陆基工厂化水产养殖池自动清洗机器人设计与试验

doi:10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2024.07.011

中国农机化学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (7): 68-74.DOI: 10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2024.07.011

• 设施农业与植保机械工程 • 上一篇下一篇

陆基工厂化水产养殖池自动清洗机器人设计与试验

赵晴晴1，田云臣2, 3，崔智明1，李建波2，马国宁1，隋金柱2

1. 天津农学院水产学院，天津市，300392； 2. 天津农学院计算机与信息工程学院，天津市，300392；
3. 天津市水产生态及养殖重点实验室，天津市，300392

出版日期:2024-07-15 发布日期:2024-06-21
基金资助:
国家重点研发计划（2020YFD0900600）；国家海水鱼产业技术体系(CARS—47)；天津市海水养殖产业技术体系创新团队（ITTMRS2021000）

Design and test of automatic cleaning robot for landbased industrial aquaculture ponds

Zhao Qingqing1, Tian Yunchen2, 3, Cui Zhiming1, Li Jianbo2, Ma Guoning1, Sui Jinzhu2

1. College of Fisheries, Tianjin Agricultural University, Tianjin, 300392, China; 2. College of Computer and
Information Engineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin, 300392, China; 3. Tianjin Key Laboratory of
AquaticEcology and Aquaculture, Tianjin, 300392, China

Online:2024-07-15 Published:2024-06-21

摘要/Abstract

摘要： 针对现阶段陆基工厂化水产养殖池人工清洗存在劳动强度大、效率低等问题，设计基于轨道移动、具有越池清洗功能的养殖池自动清洗机器人。该机器人由移动机构、清洗机构和控制系统等组成。移动机构沿养殖池上方导轨前后、左右移动，清洗机构通过旋转和上下伸缩装置完成养殖池池底和池壁清洗，控制系统通过STM32F103单片机实现对清洗机器人的精准控制。通过建立全覆盖栅格地图的方法进行路径规划，并采用最短切线、野火法等算法实现自动避障，并对机器人进行测试。结果表明：刷盘转速和驱动速度最优组合方式为刷盘转速600 r/min，驱动速度 0.2 m/s。

关键词: 陆基工厂化, 水产养殖, 清洗机器人, 自动控制, 路径规划

Abstract: Aiming at the problems of high labor intensity and low efficiency in the manual cleaning of landbased industrial aquaculture ponds, an automatic cleaning robot based on track movement with the function of crossing the pond is designed. The robot is composed of a moving mechanism, a cleaning mechanism and a control system. The moving mechanism moves forward, backward and left along the guide rail above the breeding tank. The cleaning mechanism cleans the bottom and wall of the breeding tank through rotation and upsidedown telescopic device. The control system realizes accurate control of the cleaning robot through STM32F103 microcontroller. The path planning is carried out by establishing full coverage raster map, and the algorithm of shortest tangent line and wildfire method is used to realize automatic obstacle avoidance, and the robot is tested. The results show that the optimal combination of brush speed and drive speed is 600 r/min and 0.2 m/s.

Key words: land-based industrialization, aquaculture, cleaning robot, automatic control, path planning

中图分类号:

S969
TP242

赵晴晴, 田云臣, 崔智明, 李建波, 马国宁, 隋金柱. 陆基工厂化水产养殖池自动清洗机器人设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(7): 68-74.

Zhao Qingqing, Tian Yunchen, , Cui Zhiming, Li Jianbo, Ma Guoning, Sui Jinzhu. Design and test of automatic cleaning robot for landbased industrial aquaculture ponds [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2024, 45(7): 68-74.

参考文献

［1］　雷霁霖. 关于当前我国北方沿海工厂化养鱼的一些问题和建设［J］. 现代渔业信息, 2002(4): 5-8.
［2］　袁夫彩, 陆念力, 王立权. 水下船体清刷机器人关键技术及其试验的研究［J］. 机械设计与研究, 2008(1): 36-38.
Yuan Fucai, Lu Nianli, Wang Liquan, et al. Study on the key technology and experimentation of cleaning robot for underwater ship hull ［J］. Machine Design and Research, 2008(1): 36-38.
［3］　袁夫彩, 孟庆鑫, 王义文. 水下船体表面清刷机器人吸附及移动性能分析［J］. 哈尔滨工程大学学报, 2006(2): 272-275.
Yuan Fucai, Meng Qingxin, Wang Yiwen. Analysis of adsorption and movement performance of underwater robot for cleaning hull ［J］. Journal of Harbin Engineering University, 2006(2): 272-275.
［4］　林兴月. 水下船体表面清刷机器人结构设计与控制系统研究［D］. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2019.
Lin Xingyue. Research of underwater hull surface cleaning robot on structural design and control system ［D］. Harbin: Harbin Engineering University, 2019.
［5］　张培锋, 王洪光. 一种新型爬壁机器人机构及运动学研究［J］. 机器人, 2007(1): 12-17.
Zhang Peifeng, Wang Hongguang. Mechanism and kinematics of a new wallclimbing robot ［J］. Robot, 2007(1): 12-17.
［6］　杨强, 桂堂军, 冀龙飞, 等. 遥控泳池清洗机的开发设计［J］.科技传播, 2013, 5(11): 80-81, 86.
［7］　黄达, 倪琦, 胡勇兵, 等. 水下鱼池清刷机器人系统设计与试验分析［J］. 渔业现代化, 2019, 46(6): 29-34.
Huang Da, Ni Qi, Hu Yongbing, et al. Design and experimental analysis of underwater fish tank cleaning robot system ［J］. Fishery Modernization, 2019, 46(6): 29-34.
［8］　黄达. 水下鱼池清刷机器人关键技术研究［D］. 上海: 上海海洋大学, 2020.
Huang Da. Research on key technologies of underwater fish tank cleaning robot ［D］. Shanghai: Shanghai Ocean University, 2020.
［9］　Li Y, Lo K M. Dynamics and kinematics of novel underwater vehiclemanipulator for cleaning water pool ［C］. 2009 International Conference on Mechatronics and Automation. IEEE, 2009: 1196-1201.
［10］　肖宏远. 船体表面水下清刷机器人研究［D］. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2017.
Xiao Hongyuan. Research on underwater hull cleaning robot ［D］. Harbin: Harbin Engineering University, 2017.
［11］　黄小华, 郭根喜, 胡昱, 等. 轻型移动式水下洗网装置设计［J］. 渔业现代化, 2009, 36(3): 49-52.
Huang Xiaohua, Guo Genxi, Hu Yu, et al. Research on designing light mobile underwater net washing equipment ［J］. Fishery Modernization, 2009, 36(3): 49-52.
［12］　杨兴宇. 船体水下除海生物机器人结构设计及关键技术研究［D］. 天津: 河北工业大学, 2019.
Yang Xingyu. Structure deign and key technology research of hull underwater clear sea creature robot ［D］. Tianjin: Hebei University of Technology, 2019.
［13］　倪天伟, 林金珠. RoboCup3D仿真中双足机器人路径规划的最短切线路径算法［J］. 蚌埠学院学报, 2017, 6(3): 1-3.
Ni Tianwei, Lin Jinzhu. The shortest tangent path planning for biped robot in RoboCup3D simulation environment ［J］. Journal of Bengbu University, 2017, 6(3): 1-3.
［14］　张月. 基于改进A*算法的路径规划方法研究［D］. 长春: 吉林大学, 2022.
Zhang Yue. Research on path planning method based on improved A* algorithm ［D］. Changchun: Jilin University, 2022.
［15］　Liu X, Li Y. Intelligent car control system based on STM32 single chip microcomputer ［J］. Beijing: Electronic World, 2020: 164-165.
［16］　吴鹏浩, 徐梦如, 窦浩鹏, 等. 基于STM32单片机的扫地机器人设计［J］. 智能计算机与应用, 2019, 9(6): 248-250, 253.
Wu Penghao, Xu Mengru, Dou Haopeng, et al. Design of sweeper robot based on STM32 single chip microcomputer ［J］. Intelligent Computer and Applications, 2019, 9(6): 248-250, 253.

[1]	王家博, 李亚杰, 高菊玲, 肖茂华, 姜尚愚, 陈爽. MBR技术与工艺在水产养殖尾水处理中的研究进展[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(8): 86-93.
[2]	付晓, 徐锐良, 闫祥海, 徐立友. 力位综合系数调节方法研究[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(6): 37-41.
[3]	崔海朋, 秦朝旭, 马志宇. 基于深度学习的鱼类特征点检测与体征识别方法[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(6): 201-207.
[4]	陈天兄, 范俊杰, 张日喜, 刘建龙, , 柏宗春, , 孙建国. 水产养殖投喂装备发展现状研究[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(4): 45-50.
[5]	李晓娟, 陈涛, 韩睿春, 刘建璇. 不确定采摘环境下改进RRT算法的机械臂路径规划研究[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(4): 193-198.
[6]	陈柯霖, 谢守勇, 陈翀, 向旺, 刘伟. 基于双预瞄纯追踪算法的丘陵山区农机差分导航系统研究[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(2): 187-193.
[7]	柯超, 谢守勇, 邓成志, 刘凡一, 刘军, . 丘陵山地移栽机自动调平系统设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(8): 17-26.
[8]	李航, 廖映华, 黄波. 基于改进DQN算法的茶叶采摘机械手路径规划[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(8): 198-205.
[9]	邵毅帆, 梅松, 石志刚, 宋志禹, 童一飞. 基于改进人工势场法的农用机器人路径规划技术研究[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(8): 206-213.
[10]	刘岗微, 倪有亮, 杨腾祥, 齐彦栋, 金诚谦. 大豆收获机割台高度自动控制系统设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(6): 155-160.
[11]	杨旭海, 周文皓, 李育峰, 戚小琛, 张茜. 采摘机械臂路径规划算法研究现状综述[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(5): 161-169.
[12]	张俊峰, 张唐娟, 肖进, 王琢, 田满洲, 何雨霜. 池塘养殖船自动导航系统设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(3): 49-54.
[13]	冯莉, 吕修凯, 崔生乐, 杨春梅, 徐晓燕. 基于双向迪杰斯特拉算法移栽机补栽路径规划及仿真[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(3): 177-182.
[14]	李文鑫, 张璠, 姚竟发, 常淑惠, 郭亚倩. 联合收割机与运粮车协同作业调度技术研究[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(2): 119-125.
[15]	王新彦, 盛冠杰, 张凯, 易政洋. 基于改进A*算法和DFS算法的割草机器人遍历路径规划[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(2): 142-147.

陆基工厂化水产养殖池自动清洗机器人设计与试验

Design and test of automatic cleaning robot for landbased industrial aquaculture ponds

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价