[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

摘要

本发明公开了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。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；排水舵机通过曲柄滑块与排水针管的活塞相连；排水针管对称设置于鱼头内部。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。本款机器鱼通过对于机械结构的改善和合理的运动规划增加游动速度，提高输出效率。

主权项

一种用于鱼群养殖业的自主追赶鱼群机器鱼，其特征在于，包括顺次相连且外表面包裹蒙皮的鱼头、鱼身和鱼尾(6)；所述的鱼头内部设有相连的排水针管(1)、排水舵机(2)、曲柄滑块(3)和摄像头(9)；所述的排水舵机(2)通过曲柄滑块(3)与排水针管(1)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(1)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(7)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(4)相连，最靠近鱼尾(6)的驱动舵机通过级连固定件(4)与鱼尾(6)相连；级连固定件(4)上固定有用于支撑蒙皮的蒙皮框架(5)；靠近鱼尾(6)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(9)、排水舵机(2)和驱动舵机分别与控制器(8)相连；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(9)采集鱼群图像，并由控制器(8)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(8)中；S102：控制器(8)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(8)控制排水舵机(2)在t1时间内匀速旋转角度θ1，θ1＞0时排水针管(1)水的体积增加，且θ1的计算公式如下：θ1=arctan(J1arctanzyt12ρgAL1R)]]>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；S104：完成步骤S102后，由控制器(8)控制排水舵机(2)恢复至未旋转前的角度；S105：不断重复S101～S104，实现垂直方向对目标鱼群的追赶；所述的左右运动控制步骤如下：S201：通过摄像头(9)采集鱼群图像，并由控制器(8)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，通过鱼群偏离图像中心的位置预测得到机器鱼需要匀速偏离的角度θ2，并将位置信息转换成控制指令传输回控制器(8)中；根据驱动舵机的运动幅度限制，设置鱼尾摆动次数N，来回摆动记为1次，单次摆动使机器鱼偏离的角度为θ'，θ'＝θ2/N；S202：控制器(8)接收控制指令后，解析出该指令所对应的双侧不对称旋转角度α和γ；其中α和γ为所有驱动舵机转动的角度之和，α＞0时，鱼尾以鱼头为原点逆时针转动；γ＞0时，鱼尾以鱼头为原点顺时针转动；α和γ满足以下约束条件：τ1＝FDL2cos(γ‑γ1)τ2＝FDL2cos(α‑α1)θ′=τ1-τ24J2t22]]>式中：双侧鱼尾受力作用点和鱼重心之间所成角度为角度α1和γ1；FD为尾部所受的总作用力；L2‑鱼尾中心与鱼重心间的距离；J2为机器鱼水平方向的转动惯量；τ1‑鱼身以鱼头为原点顺时针方向所受力矩；τ2‑鱼身以鱼头为原点逆时针方向所受力矩；t2‑为单次摆动过程的总时间；S203：控制器(8)控制驱动舵机转动，向两侧依次摆动α和γ，并重复N次；S204：不断重复S201～203，实现水平方向对目标鱼群的追赶。