一种水产养殖用自主式水下机器人

1.本发明涉及水产养殖领域，具体涉及一种水产养殖用自主式水下机器人。


背景技术：

2.浅水域水产养殖是我国淡水养殖的主要类型，水产养殖产业发展迅速，传统的粗放型养殖早已不能满足现代水产养殖的需求，养殖模式正在向现代化、科技化、智能化方向转变。随着科技的发展和物联网技术的兴起，水产养殖业在现代化养殖监测装置方面也取得了长足进展，譬如水面监测无人船和传统式水下机器人等。然而，水面监测无人船只能用于水面环境监测；传统式自主式水下机器人不适合长期监测水产动物(鱼、虾、蟹、贝等)。目前针对于水产养殖监测领域，还缺少一款既能够在水面或水下大范围运动并进行实时监测，又能够在水面或水底长时间定点进行实时监测的水产养殖用自主式水下机器人。


技术实现要素：

3.本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种新型的水产养殖用自主式水下机器人(auv)，既能够在池塘的水面或水下大范围运动进行实时监测，又能够在池塘的水面或水底长时间定点进行实时监测，对于不同类型的水产养殖监测需求具有较强适应性，开创了一种池塘中水产动物监测装备的新模式。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种水产养殖用自主式水下机器人，其包括：
5.一个位于上方的上舱体以及两个位于下方的下舱体，三者均通过t型支架连接，使得三者互相并行且呈品字形排列；所述t型支架的顶部与所述上舱体连接，其底部两侧分别与两个下舱体连接；
6.所述上舱体包括由前到后依次连接的照明模块、浮力调节模块、垂直推进器模块、电控模块、上舱体艉部；所述上舱体艉部通过同轴水密电缆拖曳连接有水面通信浮标；
7.两个所述下舱体包括由前到后依次连接的下舱体艏部、电池模块和下舱体艉部；所述下舱体艉部连有艉部推进器，用于产生水平方向推力；
8.视频图像采集模块安装在所述t型支架的上方，所述照明模块用于为所述视频图像采集模块提供光照；
9.所述t型支架上还安装有ctd传感器、ph传感器、光学溶解氧传感器，各传感器与所述电控模块连接；所述电控模块还与所述照明模块、浮力调节模块、垂直推进器模块、艉部推进器、视频图像采集模块以及水面通信浮标电性连接。
10.本发明的进一步改进在于：所述t型支架通过喉箍与所述下舱体连接，并通过固定环与所述上舱体连接；两个所述下舱体的密度大于水。
11.本发明的进一步改进在于：所述视频图像采集模块的壳体内部包括云台摄像头和云台摄像头固定台。
12.本发明的进一步改进在于：照明模块包括透明密封半球罩、led灯和led灯板，所述led灯固定在所述led灯板上，装于所述透明密封半球罩内；所述视频图像采集模块进行水
下拍摄时，所述照明模块根据下潜深度调节照明亮度。
13.本发明的进一步改进在于：所述浮力调节模块包括壳体，其内部设置有前端盖、后端盖；所述壳体的后部连接有油囊舱段外壳；
14.所述前端盖、后端盖与所述壳体围合形成密闭充气空间，该密闭充气空间内设置有前支撑盘、后支撑盘以及多个两端分别与所述前端盖、后端盖连接的支撑杆，所述支撑杆用于固定所述前支撑盘、后支撑盘；
15.所述前支撑盘与所述前端盖之间安装有步进电机，该步进电机的输出轴穿过所述前支撑盘，通过联轴器与一个滚珠丝杠连接；该所述滚珠丝杠位于所述前支撑盘、后支撑盘之间，所述滚珠丝杠上安装有螺母座，所述螺母座与所述滚珠丝杠的螺母固定连接；所述螺母座与一个导向板固定连接；所述导向板与至少一个所述支撑杆滑动连接，以限制所述螺母以及螺母座的转动；所述滚珠丝杠上还套设有活塞套管，所述活塞套管的第一端与所述螺母座固定连接，当所述步进电机转动时，经联轴器、滚珠丝杠、螺母、螺母座的传动，活塞套管沿其轴线方向运动；
16.所述后端盖上连接有活塞调节液压筒；活塞调节液压筒的第一端与所述后端盖连接，其第二端与油囊连通，其内部设置有活塞；所述活塞套管穿过所述后端盖与所述活塞连接，用于调节活塞在所述活塞调节液压筒中的位置；所述导向板的侧边还连接有位移传感器，用于检测所述螺母座的位移量；
17.所述油囊舱段外壳用于容纳所述油囊，且开设有多数量的镂空孔，使得所述油囊舱段外壳内外连通；当所述活塞被推动将油注入所述油囊时，所述油囊膨胀且活塞调节液压筒中容纳的油变少充气的空间变大，将水挤出所述油囊舱段外壳，以增大本发明机器人的整体浮力；当所述活塞被拉动将油囊内的油吸入所述活塞调节液压筒时，所述油囊收缩且活塞调节液压筒中容纳的油变多充气的空间变小，水进入所述油囊舱段外壳使得浮力减小。
18.本发明的进一步改进在于：垂直推进器模块包括垂直推进器、垂直推进器支架和垂直推进器外壳；所述垂直推进器外壳的上下开设有相对应的开口，在所述垂直推进器外壳上形成竖向的通道，所述垂直推进器通过垂直推进器支架安装在该竖向通道内，用以产生竖向的推力。
19.本发明的进一步改进在于：当自主式水下机器人漂浮在水面时，所述浮力调节模块通过调节浮力，使得所述自主式水下机器人的整体浮力大于重力；
20.当所述自主式水下机器人浸没在水中时，所述浮力调节模块通过调节浮力，使得所述自主式水下机器人的整体浮力等于重力，并通过垂直推进器模块微调所述自主式水下机器人的竖向位置，以保持预定深度悬浮；
21.当所述自主式水下机器人处于坐底状态时，所述浮力调节模块通过调节浮力，使得所述自主式水下机器人的整体浮力小于重力，此时两个所述下舱体的底面与水底地表接触。
22.本发明的进一步改进在于：所述电控模块包括单片机和通信模块，所述通信模块包括4g模块和北斗+gps定位模块；所述电池模块用于提供电能。
23.本发明的进一步改进在于：所述水面通信浮标内设有通信天线，所述通信天线包括4g通信天线和定位通信天线。所述同轴水密电缆一端与所述电控模块相连，另一端穿过
上舱体艉部与所述水面通信浮标内的通信天线相连。
24.所述本发明除垂直推进器模块和下舱体艉部外均需密封处理。所述本发明除所述视频图像采集模块、照明模块、水面通信浮标和上舱体艉部外，其它舱段开口端均设有四个螺纹孔，且设有双向法兰盘，相邻两个舱段连接时，将相邻舱段两段分别套在所述双向法兰盘的两个接头上。所述双向法兰盘两端圆周槽壁上均设有承装o型密封圈的密封槽。所述照明模块为透明密封半球罩，所述上舱体艉部为密封半球罩，外壳端面都设有六个螺纹孔，且设有单向法兰盘，分别将所述照明模块和上舱体艉部通过螺钉固定在单向法兰盘端面。所述浮力调节模块前端套在所述照明模块固定的单向法兰盘接头上，所述电控模块后端套在所述上舱体艉部固定的单向法兰盘接头上。所述单向法兰盘圆周槽壁上也设有承装o型密封圈的密封槽。
25.本发明提供的装置具有以下技术效果：
26.1、本发明设有三个独立的鱼雷形舱体，舱体利用喉箍固定在t型支架上，呈“品”字形分布。上舱体主要是电控模块和浮力调节模块，质量轻，产生正浮力。两个下舱体主要是电池模块，质量重，产生负浮力(密度大于水)。整体结构上轻下重，重心与浮心距离远，稳心高。当本发明在水中时，由于稳心高能够保持姿态平稳，不易翻滚；当本发明下潜坐底后，“品”字型结构能够保持稳定支撑；当本发明回收至陆地上时，“品”字型结构无需专用支架，也能够稳定放置。同时，t型支架上能够根据作业需求搭载相关传感器，以获取本发明的下潜深度和池水的温度、盐度以及水产动物生活环境的水样等样本和信息。
27.2、本发明的上舱体设有浮力调节模块，通过改变外置油囊体积来调节本发明的浮力状态。当活塞将外置油囊的油吸入浮力调节液压筒内，在本发明整体质量不变的情况下减小外置油囊体积，浮力减小，实现本发明下潜，直至坐底；当活塞将浮力调节液压筒内的油排至外置油囊，在本发明整体质量不变的情况下增大外置油囊体积，浮力增大，实现本发明上浮，直至水面。当本发明浮在水面时，只有视频图像采集模块露出水面。当本发明处于水面定点或坐底定点工作模式时，主要耗电的推进器和浮力调节模块都停止工作，不消耗额外电能，本发明从高功耗降至低功耗，很大程度节省了电能，延长了本发明的工作时间，从而实现长时间监测作业。另设有垂直推进器能够起到以下三个方面作用：第一，使用浮力调节模块使本发明从水底上浮时，如果浮力调节模块产生的浮力不能克服水底黏土的吸附力，可利用垂直推进器提供额外上浮动力，使本发明成功上浮；第二，当本发明坐底后，如果监测角度不合适，垂直推进器能够将本发明微上浮，配合艉部推进器调整以选取合适的监测角度，从而提高本发明对水产动物生长情况的监测效果；第三，当本发明处于水中运动工作模式时，浮力调节模块控制本发明处于悬浮状态，垂直推进器配合艉部推进器工作，能够实现不同水深和不同位置监测点之间的转移和大范围移动监测。
28.3、本发明设有四种工作模式，第一种是水面运动工作模式，第二种是水面定点工作模式，第三种是水中运动工作模式，第四种是坐底定点工作模式。当处于第一种和第二种工作模式时，只有视频图像采集模块露出水面，能够实现水面环境的实时监测；当处于第三种和第四种工作模式时，视频图像采集模块浸没在水中，通过照明模块提供光源，能够实现对水产动物生长情况的实时监测。其中，处于第四种工作模式时，本发明下潜至坐底，视频图像采集模块舱体处于较高位置，与照明模块分舱体设计，有利于提高视频图像采集范围和清晰度，增强视频图像效果。此外，第一种和第三种工作模式为大范围移动模式，处于这
两种模式时，推进器工作，故消耗能量较多，只在不同监测点之间的转移或大范围移动监测时使用；第二种和第四种工作模式为定点工作模式，处于这两种工作模式时，推进器不工作，故消耗能量较少，适合于长时间定点监测。
29.4、本发明设有水面通信浮标，水面通信浮标内连有4g通信天线和定位通信天线，具有微正浮力的同轴水密电缆一端连接通信天线，另一端穿过上舱体艉部与电控模块相连。由于水面通信浮标和同轴水密电缆都远离位于下舱体的艉部推进器，从而无论在水面或在水下都可以有效避免同轴水密电缆与下舱体艉部推进器发生缠绕。电控模块主要包括单片机和通信模块，通信模块包括4g模块和北斗+gps定位通信模块，电控模块中的通信模块通过4g信号与上位机之间进行信号传输，能够实现实时监测和实时定位功能。同时，在特殊情况下，水面通信浮标能够发挥定位信标的作用。如果当本发明的浮力调节模块或电控模块出现故障导致本发明在水下停留时间过长，无法自主上浮时，可通过人眼观察水面通信浮标定位进行人工打捞，降低本发明丢失的风险，减少科研过程中的经费损失。
30.5、本发明能够完成两种池塘作业运行方式，即：手动操作方式和自动控制方式。本发明可以根据操作人员的控制命令完成一系列监测任务，也可以根据作业需求由开发人员设定程序实现在池塘的自主监测任务。
31.6、本发明采用模块化设计，各个模块单元之间的连接采用标准化和通用化设计。模块化设计可以方便各个模块单元的维修和维护，当某个功能模块发生故障只需单独拆除该模块，便可以对该功能模块进行维修或者直接替换成新的功能模块即可。
附图说明
32.图1为本发明的示意图，
33.图2为图1中的上舱体示意图，
34.图3为图1中的下舱体示意图，
35.图4为图1中的视频图像采集模块示意图，
36.图5为图1中的照明模块示意图，
37.图6为图1中的浮力调节模块示意图，
38.图7为图1中的垂直推进器模块示意图，
39.图8为本发明电控系统设计框图。
40.其中，1、视频图像采集模块，2、支架，3、固定环，4、上舱体，5、t型支架，6、下舱体，7、喉箍，8、ctd传感器，9、ph传感器，10、光学溶解氧传感器，11、照明模块，12、浮力调节模块，13、镂空孔，14、油囊舱段外壳，15、垂直推进器模块，16、电控模块，17、上舱体艉部，18、同轴水密电缆，19、水面通信浮标，20、通信天线，21、下舱体艏部，22、电池模块，23、下舱体艉部，24、艉部推进器。25、云台摄像头，26、云台摄像头固定台，27、透明密封半球罩，28、led灯，29、led灯板，30、单向法兰盘，31、o型密封圈，32、前端盖，33、前支撑盘，34、螺母座，35、位移传感器，36、后支撑盘，37、后端盖，38、双向法兰盘，39、油囊，40、活塞，41、浮力调节液压筒，42、活塞套管，43、导向板，44、滚珠丝杠，45、联轴器，46、支撑杆，47、步进电机，48、垂直推进器，49、垂直推进器支架，50、垂直推进器外壳。
具体实施方式
41.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
43.为了阐释的目的而描述了本发明的一些示例性实施例，需要理解的是，本发明可通过附图中没有具体示出的其他方式来实现。
44.如图1所示，本发明由上到下依次为视频图像采集模块1、t型支架5、上舱体4和两个结构相同的下舱体6，舱体呈“品”字型分布。所述t型支架5上搭载有ctd传感器8、ph传感器9和光学溶解氧传感器10。所述上舱体4设于所述t型支架5上侧，设有喉箍7和固定环3，所述上舱体4前端利用所述固定环3固定在t型支架上，所述上舱体4后端利用所述喉箍7紧固连接在t型支架上。所述两个结构相同的下舱体6分别设于所述t型支架5下部两侧，所述两个结构相同的下舱体6利用所述喉箍7紧固连接在t型支架下部两侧。所述上舱体4上侧设有支架2，通过所述固定环3固定在所述上舱体4上侧。所述支架2上侧设有所述视频图像采集模块1，所述视频图像采集模块1利用所述喉箍7紧固连接在所述支架2上。
45.如图2所示，所述上舱体4包括由前到后依次连接且相互独立的照明模块11、浮力调节模块12、垂直推进器模块15、电控模块16、上舱体艉部17、同轴水密电缆18和水面通信浮标19。
46.如图3所示，所述两个结构相同的下舱体6内部布局也相同，包括由前到后依次连接且相互独立的下舱体艏部21、电池模块22和下舱体艉部23。
47.如图4所示，所述视频图像采集模块1的壳体内部包括云台摄像头25和云台摄像头固定台26。当本发明处于水面运动或水面定点工作模式时，所述视频图像采集模块1露出水面，能够在白天实时监测水面环境。
48.如图5所示，所述照明模块11包括透明密封半球罩27、led灯28和led灯板29，所述led灯28固定在所述led灯板29上，装于所述透明密封半球罩27内。当本发明处于水中运动或坐底定点工作模式时，所述led灯28开始工作，所述led灯28能够根据下潜深度的改变调节照明亮度，下潜深度越大亮度越大，以配合视频图像采集模块1实现实时监测水产动物生长情况。此外，当本发明处于水面定点或坐底定点工作模式时，主要耗电的垂直推进器48、艉部推进器24和浮力调节模块12都停止工作，不消耗额外电能，本发明从高功耗降至低功耗，很大程度节省了电能，延长了本发明的工作时间。
49.如图6所示，所述浮力调节模块12内部设有浮力调节机构，所述浮力调节机构包括步进电机47、联轴器45、滚珠丝杠44、螺母座34、浮力调节液压筒41、活塞套管42、活塞40和外置油囊39，所述浮力调节液压筒41内充油。所述浮力调节机构工作时，所述浮力调节机构通过步进电机47驱动，所述联轴器45一端连接步进电机47，另一端连接滚珠丝杠44，所述步
进电机47通过联轴器45带动所述滚珠丝杠44旋转。所述螺母座34装于所述滚珠丝杠44上，所述活塞40前部设有活塞套管42与所述螺母座44固连。所述滚珠丝杠44通过旋转带动螺母座34往复直线移动，所述螺母座34带动所述活塞40往复直线移动，从而将所述浮力调节液压筒41内的油排至或吸出外置油囊39，通过改变外置油囊39体积来调节本发明的浮力状态。当活塞40将外置油囊39的油吸入浮力调节液压筒41内，在本发明整体质量不变的情况下减小外置油囊39体积，浮力减小，本发明下潜直至坐底；当活塞40将浮力调节液压筒41内的油排至外置油囊39，在本发明整体质量不变的情况下增大外置油囊39体积，浮力增大，本发明上浮直至水面。
50.如图6所示，所述浮力调节模块12包括壳体、浮力调节机构、前端盖32、后端盖37和油囊舱段外壳14。在所述壳体内设有前支撑盘33和后支撑盘36，在所述前端盖32和后端盖37之间设有多个支撑杆46，所述前支撑盘33和后支撑盘36平行设置并且均固装于所述支撑杆46上。所述步进电机47固装于所述前支撑盘33上，所述滚珠丝杠44和螺母座34设于所述前支撑盘33和后支撑盘36之间，所述活塞套管42前端穿过所述后支撑盘36后套于所述滚珠丝杠44后部。所述前支撑盘33和后支撑盘36之间设有位移传感器35用于检测并记录活塞40位移。所述螺母座34后部设有导向板43，且所述导向板43一端与任一支撑杆46滑动连接，另一端与所述位移传感器35滑动相连。所述螺母座34移动时即带动所述导向板43一同移动并通过所述位移传感器35实时检测活塞40位移，所述导向板43一端与支撑杆46滑动连接可防止螺母座34旋转，保证所述活塞40直线运动。所述浮力调节液压筒41设于所述后支撑盘36与外置油囊39之间，所述后端盖37通过螺丝固定到双向法兰盘38上，所述双向法兰盘38后部设有外置油囊39，所述外置油囊39设于所述油囊舱段外壳14内，所述油囊舱段外壳14上设有多个镂空孔13，以保证工作环境中的水与外置油囊39充分接触。所述位移传感器35为本领域公知技术。
51.如图7所示，所述垂直推进器模块15包括垂直推进器48，垂直推进器支架49和垂直推进器外壳50。所述垂直推进器48利用所述垂直推进器支架49固定在所述垂直推进器外壳50内。在水面定点或坐底定点工作模式下，所述垂直推进器48不工作。使用浮力调节模块12使本发明从水底上浮时，如果浮力调节模块12产生的浮力不能克服水底黏土的吸附力，可利用垂直推进器48提供额外上浮动力，使本发明成功上浮。当本发明坐底后，如果监测角度不合适，所述垂直推进器48能够将本发明微上浮，配合艉部推进器24调整并选取合适的监测角度，从而提高本发明对水产动物生长情况的监测效果。当本发明处于水中运动工作模式时，所述浮力调节模块12控制本发明处于悬浮状态，所述垂直推进器48配合艉部推进器24工作，能够实现不同监测点之间的转移和大范围移动监测。
52.如图8所示，所述电控模块16包括单片机和通信模块，所述通信模块包括4g模块和北斗+gps定位模块。所述单片机的控制信号输入端分别通过水密接插件与所述ctd传感器8、ph传感器9、光学溶解氧传感器10以及其他根据作业需求搭载的传感器相连；所述单片机的控制信号输出端分别通过水密接插件与所述照明设备led灯28、步进电机47、垂直推进器48、通信模块和艉部推进器24相连。所述视频图像采集模块1中的云台摄像头25，通过4g模块采用网络透传模式上传到上位机。
53.所述水面通信浮标19内设有通信天线20，所述通信天线20包括4g通信天线和定位通信天线。所述同轴水密电缆18一端与所述电控模块16相连，另一端穿过上舱体艉部17与
所述水面通信浮标19内的通信天线20相连，利用所述电控模块16中的通信模块，通过4g信号与上位机之间进行信号传输，能够实现本发明实时定位、上传数据和接受上位机下达的控制指令。此外，由于所述同轴水密电缆18具有微正浮力，且所述水面通信浮标19和同轴水密电缆18都远离位于所述下舱体艉部17的艉部推进器24，从而无论在水面或在水下都可以有效避免所述同轴水密电缆18与所述下舱体艉部17的艉部推进器24发生缠绕。所述电控模块16中的单片机和通信模块中的4g模块和北斗+gps定位模块均为本领域公知技术，另外各个模块部件之间连接使用的水密接插件也为本领域公知技术。
54.所述t型支架5可搭载相关传感器，包括ctd传感器8、ph传感器9和光学溶解氧传感器10。所述ctd传感器8能够测量池水的盐度、温度和深度等数据，所述ph传感器9能够测量池水的ph值，所述光学溶解氧传感器10能够测量池水中的溶氧量。另外本发明也能够根据作业需求搭载相关传感器，各个传感器都通过螺纹连接方式固定在t型支架5上，且各个传感器均为本领域公知技术。
55.所述下舱体艏部21前端为流线型设计，后端留有一段空间，可根据实际需求，安装载荷配重。
56.所述电池模块22通过水密接插件与其他模块相连并实现供电。
57.所述下舱体艉部23连有艉部推进器24，所述艉部推进器24通过螺丝固定于下舱体艉部23后端。本发明漂浮在水面时，当两个艉部推进器24等速转动，实现水平直线运动；当只有一个艉部推进器24以一定速度转动时，实现转向运动。此外，所述下舱体艉部23前端也预留一段空间，可根据实际需求，配合下舱体艏部21，安装载荷配重。
58.所述本发明除垂直推进器模块15和下舱体艉部21外均需密封处理。所述本发明除所述视频图像采集模块1、照明模块11、水面通信浮标19和上舱体艉部17外，其它舱段开口端均设有四个螺纹孔，且设有双向法兰盘38，相邻两个舱段连接时，将相邻舱段两段分别套在所述双向法兰盘38的两个接头上，通过定位孔安装紧固螺钉限制两舱段间的相对移动和转动。所述双向法兰盘38两端圆周槽壁上均设有承装o型密封圈31的密封槽，以保证连接时两个端盖之间的密封。所述照明模块11为透明密封半球罩27，所述上舱体艉部17为密封半球罩，外壳端面都设有六个螺纹孔，且设有单向法兰盘30，将所述照明模块11和上舱体艉部17通过螺钉固定在所述单向法兰盘30端面。所述浮力调节模块12前端套在所述照明模块11固定的单向法兰盘30接头上，所述电控模块16后端套在所述上舱体艉部17固定的单向法兰盘30接头上。所述单向法兰盘30圆周槽壁上也设有承装o型密封圈31的密封槽，以保证连接时两个端盖之间的密封。另外，在各个端盖上均设有水密接插件插口。
59.本发明的工作原理为：
60.本发明工作时，操作人员将本发明布放于岸边水面。当本发明处于水面时，只有视频图像采集模块1露出水面，能够在白天直接实现实时监测水面环境。当艉部推进器24驱动本发明在水面运动时，本发明进行第一种工作模式；当艉部推进器24停止工作时，本发明浮在水面处于相对静止状态，本发明进行第二种工作模式。
61.另外，当本发明布放于水面后，各种传感器开始工作。ctd传感器8采集池水的温度和盐度，ph传感器9通过测量本发明在池塘中的压力值能够实时反馈本发明在池塘中的下潜深度，光学溶解氧传感器10采集池水中的溶氧量。同时，本发明也能够根据作业需求搭载相关传感器，采集相关数据。
62.当本发明运动到指定位置时，浮力调节机构利用活塞40将外置油囊39内的油吸入浮力调节液压筒41内，外置油囊39体积减小，浮力减小，本发明开始下潜。当本发明下潜到指定深度时，浮力调节模块12控制本发明处于悬浮状态，垂直推进器48配合艉部推进器24可驱动本发明在水中运动，本发明进行第三种工作模式。当本发明下潜坐底后，本发明进行第四种工作模式。在本发明处于水下后，即视频图像采集模块1浸没在水中，照明模块11提供光源，并根据本发明在池塘中的深度调节亮度，本发明能够实时监测水产动物生长情况。
63.另外，当本发明坐底时，如果监测角度不合适，垂直推进器48可以将本发明微上浮，配合艉部推进器24调整并选取合适的监测角度，从而提高本发明对水产动物生长情况的监测效果。
64.为实现本发明在工作过程中的实时监测功能，本发明中电控模块16通过同轴水密电缆18与水面通信浮标19内设有的通信天线20相连，从而利用电控模块16中的通信模块通过4g信号与上位机之间进行信号传输，实现岸基实时监测功能。
65.当本发明完成监测作业后，浮力调节机构利用活塞40将浮力调节液压筒41内的油排至外置油囊39中，外置油囊39体积增大，浮力增大，本发明上浮直至水面。使用浮力调节模块12使本发明从水底上浮时，如果浮力调节模块12产生的浮力不能克服水底黏土的吸附力，可利用垂直推进器48提供额外上浮动力，使本发明成功上浮。
66.另外，在特殊情况下，水面通信浮标19能够发挥定位信标的作用。如果本发明的浮力调节机构或电控模块18出现故障导致本发明在水下停留时间过长，无法自主上浮时，可通过人眼观察水面通信浮标19定位进行人工打捞，降低本发明丢失的风险，减少科研过程中的经费损失。
67.当本发明浮出水面后，艉部推进器24驱动本发明至岸边，操作人员回收本发明。
68.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种水产养殖用自主式水下机器人，其特征在于包括：一个位于上方的上舱体(4)以及两个位于下方的下舱体(6)，三者均通过t型支架(5)连接，使得三者互相并行且呈品字形排列；所述t型支架(5)的顶部与所述上舱体(4)连接，其底部两侧分别与两个下舱体(6)连接；所述上舱体(4)包括由前到后依次连接的照明模块(11)、浮力调节模块(12)、垂直推进器模块(15)、电控模块(16)、上舱体艉部(17)；所述上舱体艉部(17)过同轴水密电缆(18)拖曳连接有水面通信浮标(19)；两个所述下舱体(6)包括由前到后依次连接的下舱体艏部(21)、电池模块(22)和下舱体艉部(23)；所述下舱体艉部(23)连有艉部推进器(24)，用于产生水平方向推力；视频图像采集模块(1)安装在所述t型支架(5)的上方，所述照明模块(11)用于为所述视频图像采集模块(1)提供光照；所述t型支架(5)上还安装有ctd传感器(8)、ph传感器(9)、光学溶解氧传感器(10)，各传感器与所述电控模块(16)连接；所述电控模块(16)还与所述照明模块(11)、浮力调节模块(12)、垂直推进器模块(15)、艉部推进器(24)、视频图像采集模块(1)以及水面通信浮标(19)电性连接。2.根据权利要求1所述的一种水产养殖用自主式水下机器人，其特征在于：所述t型支架(5)通过喉箍(7)与所述下舱体(6)连接，并通过固定环(3)与所述上舱体(4)连接；两个所述下舱体(6)的密度大于水。3.根据权利要求1所述的一种水产养殖用自主式水下机器人，其特征在于：所述视频图像采集模块(1)的壳体内部包括云台摄像头(25)和云台摄像头固定台(26)。4.根据权利要求1所述的一种水产养殖用自主式水下机器人，其特征在于：照明模块(11)包括透明密封半球罩(27)、led灯(28)和led灯板(29)，所述led灯(28)固定在所述led灯板(29)上，装于所述透明密封半球罩(27)内；所述视频图像采集模块(1)进行水下拍摄时，所述照明模块(11)根据下潜深度调节照明亮度。5.根据权利要求1所述的一种水产养殖用自主式水下机器人，其特征在于：所述浮力调节模块(12)包括壳体，其内部设置有前端盖(32)、后端盖(37)；所述壳体的后部连接有油囊舱段外壳(14)；所述前端盖(32)、后端盖(37)与所述壳体围合形成密闭充气空间，该密闭充气空间内设置有前支撑盘(33)、后支撑盘(36)以及多个两端分别与所述前端盖(32)、后端盖(37)连接的支撑杆(46)，所述支撑杆(46)用于固定所述前支撑盘(33)、后支撑盘(36)；所述前支撑盘(33)与所述前端盖(32)之间安装有步进电机(47)，该步进电机(47)的输出轴穿过所述前支撑盘(33)，通过联轴器(45)与一个滚珠丝杠(44)连接；该所述滚珠丝杠(44)位于所述前支撑盘(33)、后支撑盘(36)之间，所述滚珠丝杠(44)上安装有螺母座(34)，所述螺母座(34)与所述滚珠丝杠(44)的螺母固定连接；所述螺母座(34)与一个导向板(43)固定连接；所述导向板(43)与至少一个所述支撑杆(46)滑动连接，以限制所述螺母座(34)的转动；所述滚珠丝杠(44)上还套设有活塞套管(42)，所述活塞套管(42)的第一端与所述螺母座(34)固定连接，当所述步进电机(47)转动时，经联轴器(45)、滚珠丝杠(44)、螺母、螺母座(34)的传动，所述活塞套管(42)沿其轴线方向运动；所述后端盖(37)上连接有活塞调节液压筒(41)；活塞调节液压筒(41)的第一端与所述
后端盖(37)连接，其第二端与油囊(39)连通，其内部设置有活塞(40)；所述活塞套管(42)穿过所述后端盖(37)与所述活塞(40)连接，用于调节活塞(40)在所述活塞调节液压筒(41)中的位置；所述导向板(43)的侧边还连接有位移传感器(35)，用于检测所述螺母座(34)的位移量；所述油囊舱段外壳(14)用于容纳所述油囊(39)，且开设有多数量的镂空孔(13)，使得所述油囊舱段外壳(14)内外连通；当所述活塞(40)被推动将油注入所述油囊(39)时，所述油囊(39)膨胀，将水挤出所述油囊舱段外壳(14)，以增大浮力；当所述活塞(40)被拉动将油囊(39)内的油吸入所述活塞调节液压筒(41)时，所述油囊(39)收缩，水进入所述油囊舱段外壳(14)使得浮力减小。6.根据权利要求5所述的一种水产养殖用自主式水下机器人，其特征在于：垂直推进器模块(15)包括垂直推进器(48)、垂直推进器支架(49)和垂直推进器外壳(50)；所述垂直推进器外壳(50)的上下开设有相对应的开口，在所述垂直推进器外壳(50)上形成竖向的通道，所述垂直推进器(48)通过垂直推进器支架(49)安装在该竖向通道内，用以产生竖向的推力。7.根据权利要求6所述的一种水产养殖用自主式水下机器人，其特征在于：当自主式水下机器人漂浮在水面时，所述浮力调节模块(12)通过调节浮力，使得所述自主式水下机器人的整体浮力大于重力；当所述自主式水下机器人浸没在水中时，所述浮力调节模块(12)通过调节浮力，使得所述自主式水下机器人的整体浮力等于重力，并通过垂直推进器模块(15)微调所述自主式水下机器人的竖向位置，以保持悬浮深度；当所述自主式水下机器人处于坐底状态时，所述浮力调节模块(12)通过调节浮力，使得所述自主式水下机器人的整体浮力小于重力，此时两个所述下舱体(6)的底面与水底地表接触。8.根据权利要求1所述的一种水产养殖用自主式水下机器人，其特征在于：所述电控模块(16)包括单片机和通信模块，所述通信模块包括4g模块和北斗+gps定位模块；所述电池模块(22)用于提供电能。9.根据权利要求9所述的一种水产养殖用自主式水下机器人，其特征在于：所述水面通信浮标(19)内设有通信天线(20)，所述通信天线(20)包括4g通信天线和定位通信天线；所述同轴水密电缆(18)一端与所述电控模块(16)相连，另一端穿过上舱体艉部(17)与所述水面通信浮标(19)内的通信天线(20)相连。

技术总结
本发明公开了一种水产养殖用自主式水下机器人，其包括：一个位于上方的上舱体以及两个位于下方的下舱体，三者均通过T型支架连接，使得三者互相并行且呈品字形排列；所述T型支架的顶部与所述上舱体连接，其底部两侧分别与两个下舱体连接；所述上舱体包括由前到后依次连接的照明模块、浮力调节模块、垂直推进器模块、电控模块、上舱体艉部；视频图像采集模块安装在T型支架的上方，用于拍摄水面或者水下图像。上舱体艉部通过同轴水密电缆拖曳连接有水面通信浮标；T型支架上安装有多种传感器。下潜坐底后，“品”字型结构能够保持稳定支撑；当本发明回收至陆地上时，“品”字型结构无需专用支架，也能够稳定放置。也能够稳定放置。也能够稳定放置。


技术研发人员：周悦 施迅 吴诗昊 敖琪 康智超 叶海雄 邢博闻 郭威
受保护的技术使用者：上海海洋大学
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/4/20