投飼機器人關鍵技術(shù)研究.pdf

1、我國水產(chǎn)業(yè)已取得輝煌成就,成為世界第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國和水產(chǎn)品出口大國,養(yǎng)殖水產(chǎn)品產(chǎn)量占全世界的70％,水產(chǎn)品出口額連續(xù)6年居世界首位。相對于我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的數(shù)量和規(guī)模,我國在水產(chǎn)養(yǎng)殖配套設施的研發(fā)方面相對滯后,機械化和自動化程度均較低,尤其在投飼設備和技術(shù)方面表現(xiàn)突出。國內(nèi)現(xiàn)行的人工投飼通常是使用勺子、鐵鍬等手工工具拋灑飼料,并且是用人眼憑經(jīng)驗來判斷養(yǎng)殖對象需求的飼料量。一般情況下,難以精確掌握最適宜滿足養(yǎng)殖對象需求的投飼水平。而且,

2、人工投飼勞動強度大,有喂料不均勻、不準確、不準時,投飼量難控制等諸多缺點。這些缺點還容易使投飼水域飼料殘留過多,長期的人工投飼易導致水域環(huán)境惡化。國內(nèi)關于投飼系統(tǒng)的研究仍主要集中在池塘養(yǎng)殖中使用的小型投飼機方面,這種投飼機大多存在著定時不準確、可靠性不強、投飼與間歇時間設置不合理、投飼距離不可調(diào)、飼料損耗高、儲料量和投飼能力小等問題,均不能滿足高密度工業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖的需要。
　　工業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖的最重要的特點是實現(xiàn)水產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。

3、自動投飼技術(shù)是工業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)體系的重要組成部分,投飼技術(shù)對養(yǎng)殖的正常進行極為重要,投飼技術(shù)和裝備的優(yōu)劣影響了養(yǎng)殖水體的水質(zhì)條件,間接影響了養(yǎng)殖系統(tǒng)的水處理效果,直接決定了養(yǎng)殖魚類的攝食率、健康程度和生長速度。自動投飼系統(tǒng)的成功研發(fā)必將解決大規(guī)模養(yǎng)殖場投飼勞動強度大,投飼定時定量精度差,飼料利用率低等問題,能顯著提高工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的設施裝備水平,降低大規(guī)模養(yǎng)殖場勞動強度,填補我國水產(chǎn)養(yǎng)殖自動投飼技術(shù)空白。
　　為了提高室內(nèi)

4、工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖自動投飼系統(tǒng)定時、定量精度,并減少養(yǎng)殖過程中的飼料浪費,降低勞動強度,運用軌道傳動、滑軌供電、超聲波定位、無線通訊和計算機軟件等技術(shù)開發(fā)了新型軌道式自動投飼系統(tǒng)。投飼系統(tǒng)由行走系統(tǒng)、投飼裝置、電力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成,系統(tǒng)使用mcgsTPC嵌入式一體化觸摸屏、重量信號放大與計算模塊、遠程通信模塊、全向天線、信號轉(zhuǎn)換模塊RS485-WLAN、模擬量輸入模塊I-7017C、開關量輸入/輸出模塊I-7060D、隔離數(shù)字量輸入/輸出

5、模塊I-7044D和步進電機系統(tǒng)等搭建硬件平臺,采用MCGS監(jiān)控組態(tài)軟件設計了投飼機器人實時監(jiān)控系統(tǒng),具有監(jiān)控工程顯示,通訊連接,參數(shù)設置,歷史數(shù)據(jù)保存、查詢和導出,數(shù)據(jù)采集與處理等功能。該監(jiān)控系統(tǒng)人機界面良好,擴展性好,操作簡單,靈活,實用性強,自動化程度高,具有一定的創(chuàng)新性。
　　本系統(tǒng)使用HW100×100型鋼為軌道,以T型鍛鋼軌道輪、傳動齒輪組和24V直流電機驅(qū)動系統(tǒng)行走,通過UT20-240-AIM4超聲波距離傳感器和反

6、射面為80mm×150mm的魚池定位識別板實現(xiàn)系統(tǒng)定位,利用CFBLSM拉壓力傳感器判斷投飼量,由三芯滑觸線和集電器保障系統(tǒng)電力供應,結(jié)合RS485總線和無線通訊技術(shù)等集成開發(fā)的軌道式自動投飼系統(tǒng)模式是一種全新的設備研發(fā)方向,樣機試驗表明該系統(tǒng)模式是可行且可靠的。設計計算分析可得:當選用HW100×100型鋼制作軌道,以直徑為0.06m的T型鍛鋼軌道輪、減速比為20:1的2級傳動齒輪組和24V直流電機驅(qū)動系統(tǒng)行走時,為保證行走速度在18

7、m·min-1以上,則電機功率需0.2kW,轉(zhuǎn)速為2000rpm,輸出扭矩要求在0.58N·m以上。研究結(jié)果可為軌道式自動投飼系統(tǒng)設計與后續(xù)研究提供參考。
　　應用Solidworks軟件設計了軌道式自動投飼系統(tǒng)樣機,并進行了樣機速度、投飼量精度和定位誤差性能測試試驗,結(jié)果表明:系統(tǒng)樣機可以順利完成自動啟停與運行控制,料倉儲料量20kg,其行走速度達到19.2 m·min-1,定位誤差在58～100mm范圍內(nèi),投飼量誤差在0.5%