《装备维修技术》2020年第2期（总第176期）
doi:10.16648/jki.1005-2917.2020.02.014
谢奕钿 熊昕
（广州番禺职业技术学院智能制造学院，广东广州 511483）
摘要：水产养殖机器人的饵料投放是自动养殖技术中关键环节步骤之一，文章就如何设计自动投饵系统提出了一套新的解决方案的思路。介绍了水产养殖机器人的自动投饵系统应用的可行性及系统构成。该系统的应用可达到降低人工成本、提高饵料投放精度的目的；同时
采样的水质情况又能提供渔业养殖必要的养殖环境信息。
关键词：水产养殖；机器人；投饵系统
1. 研究的意义
当前国内水产养殖业的管理效率还比较低，大部分工作都是靠人工完成，成本与劳动强度较高。年轻人
不愿从事水产养殖业生产，行业的老龄化问题已经非常突出。随着机器人技术、人工智能技术、“互联网+”技术和物联网技术的不断发展，各种智能化的机器人产品逐步走进人们的生活，但目前国内水产业和渔业方面的机器人比较欠缺，而且现有的智能养殖机器人在有水质监控、水体温度及含氧调节、饵料投放等关键工艺上的结合非常欠缺，往往采用“一刀切”的养殖方式，无法根据鱼密度分布情况、水质环境等变化因素及时调整投饵量，投饵距离也非常有限。为此，本文就饵料投放的工艺过程，提出了自动饵料投放的解决方案。可实现不同水产品种、不同生长阶段、不同生长环境下的饵料精确投放。该自动投饵系统能通过自动寻路功能完成常规的水产养殖业、渔业工作，即投饵、水质取样、打氧、水下观察等。
2. 投饵系统功能设计
功能设计主要包括投料系统、打氧系统、水下观测系统组成。投料系统实现了分区域、分鱼、定时定量投放鱼饵、药物。投饵系统同时使用了小型水泵给鱼打氧。
如何自制纳米胶（1）投饵：将鱼塘分为等面积的几个区域，当机器人运行到区域中心点时，打开投饵机，并结合机器人自身的旋转实现360度定量抛饵；每次接近基地就回基地补给。
（2）水质采样：机器人自动按用户设定采样时间、采样点坐标运行到取样点，采样时由小机械臂下放采样装置，下放时由绳子带动编码轮旋转以确定下放深度，到底指定深度后停止下放，等待采样装置
的计时停止并开始采样，采样完保存返回基地回收，并通知用户。
（3）打1氧：下放打氧管，启动气泵，在几个区域中心点循环游走。
3. 总体设计方案
水产养殖机器人的自动投饵系统硬件连接图如图1所示：水产养殖机器人主要包括：机器人主体、行走装置、Stewart并联机构和投料装置、视频检测装置、红外避障装置、水质检测装置等。还有投料的机械臂、关节驱动控制系统、视觉检测系统和视觉控制器等。 而自动投饵系统通过使用RK3399芯片为核心芯片的开发板，主机通过RS485通信总线联接变频器，变频器可以通过改变电机的控制频率而实现对电机转速和正转、反转的控制，变频机控制三相电机，三相电机带动机械传动设备，以实现机器人的移动和投料机械臂的的伸出和收回动作，变频器支持标准的工业modbus通讯协议，智能控制主机可饵料料斗用于接收中央料斗输出的待投饵料。
投饵机构由投饵料斗、抛料机构、耳料口组成。饵料料斗用于接收待投饵料保证机器人移动时候饵料不溢出；在投饵机构工作时，饵料能顺畅地落入投饵机构。投料机构由机器人产生一个360°旋转，依离心力原理饵料从料斗落入抛物嘴的饵料从饵料口抛出；饵料的抛撒半径由机器人旋转速度决定，一般要求机器人旋转速度达到15KM/H；挡料盘上饵料口开口角度可调，用以调节抛撒扇面角度。投饵机构结构图如图2所示：
图1 硬件连接图
–21–
工作研究·水产养殖机器人的自动投饵系统研究
图2：投饵机构内部结构
1.下料口；
2.饵料口；
3.抛料嘴；
4.挡料盘；
5.基座；
6.固定
支架
Stewart并联机构位于升降装置与投料装置之间，且Stewart并联机构下端与升降装置相连接，Stewart并联机构上端与投料装置相连接。智能水产养殖机器人的机械臂具有5个关节点，每关节由一个伺服电机驱动板进行驱动，所以其关节驱动控制系统是一个单独控制输入信号控制多组驱动板输出输出信号的动态系统，由于机械臂上多个关节运动需要一定的配合，为简化设计，可以把其看作各个关节可独立控制的多个驱动板同时进行工作，其系统结构如图3所示。
图3 机械臂系统结构图
氧化钢在机械臂的传动上面，装有灵敏度高的位移传感器（即拉绳传感器），用于对机械臂的位置检测。当机械臂在伸出和收回的过程中会拉动拉绳的长度变化，当达到最大开合度的位置时能实时检测，拉绳传感器输出信号可为电压也可为电流，拉绳传感器直接接入智能控制主机。机械臂的位置高度是依靠智能控制主机通过高精度AD采样获取拉绳传感器电压信号，使智能控制主机能探测到机械臂状态，以实现不同开合高度的控制，来达到采集不同水深水质的作用。
基中视觉检测系统主要是实现对目标物体图像采集，通过对图像的进行边缘处理进而完成对图像中物体的捕获，并将捕获的物体提取相应特征值进行输出，输出的特征值与从机械臂传感器得到的速率、位置等数据，经过A/D端口传输给控制计算机，在控制计算机中通过伺服控制算法和三级遗传算法实现对视觉检测系统和关节控制系统的控制，视觉检测系统和关节控制系统再将输入图像特征向量与图像
特征向量的期待值之间的误差值反馈为机械臂各关节角度的调整，并通过D/A端口输出给机械臂的驱动控制电路，进而驱动控制机械臂完成相应的关节角度调整功能，使目标物体的当前输入图像特征量趋于期待值，实现机械臂的手眼协调功能，完成对采摘目标物体的定位与跟踪，其智能水产养殖机器人的机械臂控制结构如图4所示。
图4 智能水产养殖机器人的机械臂的控制结构汽车烧甲醇
结论
水产养殖机器人的自动投饵系统的研究能够提高了养殖基地现代化水平，提高了养殖环境的监控和水产品的定期喂食、水产品的健康检测，大大提高了养殖户的工作效率，降低了养殖成本。同时也为养殖业解决了年轻人不愿从事水产养殖业的问题，高效的科学养殖监控喂食体系，实现水产养殖远程控制的无人值守，脱离传统的完全靠人工来完成养殖的方式，更先进更现代化的养殖系统也能更加吸引年轻人参与到水产养殖业中来。
参考文献
[1] 朱鸣山.水产自动投饵机器人在工厂化养殖中的应用[J].研究与
探索，2018.1.
[2] 李道亮.水产养殖水下作业机器人关键技术研究进展[J].探索与
观察，2018.4.
投料机4.2 直流仪表配置
石化企业作业生产环节，直流电主要依靠的是24V设备提供电能。为了保障直流仪表本身的供电系统可以保障安全，在实践当中就需要选择有着独立性的直流稳压电源负责供电。电源输出整机部位有必要增加大功率二极管，实现电源隔离追求。依靠220V电源为其源源不断的供电。在电源回路中来回供电，结合直流电源、交流电源大功率二极管、电路有效配置供电冗余。
4.3 单路电气配置
对于石化企业在作业环节中遇到的各种问题，在线分析、流量控制、压力控制、可编程逻辑装置需要将重心放在安全性管理。假设爆发短时间停电那么石化企业的安全生产、稳定生产就会遇到很大的问题和影响。对此需要同时参考经济以及技术这两项条件、两项内容。以此为参照点确定不间断电源在供电后的仪表用电需求获得满足。在供电系统当中有必要安装静态开关。相对来说，电气仪表系统安全性往往要高于传统电源。假设供电计划当中的UPS陷入故障或是异常，那么静态转换开关就会将状态切回不间断供电。在隔离不间断电源以后获得稳定电压，提高与保障仪表系统的供电稳定性和安全性，留出足够多的时间和空间用于电源的抢修与维护。
4.4 提高总电源可靠性和安全性
水下作业决定石化企业仪表供电系统能否可靠、安全的关键点在于需要可靠、安全的总电源。石化企业有必要选择质量好、性能稳定且能力达标的电源。用这样的电源为石化生产提供足够的电力。此外还要用UPS以及市电供电两种模式，提高系统稳定性和安全。
结语
对于国民经济的发展和建设来说，石化企业的影响和意义是非常突出的，直接关系到我国经济增长、经济建设。在完善与优化石化电气仪表供电系统的过程中一定要牢牢结合与参照生产设备本身的特点以及供电追求，充分考虑安全技术以及用电负荷要求，要协调好经济以及技术条件关系。用针对性更突出的方法和配置思路，保障仪表系统足够安全。让供电系统能够在石化电气仪表中发挥最大化作用，帮助石化企业获得更巨大的发展潜力。
投票机参考文献
[1] 张志宏.石化行业电气技术的应用及自动化技术进展[J].化工设
计通讯，2019，45（03）：69+106.
[2] 戴文.浅谈石化企业有关电气运行的几个问题[J].石化技术，
2019，26（02）：267.
[3] 王钊.电气仪表安装及其调试问题综述[J].石化技术，2018，25（12）：183.
[4] 江山.电气自动化在石化行业的应用与发展趋势[J].化工管理，
2018（34）：68.
【上接第16页】
–22–
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议