[發明專利]一種用于水質監測的自主導航仿生機器魚及其控制方法

在審

• 申請號: 202011132646.7
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112162075A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 文小玲;喻盈;張川;黃晨華
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18;G01S19/42;B63H1/36;G08C17/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

本發明公開了一種用于水質監測的自主導航仿生機器魚，該仿生機器魚的頭部、左側、右側、上部以及下部均設有紅外傳感器；魚體的內部設有控制模塊、水箱、GPS模塊和無線通信模塊，魚體的底部設有水質傳感器；尾部設有尾鰭，其通過2個舵機單元構成的雙關節結構與魚體連接；5個紅外傳感器、水箱、GPS模塊、無線通信模塊、水質傳感器以及2個舵機均與控制模塊連接。本發明的仿生機器魚體積小，能夠自主導航，可以全方位自動監測水質，實現數據遠程無線傳輸，在終端進行存儲和預警。

技術領域

本發明屬于移動式水質監測技術領域，具體涉及一種用于水質監測的自主導航仿生機器魚及其控制方法。

背景技術

水質監測是實施水質管理的重要依據，能防止水環境資源被破壞，提高保護和治理的成效。近年來隨著社會經濟的快速發展，水資源的重要性越發凸顯，我國水資源總量大，但人均占有量不足世界平均占有量的四分之一，總體來看我國水資源仍較為匱乏，為了保護已有的水資源，在各水域進行水質監測至關重要。在水產養殖領域，各種水質參數如溶解氧、溫度、PH值、氨氮等，都影響著水產品的產量和質量，實施水質監測能保證水產品在適宜的環境中生長，防止微生物與藻類大量繁殖惡化水環境造成水產品減產甚至死亡。

傳統的水質監測方法有人工現場定點采樣和建立自動監測站點，但不能全面的反映整個水域的水質狀況。傳統的水質監測方法如實驗室人工采樣檢測，費時費力、操作復雜，采樣過程易受影響；監測站定點監測成本較高，只適用于大型水域，且無法對水質進行全方位監測；移動監測船體積巨大，需要人為操控。上述方法中水質數據的傳輸和存儲也存在很大的問題，已經不能滿足目前水質監測技術自動化和智能化的要求。隨著嵌入式和無線通信網絡的快速發展，水質監測技術也逐漸自動化、智能化和網絡化。移動式監測設備利用遠程數據傳輸技術對水域進行全方位監測，但一般監測設備體積較大、操作困難、成本較高。因此有必要開發一種適用于各種水域的小型自主導航水質監測設備，全方位自動監測水質，數據遠程無線傳輸，在終端進行存儲和預警。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種用于水質監測的自主導航仿生機器魚及其控制方法，解決傳統的水質監測方法成本較高、費時費力、操作復雜以及現有移動式監測設備體積巨大、需要人為操控，且無法對水質進行全方位監測的問題。

本發明提供一種用于水質監測的自主導航仿生機器魚，該仿生機器魚的頭部、左側、右側、上部以及下部均設有紅外傳感器；魚體的內部設有控制模塊、水箱、GPS模塊和無線通信模塊，魚體的底部設有水質傳感器；尾部設有尾鰭，其通過2個舵機單元構成的雙關節結構與魚體連接；5個紅外傳感器、水箱、GPS模塊、無線通信模塊、水質傳感器以及2個舵機均與控制模塊連接；

仿生機器魚通過控制水箱中的水量實現上浮下潛；通過控制舵機進而控制尾鰭來回擺動，實現仿生機器魚在水中前進以及轉向；通過5個紅外傳感器進行探障，實現自動避障；GPS模塊用于獲取仿生機器魚的位置信息，進而獲得當前位置距目標位置的航向角度，進行自主導航；水質傳感器用于采集水質參數；無線通信模塊用于將采集到的水質參數上傳。

進一步地，水質參數包括溶解氧、溫度、PH值、氨氮。

進一步地，該仿生機器魚的魚體內部還設有電池，魚體外部設有開關。

本發明還提供一種用于水質監測的自主導航仿生機器魚的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、向仿生機器魚中導入目標位置；

S2、獲取仿生機器魚的起始位置信息，計算起始位置距目標位置的起始航向角度；

S3、仿生機器魚進行巡游和避障；

S4、獲取仿生機器魚的當前位置信息，計算當前位置距目標位置的當前航向角度；

S5、比較當前航向角度與起始航向角度，調整仿生機器魚的航向，使當前航向角度等于起始航向角度；