投飼機(jī)器人關(guān)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(shè)施的研發(fā)方面相對滯后,機(jī)械化和自動(dòng)化程度均較低,尤其在投飼設(shè)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(yàn)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(dòng)強(qiáng)度大,有喂料不均勻、不準(zhǔn)確、不準(zhǔn)時(shí),投飼量難控制等諸多缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)還容易使投飼水域飼料殘留過多,長期的人工投飼易導(dǎo)致水域環(huán)境惡化。國內(nèi)關(guān)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(jī)方面,這種投飼機(jī)大多存在著定時(shí)不準(zhǔn)確、可靠性不強(qiáng)、投飼與間歇時(shí)間設(shè)置不合理、投飼距離不可調(diào)、飼料損耗高、儲(chǔ)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(diǎn)是實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。

3、自動(dòng)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(jìn)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(dòng)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(dòng)強(qiáng)度大,投飼定時(shí)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(shè)施裝備水平,降低大規(guī)模養(yǎng)殖場勞動(dòng)強(qiáng)度,填補(bǔ)我國水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)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(dòng)投飼系統(tǒng)定時(shí)、定量精度,并減少養(yǎng)殖過程中的飼料浪費(fèi),降低勞動(dòng)強(qiáng)度,運(yùn)用軌道傳動(dòng)、滑軌供電、超聲波定位、無線通訊和計(jì)算機(jī)軟件等技術(shù)開發(fā)了新型軌道式自動(dòng)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(jì)算模塊、遠(yuǎn)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(guān)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(jìn)電機(jī)系統(tǒng)等搭建硬件平臺(tái),采用MCGS監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了投飼機(jī)器人實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),具有監(jiān)控工程顯示,通訊連接,參數(shù)設(shè)置,歷史數(shù)據(jù)保存、查詢和導(dǎo)出,數(shù)據(jù)采集與處理等功能。該監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面良好,擴(kuò)展性好,操作簡單,靈活,實(shí)用性強(qiáng),自動(dòng)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(dòng)齒輪組和24V直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)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(yīng),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(dòng)投飼系統(tǒng)模式是一種全新的設(shè)備研發(fā)方向,樣機(jī)試驗(yàn)表明該系統(tǒng)模式是可行且可靠的。設(shè)計(jì)計(jì)算分析可得:當(dāng)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(dòng)齒輪組和24V直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)行走時(shí),為保證行走速度在18

7、m·min-1以上,則電機(jī)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(dòng)投飼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與后續(xù)研究提供參考。
　　應(yīng)用Solidworks軟件設(shè)計(jì)了軌道式自動(dòng)投飼系統(tǒng)樣機(jī),并進(jìn)行了樣機(jī)速度、投飼量精度和定位誤差性能測試試驗(yàn),結(jié)果表明:系統(tǒng)樣機(jī)可以順利完成自動(dòng)啟停與運(yùn)行控制,料倉儲(chǔ)料量20kg,其行走速度達(dá)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%