用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚及其控制方法。魚頭內(nèi)部設(shè)有相連的排水針管、排水舵機、曲柄滑塊和攝像頭；排水舵機通過曲柄滑塊與排水針管的活塞相連；排水針管對稱設(shè)置于魚頭內(nèi)部。所述的魚頭通過連接支架與魚身相連，魚身內(nèi)設(shè)有若干個驅(qū)動舵機，驅(qū)動舵機之間通過級連固定件相連，最靠近魚尾的驅(qū)動舵機通過級連固定件與魚尾相連；級連固定件上固定有用于支撐蒙皮的蒙皮框架；靠近魚尾的驅(qū)動舵機在靠近魚頭的驅(qū)動舵機的驅(qū)動下在水平方向轉(zhuǎn)動；所述的攝像頭、排水舵機和驅(qū)動舵機分別與控制器相連。本款機器魚通過對于機械結(jié)構(gòu)的改善和合理的運動規(guī)劃增加游動速度，提高輸出效率。
【專利說明】
用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于機器人領(lǐng)域，具體涉及一種用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚及 其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機器魚，故名思議，從材料制作的外形像魚的機器，機器魚已在水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域有十 分廣泛的應(yīng)用，這一類型的機器魚通常裝有化學(xué)傳感器，用于分析水中污染物成分等。本款 機器魚擬用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，用于定期驅(qū)趕魚群，使魚群定期游動，肉質(zhì)得到改善，提高市場 效益。
[0003] 當前機器魚的驅(qū)動方式常常基于仿生學(xué)，主要分為以下三種：
[0004] a. Angui 11 if orm:(暢狀的）通過整體身軀肌肉的波動來游動，像暢魚一樣
[0005] b.Carangiform:通過尾鰭和與尾部相連的身軀擺動來游動，像鮭魚，金槍魚，旗魚
[0006] c. Ostraci ifrom:只通過尾鰭的擺動而不利用身體擺動而進行泳動
[0007] 然而當前機器魚技術(shù)存在以下的弊端和改進：
[0008] 1、現(xiàn)有機器魚多用于水質(zhì)監(jiān)測等領(lǐng)域，依靠精密的化學(xué)傳感器等，造價高。
[0009] 2、由于其應(yīng)用限制，當前機器魚對于其外形和游動速度不加要求，然而用于驅(qū)趕 魚群的機器魚對于其游動速度具有較高的要求。
[0010] 3、現(xiàn)有機器魚技術(shù)的防水流程復(fù)雜，且防水效果較差，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，并提供一種用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自 主追趕魚群機器魚及其控制方法。
[0012] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0013] 用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚，包括順次相連且外表面包裹蒙皮的魚 頭、魚身和魚尾;所述的魚頭內(nèi)部設(shè)有相連的排水針管、排水舵機、曲柄滑塊和攝像頭;所述 的排水舵機通過曲柄滑塊與排水針管的活塞相連，用于驅(qū)動活塞運動以改變管內(nèi)液體質(zhì) 量;所述的排水針管數(shù)量為雙數(shù)，兩兩對稱設(shè)置于魚頭內(nèi)部，且針頭的出水口位于魚頭外 部；
[0014] 所述的魚頭通過連接支架與魚身相連，魚身內(nèi)設(shè)有若干個驅(qū)動舵機，驅(qū)動舵機之 間通過級連固定件相連，最靠近魚尾的驅(qū)動舵機通過級連固定件與魚尾相連;級連固定件 上固定有用于支撐蒙皮的蒙皮框架;靠近魚尾的驅(qū)動舵機在靠近魚頭的驅(qū)動舵機的驅(qū)動下 在水平方向轉(zhuǎn)動；
[0015] 所述的攝像頭、排水舵機和驅(qū)動舵機分別與控制器相連。
[0016] 作為優(yōu)選，所述的控制器為樹莓派。
[0017]作為優(yōu)選，所述的蒙皮采用3M VHB膠帶進行防水密封。
[0018]作為優(yōu)選，所述的控制器、排水舵機和驅(qū)動舵機由電源設(shè)備進行供電，電源設(shè)備包 括航模電池、電壓降壓模塊和輔助電路
[0019] 作為優(yōu)選，所述的級連固定件整體呈Z形，上臂末端呈十字形，通過螺釘與上一級 舵機的舵盤相連，上臂始端留有兩個螺紋孔，用于與下一級舵機相連，進而完成級連的功 能，并且傳遞扭矩;上臂始端設(shè)有肋板以提升結(jié)構(gòu)強度。
[0020] 作為優(yōu)選，所述的控制器通過無線傳輸模塊與用戶進行數(shù)據(jù)交互。
[0021] -種利用所述用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚的控制方法，包括上下運動 控制和左右運動控制；
[0022]所述的上下運動控制步驟如下：
[0023] S101:通過攝像頭采集魚群圖像，并由控制器通過無線傳輸模塊發(fā)送至服務(wù)器，在 服務(wù)器端對圖像中的目標魚群進行位置識別，并將位置信息轉(zhuǎn)換成控制指令傳輸回控制器 中；
[0024] S102:控制器接收控制指令后，解析出該指令所對應(yīng)的俯仰角度
[0025] S103:控制器控制排水舵機在t時間內(nèi)勻速旋轉(zhuǎn)角度0:，0^0時排水針管水的體積 增加，且以的計算公式如下：
[0027]式中：
[0028] y_目標點與魚重心的軸向距離;z-目標點與魚重心的豎直方向距離;P-液體密度； g_重力加速度;A-排水針管的橫截面積-針管中心與魚重心距離;R-舵機曲柄滑塊長度； Ji-機器魚豎直方向轉(zhuǎn)動慣量；
[0029] 上述公式的推導(dǎo)原理如下：
[0030] 機器魚的上下運動需要改變機器魚在徑向的俯仰角。為了便于控制，我們采用了 固定時間調(diào)節(jié)的方式。
[0031] 首先當魚接收到旋轉(zhuǎn)命令后，能夠解析出指令俯仰角虔
，通過俯仰角度經(jīng) 過以下的計算能夠得到在指定時間t內(nèi)，排水舵機所需要轉(zhuǎn)過的角度01:
[0032] 通過改變排水舵機的旋轉(zhuǎn)角度01來改變排水針管中的水的體積A V，其對應(yīng)關(guān)系 如下：
[0033] d = Rsin9i
[0034] A V = dA = RAsin9i
[0035] 體積的變化造成機器魚前部重力A F的變化，進而來改變機器魚的前后扭矩A T的 大?。?br>[0036] AF= A Vpg = PgARsin9i
[0037] A T = 2 A FLi = 2pgALiRsin9i
[0038] 扭矩A T會造成機器魚在徑向的旋轉(zhuǎn)，計算可得：
[0039] AT = JiPi
[0040]若我們要求運動在時間t內(nèi)完成則可以得到下面的等式：
[0043] 求解獨
，即若使魚在時間t內(nèi)偏轉(zhuǎn)
角度，需要要求旋 轉(zhuǎn)舵機旋轉(zhuǎn)
[0044] d-排水針管活塞位移；A V-排水針管排水體積；A F-因 A V而增加的重力；A T-因 A V而增加的轉(zhuǎn)矩;機器魚豎直方向旋轉(zhuǎn)角加速度；
[0045] y_目標點與魚重心的軸向距離;z-目標點與魚重心的豎直方向距離;P-液體密度； g_重力加速度;A-排水針管的橫截面積-針管中心與魚重心距離;R-舵機曲柄滑塊長度； Ji-機器魚豎直方向轉(zhuǎn)動慣量；
[0046] S104:完成步驟S102后，由控制器控制排水舵機恢復(fù)至未旋轉(zhuǎn)前的角度；
[0047] S105:不斷重復(fù)S101~S104，實現(xiàn)垂直方向?qū)δ繕唆~群的追趕；
[0048]所述的左右運動控制步驟如下：
[0049] S201:通過攝像頭采集魚群圖像，并由控制器通過無線傳輸模塊發(fā)送至服務(wù)器，在 服務(wù)器端對圖像中的目標魚群進行位置識別，通過魚群偏離圖像中心的位置預(yù)測得到機器 魚需要偏離的角度9 2,并將位置信息轉(zhuǎn)換成控制指令傳輸回控制器中；根據(jù)驅(qū)動舵機的運 動幅度限制，設(shè)置魚尾擺動次數(shù)N，來回擺動記為1次，單次擺動使機器魚偏離的角度為0'， 0 ' =02/N;
[0050] S202:控制器接收控制指令后，解析出該指令所對應(yīng)的雙側(cè)不對稱旋轉(zhuǎn)角度a和 y ;其中a和y為所有驅(qū)動舵機轉(zhuǎn)動的角度之和，a>〇時，魚尾以魚頭為原點逆時針轉(zhuǎn)動；y >0時，魚尾以魚頭為原點順時針轉(zhuǎn)動;a和y滿足以下約束條件：
[0051] ti = FdL2C〇s( y - y i)
[0052] i2 = FDL2C〇s(a-ai)
[0054] 式中：雙側(cè)魚尾受力作用點和魚重心之間所稱角度為角度adP y 1;Fd為尾部所受 的總作用力；L2_魚尾中心與魚重心間的距離;J2為機器魚水平方向的轉(zhuǎn)動慣量； Tl_魚身以 魚頭為原點順時針方向所受力矩；t2-魚身魚頭為原點逆時針方向所受力矩;t_為單次擺動 過程的總時間；
[0055] 以上公式的推導(dǎo)原理如下：
[0056] 水平方向控制按照左右兩個擺動周期作為一次控制周期，進行粗略控制，每次轉(zhuǎn) 動的角度Q '?？刂频牧鞒虨椋?br>[0057]接收到旋轉(zhuǎn)命令，解析出旋轉(zhuǎn)方向。然后對尾部舵機進行旋轉(zhuǎn)角方向的不對稱控 制。最后完成后魚身恢復(fù)到初始狀態(tài)。
[0058]其中機器魚每次旋轉(zhuǎn)的角度0'與雙側(cè)不對稱旋轉(zhuǎn)角度a和y之間的關(guān)系如下： [0059]機器魚魚尾打水所收到的合外力可由以下公式計算得：
[0061 ]其中 v = ? L2。
[0062] 如果左右之間的角度為雙側(cè)不對稱旋轉(zhuǎn)角度a和y，雙側(cè)魚尾受力作用點和魚重 心之間所稱角度為角度^和Y i，則兩側(cè)極端位置所收到的力矩為：
[0063] ti=Fd sin y L2sin y i+Fd cos y L2cos y i=FdL2cos( y - y i)
[0064] T2 = Fd sinaL2sinai+FD cosaL2C〇sai = FoL2C〇s(a-ai)
[0065]由于機器魚擺動的速度較快，我們可以將受力進行近似，并且認為是恒力矩，則單 次擺動所轉(zhuǎn)過的角度為：
[0067]以總共擺動兩次為例，所以每次執(zhí)行旋轉(zhuǎn)命令所轉(zhuǎn)過的角度為：
[0069]上述公式中涉及參數(shù)的定義如下：
為尾部所受的總作用力;Cd_阻力系數(shù);V-魚尾擺動線速度;S-魚尾 面積;L2-魚尾中心與魚重心距離;J2為水平方向的轉(zhuǎn)動慣量;魚身順時針方向所受力矩； t2_魚身逆時針方向所受力矩;t-為單次擺動的總時間；y -魚尾順時針轉(zhuǎn)動角度；y i-魚尾 相對重心轉(zhuǎn)過的順時針角度;a-魚尾逆時針轉(zhuǎn)動角度;ai-魚尾相對重心轉(zhuǎn)過的逆時針角 度。
[0071] S203:控制器控制驅(qū)動舵機轉(zhuǎn)動，向兩側(cè)依次擺動a和y，并重復(fù)N次；
[0072] S204:不斷重復(fù)S201~203,實現(xiàn)水平方向?qū)δ繕唆~群的追趕。
[0073] 作為優(yōu)選，所述的上下運動控制和左右運動控制同時或分別或依次進行。
[0074] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，具有以下技術(shù)效果：
[0075] (1)機器魚的機械效率和游動速度問題
[0076]現(xiàn)有技術(shù)多用于水下攝影、水質(zhì)勘測等，重點放在其探測器的精密程度上，不對機 器魚平臺的游動速度具有較高要求，然而本款機器魚通過對于機械結(jié)構(gòu)的改善和合理的運 動規(guī)劃增加游動速度，提高輸出效率。
[0077] (2)機器魚的運動規(guī)劃問題
[0078]傳統(tǒng)機器魚常用于固定深度的水下，然而這款機器魚的應(yīng)用場所環(huán)境復(fù)雜，需要 多種運動方向（直行、轉(zhuǎn)彎、上浮、下沉等），此款機器魚通過一個固定于魚頭處的排水裝置， 改變魚的重量，進而改變其密度，從而實現(xiàn)機器魚在水中的上浮及下沉。
[0079] (3)機器魚的防水問題
[0080]傳統(tǒng)技術(shù)未開發(fā)一套成本較低的防水結(jié)構(gòu)，此款機器魚利用了一種高彈性的材料 VHB進行魚身的防水和密封，既保護了電路和機械結(jié)構(gòu)，又不干擾機器魚本身的運動。
【附圖說明】
[0081] 圖1為一種用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚的俯視內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0082] 圖2為級連固定件的示意圖；其中a)為主視圖；b)左視圖；c)俯視圖；
[0083]圖3為本發(fā)明的機器魚側(cè)視圖；
[0084] 圖4為機器魚左右運動的控制不意圖；
[0085] 圖5為本發(fā)明的排水舵機曲柄滑塊裝置運動示意圖；
[0086] 圖6為機器魚上下運動的控制示意圖。
[0087] 圖中：排水針管1、排水舵機2、曲柄滑塊3、級連固定件4、蒙皮框架5、魚尾6、連接支 架7、控制器8和攝像頭9;
【具體實施方式】
[0088] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步闡述和說明。本發(fā)明中各個實施 方式的技術(shù)特征在沒有相互沖突的前提下，均可進行相應(yīng)組合。
[0089] 如圖1和3所示，一種用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚。該機器魚主體部分 分為順次相連且外表面包裹蒙皮的魚頭、魚身和魚尾6。蒙皮采用3M VHB膠帶進行防水密 封，每次下水前都需要重新包裹，以保證機器魚內(nèi)部的防水性能。
[0090] 所述的魚頭內(nèi)部設(shè)有相連的排水針管1、排水舵機2、曲柄滑塊3和攝像頭9;所述的 排水舵機2通過曲柄滑塊3與排水針管1的活塞相連，用于驅(qū)動活塞運動以改變管內(nèi)液體質(zhì) 量;所述的排水針管1數(shù)量為雙數(shù)，兩兩對稱設(shè)置于魚頭內(nèi)部，且針頭的出水口位于魚頭外 部。本實施例中，排水針管1、排水舵機2及曲柄滑塊3作為質(zhì)心調(diào)整模塊，共有2套，對稱放置 于魚頭下部。舵機帶動曲柄滑塊旋轉(zhuǎn)，曲柄滑塊機構(gòu)與排水針管內(nèi)活塞相連，從而將舵機的 旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)運動。
[0091 ]所述的魚頭通過連接支架7與魚身相連。本實施例中，魚身內(nèi)設(shè)有3個驅(qū)動舵機，驅(qū) 動舵機之間通過級連固定件4相連，最靠近魚尾6的驅(qū)動舵機通過級連固定件4與魚尾6相 連。魚尾部分前半部分采用與舵機級聯(lián)固定件上臂部分相同的結(jié)構(gòu)，后半部分固連一個魚 尾形狀的排水板，通過打水的方式推動魚在水中前進。
[0092] 級連固定件4上固定有用于支撐蒙皮的蒙皮框架5。本實施例中，蒙皮框架5分為大 小三個，呈橢圓形，分別通過膠連的方式固定在級聯(lián)固定件上，面積大小比例分別為13:11: 7,每級框架由兩個由左右兩個堆成的部分組成，上下分別由大小不同的1/4橢圓組成，相互 之間平滑連接?？拷~尾6的驅(qū)動舵機在靠近魚頭的驅(qū)動舵機的驅(qū)動下在水平方向轉(zhuǎn)動。尾 部首級舵機通過螺釘固定在連接支架7上。如圖2所示，級連固定件4整體呈Z形，上臂末端呈 十字形，通過螺釘與上一級舵機的舵盤相連，上臂始端留有兩個螺紋孔，用于與下一級舵機 相連，進而完成級連的功能，并且傳遞扭矩;上臂始端設(shè)有肋板以提升結(jié)構(gòu)強度。
[0093] 所述的攝像頭9、排水舵機2和驅(qū)動舵機分別與控制器8相連。本【具體實施方式】中控 制器8為便于開發(fā)的樹莓派。樹莓派通過螺釘安裝在機器魚內(nèi)部，實現(xiàn)機器魚的基本控制。 攝像頭采用樹莓派配套的專用攝像頭，通過CSI接口與樹莓派對應(yīng)接口連接，攝像頭模塊通 過支架固定在魚的前部。
[0094]機器魚中控制器8、排水舵機和驅(qū)動舵機由電源設(shè)備進行供電，電源設(shè)備包括航模 電池、電壓降壓模塊和輔助電路。
[0095]為了實現(xiàn)與遠程服務(wù)器的交互，控制器8通過無線傳輸模塊與用戶進行數(shù)據(jù)交互。 [0096]本發(fā)明對機器魚的基本控制原理為：
[0097]水平方向控制:接收到服務(wù)器端的指令后，樹莓派會采取一系列的動作，以完成機 器魚水平方向的位置控制：
[0098] 左：向左移動，a>f3;中：向前直線移動，a = f3;右：向右移動，a〈f3
[0099] 豎直方向控制:接收到服務(wù)器端的指令后，樹莓派會采取一系列的動作，以完成機 器魚豎直方向的位置控制。
[0100] 上：排水舵機旋轉(zhuǎn)，從而帶動曲柄連桿裝置，使活塞前移，這樣機器魚的整體重心 后移并且重力減小，雙方面原因造成魚身上浮。
[0101 ]下：排水舵機旋轉(zhuǎn)，從而帶動曲柄連桿裝置，使活塞后移，這樣機器魚的整體重心 前移并且重力增加，雙方面原因造成魚身下沉。
[0102] 樹莓派中還設(shè)有輔助程序，輔助程序主要是用來執(zhí)行一些輔助的功能，其中包括：
[0103] 自平衡控制：通過單獨改變左右排水舵機的旋轉(zhuǎn)角度，使魚身總體質(zhì)心位置發(fā)生 改變，相對于機器魚的幾何重心產(chǎn)生一定的扭矩，以保證機器魚自身的扭矩平衡。
[0104] 低電壓保護：當機器魚檢測到工作電池電壓低于一定閾值時，會啟動低電保護，排 光質(zhì)心調(diào)整模塊中針筒中的所有的水并使魚尾對稱運動，迫使機器魚浮出水面。
[0105] 進一步的，基于上述機器魚，還可以提供一種所述用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚 群機器魚的控制方法，包括上下運動控制和左右運動控制。上下運動控制和左右運動控制 可以根據(jù)實際需要同時、分別或依次進行。
[0106] 如圖5~6所示，所述的上下運動控制步驟如下：
[0107] S101:通過攝像頭9采集魚群圖像，并由控制器8通過無線傳輸模塊發(fā)送至服務(wù)器， 在服務(wù)器端對圖像中的目標魚群進行位置識別，并將位置信息轉(zhuǎn)換成控制指令傳輸回控制 器8中；
[0108] S102:控制器8接收控制指令后，解析出該指令所對應(yīng)的俯仰角度
[0109] S103:控制器8控制排水舵機2在。時間內(nèi)勻速旋轉(zhuǎn)角度時排水針管1水的 體積增加，且以的計算公式如下：
[0111] 式中：
[0112] y-目標點與魚重心的軸向距離;z-目標點與魚重心的豎直方向距離;P-液體密度； g_重力加速度;A-排水針管的橫截面積-針管中心與魚重心距離;R-舵機曲柄滑塊長度； Ji-機器魚豎直方向轉(zhuǎn)動慣量；
[0113] S104:完成步驟S102后，由控制器8控制排水舵機2恢復(fù)至未旋轉(zhuǎn)前的角度；
[0114] S105:不斷重復(fù)S101~S104，實現(xiàn)垂直方向?qū)δ繕唆~群的追趕；
[0115] 如圖4所示，所述的左右運動控制步驟如下：
[0116] S201:通過攝像頭9采集魚群圖像，并由控制器8通過無線傳輸模塊發(fā)送至服務(wù)器， 在服務(wù)器端對圖像中的目標魚群進行位置識別，通過魚群偏離圖像中心的位置預(yù)測得到機 器魚需要勻速偏離的角度9 2,并將位置信息轉(zhuǎn)換成控制指令傳輸回控制器8中；根據(jù)驅(qū)動舵 機的運動幅度限制，設(shè)置魚尾擺動次數(shù)N，來回擺動記為1次，單次擺動使機器魚偏離的角度 為 0'，0'=02/N;
[0117] S202:控制器8接收控制指令后，解析出該指令所對應(yīng)的雙側(cè)不對稱旋轉(zhuǎn)角度a和 y ;其中a和y為所有驅(qū)動舵機轉(zhuǎn)動的角度之和，a>〇時，魚尾以魚頭為原點逆時針轉(zhuǎn)動；y >0時，魚尾以魚頭為原點順時針轉(zhuǎn)動;a和y滿足以下約束條件：
[0118] ti=FdL2c〇s( y -y i)
[0119] i2 = FDL2C〇s(a-ai)
[0121] 式中：雙側(cè)魚尾受力作用點和魚重心之間所稱角度為角度adP y 1;Fd為尾部所受 的總作用力；L2_魚尾中心與魚重心間的距離;J2為機器魚水平方向的轉(zhuǎn)動慣量； Tl_魚身以 魚頭為原點順時針方向所受力矩;t2-魚身魚頭為原點逆時針方向所受力矩;t 2_為單次擺動 過程的總時間；
[0122] S203:控制器8控制驅(qū)動舵機轉(zhuǎn)動，向兩側(cè)依次擺動a和y，并重復(fù)N次；
[0123] S204:不斷重復(fù)S201~203,實現(xiàn)水平方向?qū)δ繕唆~群的追趕。
[0124] 以上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。有 關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變 化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保 護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚，其特征在于，包括順次相連且外表面 包裹蒙皮的魚頭、魚身和魚尾(6);所述的魚頭內(nèi)部設(shè)有相連的排水針管（1)、排水舵機(2)、 曲柄滑塊(3)和攝像頭(9);所述的排水舵機(2)通過曲柄滑塊(3)與排水針管（1)的活塞相 連，用于驅(qū)動活塞運動以改變管內(nèi)液體質(zhì)量;所述的排水針管（1)數(shù)量為雙數(shù)，兩兩對稱設(shè) 置于魚頭內(nèi)部，且針頭的出水口位于魚頭外部； 所述的魚頭通過連接支架(7)與魚身相連，魚身內(nèi)設(shè)有若干個驅(qū)動舵機，驅(qū)動舵機之間 通過級連固定件(4)相連，最靠近魚尾(6)的驅(qū)動舵機通過級連固定件(4)與魚尾(6)相連； 級連固定件(4)上固定有用于支撐蒙皮的蒙皮框架(5);靠近魚尾(6)的驅(qū)動舵機在靠近魚 頭的驅(qū)動舵機的驅(qū)動下在水平方向轉(zhuǎn)動； 所述的攝像頭(9)、排水舵機(2)和驅(qū)動舵機分別與控制器(8)相連。2. 如權(quán)利要求1所述的用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚，其特征在于，所述的控 制器(8)為樹莓派。3. 如權(quán)利要求1所述的用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚，其特征在于，所述的蒙 皮采用3M VHB膠帶進行防水密封。4. 如權(quán)利要求1所述的用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚，其特征在于，所述的控 制器(8)、排水舵機和驅(qū)動舵機由電源設(shè)備進行供電，電源設(shè)備包括航模電池、電壓降壓模 塊和輔助電路。5. 如權(quán)利要求1所述的用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚，其特征在于，所述的級 連固定件(4)整體呈Z形，上臂末端呈十字形，通過螺釘與上一級舵機的舵盤相連，上臂始端 留有兩個螺紋孔，用于與下一級舵機相連，進而完成級連的功能，并且傳遞扭矩;上臂始端 設(shè)有肋板以提升結(jié)構(gòu)強度。6. 如權(quán)利要求1所述的用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚，其特征在于，所述的控 制器(8)通過無線傳輸模塊與用戶進行數(shù)據(jù)交互。7. -種利用權(quán)利要求1所述用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚的控制方法，其特 征在于包括上下運動控制和左右運動控制； 所述的上下運動控制步驟如下： SlOl:通過攝像頭(9)采集魚群圖像，并由控制器(8)通過無線傳輸模塊發(fā)送至服務(wù)器， 在服務(wù)器端對圖像中的目標魚群進行位置識別，并將位置信息轉(zhuǎn)換成控制指令傳輸回控制 器⑶中； S102:控制器(8)接收控制指令后，解析出該指令所對應(yīng)的俯仰角度31^ S103:控制器(8)控制排水舵機(2)在。時間內(nèi)勻速旋轉(zhuǎn)角度Q1J1X)時排水針管（1)水 的體積增加，且θι的計算公式如下：式中： y-目標點與魚重心的軸向距離;Z-目標點與魚重心的豎直方向距離;P-液體密度;g-重 力加速度;A-排水針管的橫截面積-針管中心與魚重心距離;R-舵機曲柄滑塊長度;J1-機 器魚豎直方向轉(zhuǎn)動慣量； S104:完成步驟S102后，由控制器(8)控制排水舵機(2)恢復(fù)至未旋轉(zhuǎn)前的角度； S105:不斷重復(fù)SlOl~S104,實現(xiàn)垂直方向?qū)δ繕唆~群的追趕； 所述的左右運動控制步驟如下： S201:通過攝像頭(9)采集魚群圖像，并由控制器(8)通過無線傳輸模塊發(fā)送至服務(wù)器， 在服務(wù)器端對圖像中的目標魚群進行位置識別，通過魚群偏離圖像中心的位置預(yù)測得到機 器魚需要勻速偏離的角度θ2,并將位置信息轉(zhuǎn)換成控制指令傳輸回控制器(8)中；根據(jù)驅(qū)動 舵機的運動幅度限制，設(shè)置魚尾擺動次數(shù)Ν，來回擺動記為1次，單次擺動使機器魚偏離的角 度為θ，θ =02/Ν; S202:控制器(8)接收控制指令后，解析出該指令所對應(yīng)的雙側(cè)不對稱旋轉(zhuǎn)角度α和γ ; 其中α和γ為所有驅(qū)動舵機轉(zhuǎn)動的角度之和，α>〇時，魚尾以魚頭為原點逆時針轉(zhuǎn)動；γ >〇 時，魚尾以魚頭為原點順時針轉(zhuǎn)動;α和γ滿足以下約束條件：式中：雙側(cè)魚尾受力作用點和魚重心之間所稱角度為角度αι和γ i;Fd為尾部所受的總 作用力；L2-魚尾中心與魚重心間的距離;J2為機器魚水平方向的轉(zhuǎn)動慣量-魚身以魚頭 為原點順時針方向所受力矩;T 2-魚身魚頭為原點逆時針方向所受力矩;t2_為單次擺動過程 的總時間； S203:控制器(8)控制驅(qū)動舵機轉(zhuǎn)動，向兩側(cè)依次擺動α和γ，并重復(fù)N次； S204:不斷重復(fù)S201~203,實現(xiàn)水平方向?qū)δ繕唆~群的追趕。8.-種權(quán)利要求7所述用于魚群養(yǎng)殖業(yè)的自主追趕魚群機器魚的控制方法，其特征在 于所述的上下運動控制和左右運動控制同時或分別或依次進行。
【文檔編號】B63C11/52GK106005317SQ201610323734
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】鄭博夫, 倪晟, 胡毓涵, 朱世強
【申請人】浙江大學(xué)