[发明专利]一种水产养殖作业船自动转塘系统及位姿调整方法

说明书

本发明公开了一种水产养殖作业船自动转塘系统及位姿调整方法，属于自动控制、机械结构和机器视觉领域。包括水产养殖作业船和转塘架。水产养殖作业船进行转塘作业时，先通过船载GPS/BEIDOU定位系统实现初定位，通过船载视觉模块检测水产养殖作业船与转塘架的相对位姿，然后根据检测结果调整作业船行进方向，进而使水产养殖作业船自动对接转塘架(齿轮对准齿条，滚轮对准导轨)。为方便对接，在转塘用齿轮外侧安装喇叭形挡板，辅助船架对接，降低转塘时船架对接所需的难度。转塘时，上坡阶段齿轮电机处于电动状态，下坡阶段齿轮电机处于发电制动状态，使作业船平稳跨越堤埂。本发明能够提高水产养殖作业船的利用率，在水产养殖领域具有较强的实用意义。

技术领域

本发明涉及自动控制、机械结构和机器视觉领域，具体涉及一种水产养殖作业船自动转塘系统及位姿调整方法。

背景技术

水产养殖作业船是具有自动巡航、自动驻泊、投饵施药与水质检测等多种功能的自动化装备，其运用能有效提高作业效率，效降低人工劳动强度，进而提高水产养殖的经济效益。但是由于天然习性，许多水产必须分塘养殖，塘与塘之间通过堤埂隔开。目前的水产养殖作业船大都不具备自动转塘功能，且体积与重量也难以通过人工搬运进行转塘。所以当前许多水产养殖采取“一塘一船”的方案，但是“一塘一船”会大大增加使用成本，如果实现水产养殖作业船的自动转塘，将显著扩大单船作业范围，带来明显的经济效益，因此设计一种水产养殖作业船自动转塘系统及位姿调整方法十分必要。

发明内容

基于上述对水产养殖作业船自动转塘系统的需求，本发明提出一种水产养殖作业船自动转塘系统及位姿调整方法。

本发明的技术方案为：一种水产养殖作业船自动转塘系统，包括水产养殖作业船、转塘架、船载控制系统；

所述转塘架固定在池塘间堤埂上；所述水产养殖作业船能够自动跨越固定在池塘间堤埂上的转塘架实现跨水域作业；

所述转塘架由依池塘间堤埂截面形状搭建的梯形齿条架、梯形导轨及辅助支撑杆件组成；齿条分别固定在于导轨抽对称的两侧的齿条架上，中间引导导轨略低于两侧齿条，以使船体在转塘架上具有一个比较理想的俯仰角；中间引导导轨位于两端的斜坡部分被涂为红色，与周围环境形成鲜明色差，以方便视觉检测；

所述水产养殖作业船由位于船体一端对称分布于船体二侧的明轮驱动，与明轮同轴安装有齿轮，齿轮外侧安装喇叭形挡板，喇叭形挡板在船架对接时起到辅助作用，降低船架对接时的难度，在转塘时对作业船限位，提高作业船行进的稳定性；船体前端的中间安装一个末端为滑动滚轮的具有自锁功能的机械臂，机械臂通过旋转关节进行状态切换，水产养殖作业时，控制机械臂使滑动滚轮保持在水面之上，以减少船体航行阻力；在接近转塘架时，控制机械臂使滑动滚轮向下，准备转塘；

所述船载控制系统包括主控模块、GPS/BEIDOU模块、机器视觉模块、IMU模块、电机驱动模块及电源管理系统；通过电源管理系统对控制系统进行电源管理，主控模块作为整个控制系统的控制中心，GPS/BEIDOU和机器视觉模块通过UART接口与主控模块连接、IMU模块通过IIC接口接到主控模块、主控模块通过PWM生成模块和GPIO对驱动模块进行控制，驱动模块又分别对明轮电机和减速器控制。

进一步，机器视觉模块的相机安装在作业船纵向中心线上，位于船体前部，朝向作业船正前方，距水面1米高，拍摄角度水平向前。

进一步，通过船载GPS/BEIDOU定位系统实现初定位，在接近转塘架时，通过船载视觉模块检测水产养殖作业船与转塘架的相对位姿，然后船载控制系统根据检测结果调整作业船行进方向，进而使水产养殖作业船自动对接转塘架，其中，齿轮对准齿条，机械臂上的滚轮对准引导导轨，最后通过直流电机驱动使作业船沿转塘架行进实现自动转塘。

进一步，转塘时，水产养殖作业船的齿轮与转塘架上的齿条啮合产生驱动力、并形成二点支撑，机械臂末端的滑动滚轮作用在转塘架的导轨上形成第三点支撑，水产养殖作业船通过直流电机驱动齿轮沿齿条啮合行进。