[发明专利]一种基于无人船的水域施肥装置及其方法

权利要求书

1.一种基于无人船的水域施肥装置，其特征在于：包括无人船和设置于无人船上用于向待施肥水域施加肥料的施肥装置；所述无人船包括主控制器、通信设备、视频设备、水质检测器、尾部喷泵系统和蓄电池，所述主控制器分别与所述通信设备、视频设备、水质检测器、尾部喷泵系统和蓄电池耦合；所述施肥装置包括用于装载肥料的肥料存储罐、用于抛洒肥料的抛洒器和用于水底耕土的耕耙；

所述抛洒器安装于无人船船体外侧，包括转盘和设置于所述转盘上的拨片，所述转盘在第二电动机的带动下快速转动，并带动所述拨片敲击大颗粒肥料同时将其抛洒到水域中；

所述通信设备包括数字电台和图传电台；

所述视频设备包括安装于无人船桅杆上，用于监视施肥装置工作状态，并把视频信息转发给所述主控制器的主摄像头，圆筒状罐体朝主摄像头侧为透明材质，通过主摄像头视频监视肥料剩余量；以及安装于无人船船头，用于监视水域情况，并把视频信息转发给所述主控制器的鱼眼摄像头；

所述水质检测器安装有测水深探头、测水温探头、测含氮量探头和测含磷量探头，所述主控制器根据水域大小、水体温度和肥料浓度自动优化施肥路线和施肥剂量，所述主控制器把水质监测数据打包处理，经由所述数字电台发送给监控中心；

所述耕耙设置有两个，分别安装于所述无人船两侧；所述耕耙包括绞盘、齿轮、电插锁、耙根、耙杆、耙绳和耙头，所述耙根固定在无人船侧翼，通过铰链与耙杆连接，所述耙杆为空心杆，其上部设置有一侧孔，所述耙绳一端穿过所述侧孔与位于耙杆下方的耙头连接，另一端连接在绞盘上，通过第三电动机转动绞盘实现耙绳的收或放；所述齿轮连接绞盘一端，齿轮侧面设置电插锁，用于锁止齿轮；当所述耙绳完全带紧时，所述耙头被嵌入于所述耙杆尾端。

2.根据权利要求1所述的基于无人船的水域施肥装置，其特征在于：所述肥料存储罐安装于所述无人船船体重心垂线上，包括圆筒状罐体，通过定位销固定在所述圆筒状罐体上的圆形盖体，安装在所述圆形盖体上用来搅拌肥料存储罐内肥料的搅拌器以及安装在所述圆筒状罐体下部的圆锥状罐头。

3.根据权利要求2所述的基于无人船的水域施肥装置，其特征在于：所述圆锥状罐头底端安装有用于控制出料速率并把肥料导向传送履带的出料阀门，所述出料阀门下方设置有通过第一电动机带动循环传送肥料的传送履带，所述传送履带尾端设置有用于确定肥料选择接货管口的分料阀门。

4.根据权利要求3所述的基于无人船的水域施肥装置，其特征在于：所述分料阀门下方左右两侧分别设置有左侧传送管和右侧传送管，所述左侧传送管上端为宽管口用于接收所述分料阀门落下的肥料，下端为圆口管插入所述尾部喷泵系统中喷泵的检修盖接口处；所述右侧传送管上端为宽管口用于接收所述分料阀门落下的肥料，下端为宽口管可把肥料导入所述抛洒器中。

5.一种基于权利要求1-4中任一项所述的基于无人船的水域施肥装置的施肥方法，其特征在于：包括下述步骤：

步骤1:向无人船上肥料存储罐中装载肥料，并记录初始肥料总量，由起点自主航行到施肥水域；

步骤2:无人船按照预设路线开始巡检工作水域，通过水质检测器监测施肥水域的氮和磷浓度，将各点肥料浓度数据记录于主控制器中；巡检过程中无人船通过鱼眼摄像头拍摄工作水域整体状态并传送给主控制器；

步骤3：监控中心根据数据包中水深或作物情况确定是否需要进行水底耕土，如果需要，则通过主控制器给耕耙对应第三电动机下发指令驱动绞盘转动而调整耙绳长度，使耙头到达水底，然后由主控制器制定翻耕路线，并驱动无人船自动航行带动耙头完成水底土的翻耕；

步骤4:根据水体温度和水域氮和磷浓度自动优化施肥路线和水域面各点施肥需求量，并根据携带的肥料特性和所需施肥需求量选择施肥方式；

步骤5:无人船根据施肥路线开始自动施肥，主控制器根据各点施肥需求量，并根据船体速度和施肥需求量确调节出料阀门的开度，在施肥过程中搅拌器一直转动使肥料存储罐中肥料均匀往下掉；主摄像头拍摄施肥装置相关情况，并传送给主控制器；

步骤6:当主控制器控制分料阀门打向左侧，肥料被导入尾部喷泵系统中，先由检修口进入，喷泵高强度流动水体带动后经由喷泵出水管喷出；当主控制器控制分料阀门打向右侧，肥料被导入抛洒器中，抛洒器的转盘在第二电动机带动下快速转动，并带动拨片敲击大颗粒肥料同时将其大力抛洒到水域中；

步骤7:主控制器根据船速和出料阀门开度估算肥料剩余量，当肥料不足则由主控制器生成报警信号并向监控中心传回肥料剩余量和报警信息；步骤5中主摄像头传回肥料剩余情况视频；

步骤8:无人船施肥完毕，自动返航到起点。