【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下机器人，特别是涉及一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人及控制方法。
技术介绍
1、海洋蕴含着丰富的资源，尽管目前这些资源的开发和利用还相对有限，但其拥有巨大的潜力，能显著改善人类的粮食安全和福祉。特别是在生蚝养殖场的水下检查作业方面，尽管水下检查作业对人员安全构成一定威胁并伴随着高昂的维护成本和复杂性，但对于保持水产养殖的健康和生产力至关重要。随着人工智能的发展，越来越多的水下机器被专利技术用于水下作业，来取代人工水下作业。
2、然而，现有的水下机器人的设计存在局限性，如有缆连接、活动范围受限、机动性不足、缆线缠绕，导致水下机器人工作效率低下，工作效果较差。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人及控制方法，通过中央控制模块采集环境信息，并根据环境信息控制水下机器人进行移动，避免缆线缠绕，增加水下机器人的水下活动范围和移动机动性，提高水下机器人的工作效率。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，包括：水下机器人结构体以及设置在所述水下机器人结构体内的推进器、设备防水密封仓以及电源防水密封仓；所述设备防水密封仓内设置有中央控制模块；
4、所述水下机器人结构体用于固定所述推进器、所述设备防水密封仓以及所述电源防水密封仓；所述推进器用于控制所述水下机器人结构体进行移动；所述设备防水密封仓
5、优选地，所述水下机器人结构体包括：底座、密封仓支撑结构、侧板、密封仓固定环以及浮块仓；
6、所述侧板固定在所述底座的两侧；所述密封仓支撑结构设置在所述底座之上；所述浮块仓设直在所述侧板和所述密封仓支撑结构之间；所述密封仓固定环设置在所述密封仓支撑结构上；
7、所述底座用于固定所述侧板和所述密封仓支撑结构；所述密封仓支撑结构和所述密封仓固定环均用于固定所述设备防水密封仓和所述电源防水密封仓；所述侧板用于固定所述浮块仓；所述浮块仓用于调整浮力大小和所述水下机器人结构体的重心。
8、优选地，所述推进器包括：依次连接的前端整流罩、螺旋桨叶、桨叶防护外壳以及后端整流罩；
9、所述前端整流罩和所述后端整流罩均用于减少湍流和涡旋；所述螺旋桨叶用于为所述水下机器人结构体提供移动动力；所述桨叶防护外壳用于保护所述螺旋桨叶。
10、优选地，4个所述推进器设置在所述底座上；2个所述推进器分别设置在所述底座两侧的所述侧板上；设置在所述底座上的4个所述推进器的分布状态为水平对角分布；
11、设置在所述底座上的4个所述推进器用于控制所述水下机器人结构体进行前进、转弯、后退以及水平旋转；设置在所述侧板上的2个所述推进器用于控制所述水下机器人结构体进行上浮、下潜以及翻滚；设置在所述底座上的4个所述推进器和设置在所述侧板上的2个所述推进器的控制公式为：t为偏转角为0时的减推力比；t为前推推力；t0为下推推力；x为两推之间的距离；d为推力器直径；为安装角度；为下推偏转角为时的减推力比。
12、优选地，所述设备防水密封仓包括：依次连接的透明球形密封罩、第一橡胶密封圈、设备密封仓圆柱壳体、第二橡胶密封圈、设备仓后端密封盖以及第一防水密封螺栓；
13、所述透明球形密封罩、所述设备密封仓圆柱壳体、所述设备仓后端密封盖、第一防水密封螺栓均用于构建所述防水空间；所述第一橡胶密封圈和所述第二橡胶密封圈均用于提高所述防水空间的防水性。
14、优选地，所述电源防水密封仓包括：依次连接的电源仓前密封端盖、电源固定槽、第三橡胶密封圈、防水密封仓圆柱壳体、第四橡胶密封圈、电源仓后密封端盖以及第二防水密封螺栓；
15、所述电源仓前密封端盖、所述电源固定槽以及、第三橡胶密封圈、所述防水密封仓圆柱壳体、所述第四橡胶密封圈以及所述电源仓后密封端盖均用于为目标电池提供干燥环境；所述第二防水密封螺栓用于为所述设备防水密封仓提供供电预留孔。
16、优选地，所述中央控制模块内嵌有惯性测量单元、北斗卫星导航单元、异常状况处理单元、相对绳索导航单元、速度记录仪、摄像头、海底地貌仪以及环境传感元件；
17、所述惯性测量单元用于测量所述水下机器人结构体的三轴姿态角和加速度，并根据所述三轴姿态角和所述加速度计算所述水下机器人结构体的姿态；所述北斗卫星导航单元用于收集所述水下机器人结构体的位置信息；所述异常状况处理单元用于采集浮力数据、能源数据、姿态数据、动力数据以及漏水数据，以及当所述浮力数据、所述能源数据、所述姿态数据、所述动力数据以及所述漏水数据异常时，进行执行紧急情况应对方案；所述紧急情况应对方案包括：向目标基地发送所述水下机器人结构体的所述位置信息和控制所述水下机器人结构体进行上浮；所述相对绳索导航单元用于发射声纳微波，利用测量回波收集生蚝养殖绳索信息，根据所述生蚝养殖绳索信息制定检查路径，并利用所述测量回波预估生蚝大小密度，根据所述生蚝大小密度与历史生蚝大小比对，得到生蚝生长信息；所述速度记录仪用于测量所述水下机器人结构体的速度；所述摄像头用于收集生蚝状况信息；所述海底地貌仪用于根据所述测量回波生成相对位置地图；所述环境传感元件用于收集养殖场环境数据。
18、优选地，一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人控制方法，包括：
19、获取目标水下机器人的位置信息；
20、根据所述位置信息控制所述目标水下机器人达到目标养殖场；
21、利用侧扫声纳和预设的地面站系统构建所述目标养殖场的相对位置地图；
22、利用所述地面站系统判断所述相对位置地图的有效性；所述有效性包括：地图有效和地图无效；
23、当所述有效性为所述地图有效时，控制所述水下机器人移动到所述目标养殖场的吊线起点位置；
24、根据所述相对位置地图，利用区间滑动分割算法识别所述目标养殖场的生蚝养殖绳索信息；
25、利用所述生蚝养殖绳索信息制定检查路径；
26、利用所述检查路径控制所述目标水下机器人进行巡查；
27、当所述目标水下机器人巡查完成后，控制所述目标水下机器人返回目标基地。
28、优选地，根据所述相对位置地图，利用区间滑动分割算法识别所述目标养殖场的生蚝养殖绳索信息，包括：
29、收集侧扫描信号；
30、将所述侧扫描信号分割得到多个中间区间；
31、计算每个所述中间区间的区间平均值最小二乘偏差；
32、计算相邻所述中间区间的所述区间平均值最小二乘偏差的差异度；
33、将最大的所述差异度对应的所述中间区间作为所述生蚝养殖绳索信息进行输出。...
【技术保护点】
1.一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，包括：水下机器人结构体以及设置在所述水下机器人结构体内的推进器、设备防水密封仓以及电源防水密封仓；所述设备防水密封仓内设置有中央控制模块；
2.根据权利要求1所述的一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，所述水下机器人结构体包括：底座、密封仓支撑结构、侧板、密封仓固定环以及浮块仓；
3.根据权利要求1所述的一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，所述推进器包括：依次连接的前端整流罩、螺旋桨叶、桨叶防护外壳以及后端整流罩；
4.根据权利要求2所述的一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，4个所述推进器设置在所述底座上；2个所述推进器分别设置在所述底座两侧的所述侧板上；设置在所述底座上的4个所述推进器的分布状态为水平对角分布；
5.根据权利要求1所述的一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，所述设备防水密封仓包括：依次连接的透明球形密封罩、第一橡胶密封圈、设备密封仓圆柱壳体、第二橡胶密封圈、设备仓后端密封
6.根据权利要求1所述的一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，所述电源防水密封仓包括：依次连接的电源仓前密封端盖、电源固定槽、第三橡胶密封圈、防水密封仓圆柱壳体、第四橡胶密封圈、电源仓后密封端盖以及第二防水密封螺栓；
7.根据权利要求1所述的一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，所述中央控制模块内嵌有惯性测量单元、北斗卫星导航单元、异常状况处理单元、相对绳索导航单元、速度记录仪、摄像头、海底地貌仪以及环境传感元件；
8.一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人控制方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人控制方法，其特征在于，根据所述相对位置地图，利用区间滑动分割算法识别所述目标养殖场的生蚝养殖绳索信息，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，包括：水下机器人结构体以及设置在所述水下机器人结构体内的推进器、设备防水密封仓以及电源防水密封仓；所述设备防水密封仓内设置有中央控制模块；
2.根据权利要求1所述的一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，所述水下机器人结构体包括：底座、密封仓支撑结构、侧板、密封仓固定环以及浮块仓；
3.根据权利要求1所述的一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，所述推进器包括：依次连接的前端整流罩、螺旋桨叶、桨叶防护外壳以及后端整流罩；
4.根据权利要求2所述的一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，4个所述推进器设置在所述底座上；2个所述推进器分别设置在所述底座两侧的所述侧板上；设置在所述底座上的4个所述推进器的分布状态为水平对角分布；
5.根据权利要求1所述的一种自主监测水产品状态及生长环境的水下机器人，其特征在于，所述设备防水密...
【专利技术属性】
技术研发人员：张小栓，李诺，冯欢欢，何燕富，朱鸿亮，李军，孙韵，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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