[发明专利]用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼及其控制方法。

背景技术

机器鱼，故名思议，从材料制作的外形像鱼的机器，机器鱼已在水质监测领域有十分广泛的应用，这一类型的机器鱼通常装有化学传感器，用于分析水中污染物成分等。本款机器鱼拟用于水产养殖业，用于定期驱赶鱼群，使鱼群定期游动，肉质得到改善，提高市场效益。

当前机器鱼的驱动方式常常基于仿生学，主要分为以下三种：

a.Anguilliform：(鳗状的)通过整体身躯肌肉的波动来游动，像鳗鱼一样

b.Carangiform：通过尾鳍和与尾部相连的身躯摆动来游动，像鲑鱼，金枪鱼，旗鱼

c.Ostraciifrom：只通过尾鳍的摆动而不利用身体摆动而进行泳动

然而当前机器鱼技术存在以下的弊端和改进：

1、现有机器鱼多用于水质监测等领域，依靠精密的化学传感器等，造价高。

2、由于其应用限制，当前机器鱼对于其外形和游动速度不加要求，然而用于驱赶鱼群的机器鱼对于其游动速度具有较高的要求。

3、现有机器鱼技术的防水流程复杂，且防水效果较差，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼及其控制方法。

本发明所采用的技术方案如下：

用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼，包括顺次相连且外表面包裹蒙皮的鱼头、鱼身和鱼尾；所述的鱼头内部设有相连的排水针管、排水舵机、曲柄滑块和摄像头；所述的排水舵机通过曲柄滑块与排水针管的活塞相连，用于驱动活塞运动以改变管内液体质量；所述的排水针管数量为双数，两两对称设置于鱼头内部，且针头的出水口位于鱼头外部；

所述的鱼头通过连接支架与鱼身相连，鱼身内设有若干个驱动舵机，驱动舵机之间通过级连固定件相连，最靠近鱼尾的驱动舵机通过级连固定件与鱼尾相连；级连固定件上固定有用于支撑蒙皮的蒙皮框架；靠近鱼尾的驱动舵机在靠近鱼头的驱动舵机的驱动下在水平方向转动；

所述的摄像头、排水舵机和驱动舵机分别与控制器相连。

作为优选，所述的控制器为树莓派。

作为优选，所述的蒙皮采用3M VHB胶带进行防水密封。

作为优选，所述的控制器、排水舵机和驱动舵机由电源设备进行供电，电源设备包括航模电池、电压降压模块和辅助电路

作为优选，所述的级连固定件整体呈Z形，上臂末端呈十字形，通过螺钉与上一级舵机的舵盘相连，上臂始端留有两个螺纹孔，用于与下一级舵机相连，进而完成级连的功能，并且传递扭矩；上臂始端设有肋板以提升结构强度。

作为优选，所述的控制器通过无线传输模块与用户进行数据交互。

一种利用所述用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼的控制方法，包括上下运动控制和左右运动控制；

所述的上下运动控制步骤如下：

S101：通过摄像头采集鱼群图像，并由控制器通过无线传输模块发送至服务器，在服务器端对图像中的目标鱼群进行位置识别，并将位置信息转换成控制指令传输回控制器中；

S102：控制器接收控制指令后，解析出该指令所对应的俯仰角度

S103：控制器控制排水舵机在t时间内匀速旋转角度θ₁，θ₁＞0时排水针管水的体积增加，且θ₁的计算公式如下：

式中：

y-目标点与鱼重心的轴向距离；z-目标点与鱼重心的竖直方向距离；ρ-液体密度；g-重力加速度；A-排水针管的横截面积；L₁-针管中心与鱼重心距离；R-舵机曲柄滑块长度；J₁-机器鱼竖直方向转动惯量；

上述公式的推导原理如下：

机器鱼的上下运动需要改变机器鱼在径向的俯仰角。为了便于控制，我们采用了固定时间调节的方式。

首先当鱼接收到旋转命令后，能够解析出指令俯仰角度通过俯仰角度经过以下的计算能够得到在指定时间t内，排水舵机所需要转过的角度θ₁：

通过改变排水舵机的旋转角度θ₁来改变排水针管中的水的体积ΔV，其对应关系如下：

d＝Rsinθ₁

ΔV＝dA＝RAsinθ₁