵桿及舵葉，所述舵桿頂端連接主控箱底板下部一側(cè)位置，所述舵葉連接于舵桿下端；所述舵機與所述舵角控制器均設(shè)置于所述主控箱內(nèi)部，所述舵桿頂部伸入主控箱內(nèi)部與舵機相連，所述舵角控制器與所述舵機相連；所述防水?dāng)z像頭安裝于所述主控箱前側(cè)板上；

所述主控箱內(nèi)部設(shè)有電機、智能控制器、智能網(wǎng)關(guān)、蓄電池、舵機、舵角控制器；所述電機與兩個連接桿相連；所述智能網(wǎng)關(guān)與智能控制器通過串口相連；所述太陽能電池板、蓄電池通過電線連接智能網(wǎng)關(guān)、智能控制器、電機、舵機、舵角控制器，通過電線給智能網(wǎng)關(guān)、智能控制器、電機、舵機、舵角控制器提供電源；所述智能網(wǎng)關(guān)通過電纜與水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、超聲波測距傳感器、超聲波換能器、舵角控制器、攝像頭相連，實現(xiàn)信號傳輸；所述智能控制器通過電纜與電機相連。

上述一種基于太陽能供電的行走式智能增氧機器人，其中，所述智能控制器為單片機，單片機型號為STM8L051F3。

上述一種基于太陽能供電的行走式智能增氧機器人，其中，所述智能網(wǎng)關(guān)為嵌入式處理器，處理器型號為HF-LPB100 WIFI。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

使用時通過水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)多種傳感器將多種水質(zhì)數(shù)據(jù)測出，包括有：水中的溶解氧含量、PH值、水溫、水壓，以及攝像頭采集圖片及視頻資料，數(shù)據(jù)采集后通過電纜將數(shù)據(jù)信號傳遞給智能網(wǎng)關(guān)，由智能網(wǎng)關(guān)進行信息處理，并將針對信息進行數(shù)據(jù)分析，裝置采用 “之”型路徑型規(guī)劃增氧機器人行走路線，同時根據(jù)此位置水體內(nèi)部的溶解氧含量的多少控制增氧時間，并將路線方向信號通過電纜傳遞給舵角控制器，通過舵角控制器調(diào)節(jié)方向控制舵角度來完成增氧機器人行走路線無誤。行走過程中，由兩個葉輪轉(zhuǎn)動不僅提供行走動力，更由于葉輪的旋轉(zhuǎn)將空氣中的氧氣帶入到水體內(nèi)，以達到水體增氧的效果，此過程中電機帶動連接桿旋轉(zhuǎn)，連接桿帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，又由智能網(wǎng)關(guān)將行進與停止信號傳送給智能控制器，智能控制器控制電機的啟動與開關(guān)，以保證機器人行進與停止的準確性。

采用四周分布四個超聲波測距傳感器，可以探測增氧機器人在行進過程中是否有障礙物，能夠有效避免行進路程中出現(xiàn)碰壁的情況發(fā)生。特殊在主控箱底部增設(shè)一個超聲波換能器，可以有效取得防擱淺的效果，提高工作效率，改善使用效果。

可以實現(xiàn)實時采集水產(chǎn)養(yǎng)殖裝備集水質(zhì)環(huán)境參數(shù)，通過采集水產(chǎn)溶解氧、PH值、溫度等數(shù)據(jù)，主控箱內(nèi)控制器可通過wifi信號連接手機，工作人員可通過手機遠程智能控制移動式增氧機；同時使用清潔能源，將太陽能與機器人技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)太陽能利用與低功耗用電（連續(xù)陰雨輔助蓄電池）的方式，促進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)型和效益的提高。本產(chǎn)品實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的科學(xué)養(yǎng)殖與管理，最終實現(xiàn)節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、增產(chǎn)增收的目標(biāo)?？紤]到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要低成本高性能和高可靠性，產(chǎn)業(yè)化設(shè)計對這三方面需求都做了優(yōu)化和考量，讓農(nóng)業(yè)合作社、養(yǎng)殖戶用的上和用得起,具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主視圖。

圖2為本發(fā)明的俯視圖。

圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)連接示意圖。

圖4為本發(fā)明的增氧工作流程圖。

圖中標(biāo)號：

1浮筒、 2太陽能電池板、21電池板支撐架、 3主控箱、31電機、32智能控制器、33智能網(wǎng)關(guān)、34蓄電池、35主控箱前側(cè)板、36主控箱后側(cè)板、37主控箱左側(cè)板、38主控箱右側(cè)板、4葉輪、 5連接桿 、6水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、61溶解氧傳感器、62 PH值傳感器、63溫度傳感器、7超聲波測距傳感器、71超聲波傳感器連接桿、8防水?dāng)z像頭、9方向控制舵、91舵機、92舵角控制器、93舵桿、94舵葉、10超聲波換能器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

本實施例中所使用的智能控制器為單片機，單片機型號為STM8L051F3。所使用的智能網(wǎng)關(guān)為嵌入式處理器，處理器型號為HF-LPB100 WIFI。所使用的溶解氧傳感器型號為：SIN DO530；購自于杭州聯(lián)測自動化技術(shù)有限公司，該種溶解氧傳感器自帶溫度補償功能，同時顯示溫度與溶解氧含量。

實施例

一種基于太陽能供電的行走式智能增氧機器人，其中，包括浮筒、太陽能電池板、電池板支撐架、主控箱、葉輪、連接桿、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、超聲波測距傳感器、超聲波換能器、防水?dāng)z像頭、方向控制舵構(gòu)成；所述主控箱成方形箱體，所述主控箱上設(shè)置有前、后、左、右四個側(cè)板，所述電池板支撐架成L型結(jié)構(gòu)，數(shù)量為三個，分別連接于所述主控箱左側(cè)板、右側(cè)板及后側(cè)板上；所述太陽能電池板成方形板體結(jié)構(gòu)，數(shù)量為三個，所述三個太陽能電池板安裝固定在所述電池板支撐架上，在所述電池板支撐架上呈傾斜設(shè)置；所述連接桿數(shù)量有三個，設(shè)置于所述主控箱左側(cè)板、右側(cè)板及后側(cè)板下端，位于三個電池支撐架下方位置；所述連接桿呈水平設(shè)置，一端連接主控箱，另一端連接浮筒；所述主控箱做側(cè)板和右側(cè)板上的連接桿上均設(shè)有葉輪，所述葉輪數(shù)量為兩個；所述浮筒數(shù)量為三個，所述主控箱及浮筒上均設(shè)置有超聲波傳感器連接桿；所述超聲波測距傳感器連接桿數(shù)量一共有四個，其中三個超聲波測距傳感器連接桿設(shè)置于浮筒一端，剩余一個超聲波測距傳感器連接桿設(shè)置于所述主控箱前側(cè)板上；所述超聲波測距傳感器數(shù)量為四個，設(shè)置于超聲波測距傳感器連接桿一端；所述超聲波換能器設(shè)置于所述主控箱底板下部；所述水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置于所述主控箱底板下部一側(cè)位置，所述水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)成包括溶解氧傳感器、PH值傳感器、溫度傳感器；所述方向控制舵包括舵機、舵角控制器、舵桿及舵葉，所述舵桿頂端連接主控箱底板下部一側(cè)位置，所述舵葉連接于舵桿下端；所述舵機與所述舵角控制器均設(shè)置于所述主控箱內(nèi)部，所述舵桿頂部伸入主控箱內(nèi)部與舵機相連，所述舵角控制器與所述舵機相連；所述防水?dāng)z像頭安裝于所述主控箱前側(cè)板上；

所述主控箱內(nèi)部設(shè)有電機、智能控制器、智能網(wǎng)關(guān)、蓄電池、舵機、舵角控制器；所述電機與兩個連接桿相連；所述智能網(wǎng)關(guān)與智能控制器通過串口相連；所述太陽能電池板、蓄電池通過電線連接智能網(wǎng)關(guān)、智能控制器、電機、舵機、舵角控制器，通過電線給智能網(wǎng)關(guān)、智能控制器、電機、舵機、舵角控制器提供電源；所述智能網(wǎng)關(guān)通過電纜與水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、超聲波測距傳感器、超聲波換能器、舵角控制器、攝像頭相連，實現(xiàn)信號傳輸；所述智能控制器通過電纜與電機相連。

所述智能網(wǎng)關(guān)內(nèi)集成有蟻群算法軟件。

增氧工作流程：

水中的溶解氧含量、PH值、水溫，以及攝像頭采集圖片及視頻資料，數(shù)據(jù)采集后通過電纜將數(shù)據(jù)信號傳遞給智能網(wǎng)關(guān)，由智能網(wǎng)關(guān)進行信息處理，并將針對信息進行數(shù)據(jù)分析，支持以下2種增氧方式:

1、人工遠程手動增氧：根據(jù)增氧機器人所在地點的水體內(nèi)部的溶解氧含量的多少，工作人員手動控制規(guī)劃增氧機器人行走路線，（智能控制器可通過無線信號與手機客戶端、微信端及電腦連接，并對增氧機器人控制），并將路線方向信號傳遞給舵角控制器，通過舵角控制器調(diào)節(jié)方向控制舵角度來完成增氧機器人行走路線無誤。且通過溶解氧傳感器實時監(jiān)測溶解氧數(shù)據(jù)，可針對性的調(diào)節(jié)增氧時間長短，做到遠程智能化增氧。

2、整個池塘自動化增氧：

裝置的路徑規(guī)劃采取的是基于具有感覺適應(yīng)功能的蟻群算法（Sensory Adaptation Ant Colony Algorithm，SAACO）基礎(chǔ)上進行改進的有限狀態(tài)機模型選取理論最優(yōu)路徑，再進行反復(fù)實際實驗調(diào)整轉(zhuǎn)角，改進方案得出最終的可實施性高的路徑規(guī)劃。最終裝置采用“之”型路徑進行遍歷的方法規(guī)劃增氧機器人行走路線，同時根據(jù)此位置水體內(nèi)部的溶解氧含量的多少控制增氧時間，并將路線方向信號傳遞給舵角控制器，通過舵角控制器調(diào)節(jié)方向控制舵角度來完成增氧機器人行走路線，完成整個池塘的智能增氧。

路徑要求：裝置放入水中，首先由用戶遙控，將裝置遠離岸邊一段距離且方向正向一個方向，不要傾斜，進入安全范圍。然后，開啟裝置自動模式按“之”型行走。具體流程圖參照說明書附圖3。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

使用時通過水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)多種傳感器將多種水質(zhì)數(shù)據(jù)測出，包括有：水中的溶解氧含量、PH值、水溫、水壓，以及攝像頭采集圖片及視頻資料，數(shù)據(jù)采集后通過電纜將數(shù)據(jù)信號傳遞給智能網(wǎng)關(guān)，由智能網(wǎng)關(guān)進行信息處理，并將針對信息進行數(shù)據(jù)分析，支持人工遠程手動增氧與整個池塘自動化增氧兩種方式：1、人工遠程控制，根據(jù)附近水體內(nèi)部的溶解氧含量的多少規(guī)劃增氧機器人行走路線，并將路線方向信號通過電纜傳遞給舵角控制器，通過舵角控制器調(diào)節(jié)方向控制舵角度來完成增氧機器人行走路線無誤。2、基于具有感覺適應(yīng)功能的蟻群算法（Sensory Adaptation Ant Colony Algorithm，SAACO）基礎(chǔ)上進行改進的有限狀態(tài)機模型選取“之”型路徑進行遍歷的方法。同時根據(jù)此位置水體內(nèi)部的溶解氧含量的多少控制增氧時間，并將路線方向信號傳遞給舵角控制器，通過舵角控制器調(diào)節(jié)方向控制舵角度來完成增氧機器人行走路線，完成整個池塘的智能增氧。

行走過程中，由兩個葉輪轉(zhuǎn)動不僅提供行走動力，更由于葉輪的旋轉(zhuǎn)將空氣中的氧氣帶入到水體內(nèi)，以達到水體增氧的效果，此過程中電機帶動連接桿旋轉(zhuǎn)，連接桿帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，又由智能網(wǎng)關(guān)將行進與停止信號傳送給智能控制器，智能控制器控制電機的啟動與開關(guān)，以保證機器人行進與停止的準確性。

采用四周分布四個超聲波測距傳感器，可以探測增氧機器人在行進過程中是否有障礙物，能夠有效避免行進路程中出現(xiàn)碰壁的情況發(fā)生。特殊在主控箱底部增設(shè)一個超聲波換能器，可以有效取得防擱淺的效果，提高工作效率，改善使用效果。

可以實現(xiàn)實時采集水產(chǎn)養(yǎng)殖裝備集水質(zhì)環(huán)境參數(shù)，通過采集水產(chǎn)溶解氧、PH值、溫度等數(shù)據(jù)，主控箱內(nèi)控制器可通過wifi信號連接手機，工作人員可通過手機遠程智能控制移動式增氧機；同時使用清潔能源，將太陽能與機器人技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)太陽能利用與低功耗用電（連續(xù)陰雨輔助蓄電池）的方式，促進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)型和效益的提高。本產(chǎn)品實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的科學(xué)養(yǎng)殖與管理，最終實現(xiàn)節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、增產(chǎn)增收的目標(biāo)?？紤]到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要低成本高性能和高可靠性，產(chǎn)業(yè)化設(shè)計對這三方面需求都做了優(yōu)化和考量，讓農(nóng)業(yè)合作社、養(yǎng)殖戶用的上和用得起,具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。