深水网箱的智能升降控制系统及控制方法与流程

本发明涉及深水网箱技术领域，具体是指一种深水网箱的智能升降控制系统及控制方法。

背景技术：

近年来，由于出现了世界范围内的捕捞过度和环境污染等问题，渔业资源出现了严重衰退。为此，将渔业产业的重点由传统的狩猎式捕捞渔业转向放牧式的增养殖渔业，尤其是避开近海内湾的易污染环境，转向外海去发展高经济价值鱼类的深水网箱养殖业，已成为世界各国的共识。深水网箱作为一种产业，对缓解当前海洋渔业资源衰退；并可带动网箱制作、苗种培育、饵料生产、加工保鲜、销售运输等相关产业。

设置水深在15米以上、沿海开放性水域的大型网箱称为深水网箱。深水网箱养殖容量较大，是具有较强的抗风浪、海流性能的海上养殖设施。深水网箱在拓展养殖海域、减轻沿岸环境压力、提高养殖鱼的质量、增加养殖效益等方面已显示出明显的优势。

现有的一些深水网箱具有升降功能，在海上风浪比较大时深水网箱可以向下降落至水中，以减小风浪对深水网箱的影响。在风浪较小时，可以将深水网箱再向上升起。因此，深水网箱的升降功能对于深水网箱的防风浪功能具有很大益处。

然而，现有的深水网箱的升降控制装置中，往往无法保持深水网箱在升降过程中的平衡，容易出现深水网箱升降不平衡的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种深水网箱的智能升降控制系统及控制方法，通过升降柱的导向作用和深水网箱托举平台的托举作用保障深水网箱升降过程中的平衡，气缸和控制器设置在水面上，对气缸和控制器等部件的防水等级要求可以降低。

为了实现上述目的，本发明具有如下构成：

本发明提供了一种深水网箱的智能升降控制系统，所述系统包括：

深水网箱托举平台，位于深水网箱下方，用于托举所述深水网箱，且所述深水网箱托举平台可带动所述深水网箱上下运动；

至少两个升降柱，所述升降柱分别设置于所述深水网箱托举平台的侧面，且所述升降柱朝向所述深水网箱托举平台的一侧设置有导向轨，所述深水网箱托举平台与所述导向轨对应的位置设置有导向条，所述导向条安装于所述导向轨中，且所述导向条与所述导向轨的接触表面设置有橡胶垫；

至少两个气缸，所述气缸与所述升降柱一一对应，且所述气缸安装于所述升降柱的顶部，所述气缸的活塞杆顶部与所述深水网箱托举平台固定连接，由所述气缸驱动所述深水网箱托举平台沿所述导向轨上下运动，所述气缸分别由一电磁阀控制器控制启动和关闭；

至少两个一级控制器，所述一级控制器与所述升降柱一一对应，所述一级控制器安装于所述升降柱的顶端，且所述一级控制器与所述电磁阀控制器相连接；

二级控制器，所述二级控制器与各个所述一级控制器进行无线通信，所述二级控制器同时向所有一级控制器发送深水网箱托举平台上升或降落信号，所述一级控制器根据所述二级控制器的控制信号控制所述气缸的启动和关闭。

可选地，所述二级控制器包括风浪预测模块，所述风浪预测模块用于从云端服务器获取风浪预报，根据预设的风浪等级评定条件，确定未来预设各个时间段内的风浪等级，如果一时间段内的风浪等级大于预设等级阈值，则于该时间段之前向所述一级控制器发送降落信号，且于该时间段后风浪等级小于预设等级阈值时，向所述一级控制器发送上升信号。

可选地，所述系统还包括：

至少两个摄像头，所述摄像头与所述升降柱一一对应，所述摄像头安装于所述升降柱的顶部，所述摄像头用于采集所述深水网箱的表面图像并将所述表面图像发送至所述一级控制器，所述一级控制器将所述深水网箱的表面图像和所述摄像头的编号发送至所述二级控制器，所述二级控制器存储有各个所述摄像头的编号和所述摄像头的位置的映射关系。

可选地，所述二级控制器中还存储有所述深水网箱在最高位置时，各个所述摄像头采集的标准图像；

所述托举平台由水下上升至最高位置时，所述二级控制器获取各个所述摄像头的采集图像，比较各个所述摄像头的采集图像与所述二级控制器存储的各个所述摄像头的标准图像，计算各个所述摄像头的采集图像与标准图像的尺寸偏差和角度偏差，如果尺寸偏差和角度偏差均大于预设阈值，则确定所述深水网箱未达到标准位置，根据各个所述摄像头的采集图像与标准图像的比对结果向所述一级控制器发送调整信号；

各个所述摄像头的采集图像与标准图像的尺寸偏差和角度偏差均小于预设阈值时，所述二级控制器判断所述深水网箱已达到标准位置。

可选地，所述系统还包括：

至少两个表面清理机构，所述表面清理机构与所述升降柱一一对应，所述表面清理机构安装于所述升降柱的顶端；

所述深水网箱已达到标准位置之后，所述二级控制器将所述摄像头的采集图像发送至工作人员的终端，从工作人员的终端获取待清理物在所述采集图像中的位置，根据所述待清理物在所述采集图像中的位置确定待清理物在大地坐标系中的坐标；

所述二级控制器根据所述待清理物在大地坐标系中的坐标，控制所述表面清理机构，使得所述表面清理机构对所述待清理物进行清理。

可选地，所述表面清理机构包括吸附结构和机械臂，所述吸附结构安装于所述机械臂的前端，所述机械臂的末端安装于所述升降柱的顶端，所述吸附结构包括吸附盘、离心式风机和驱动电机，所述驱动电机驱动所述离心式风机，所述驱动电机和所述机械臂分别与所述一级控制器相连接。

可选地，所述二级控制器根据所述待清理物在大地坐标系中的坐标确定与所述待清理物距离最近的表面清理机构，将所述待清理物在大地坐标系中的坐标和清理指令发送至所述表面清理机构对应的一级控制器，所述一级控制器根据所述待清理物在大地坐标系中的坐标和所述表面清理机构在大地坐标系中的坐标，规划所述机械臂的前端的运动路线，且控制所述机械臂运动，使得所述吸附盘运动至所述待清理物处，控制所述驱动电机运动，以吸附清理所述待清理物。

可选地，所述一级控制器还用于根据所述待清理物在大地坐标系中的坐标确定所述待清理物的尺寸，根据所述待清理物的尺寸控制所述离心式风机的风门开启大小，以控制所述吸附盘的吸附力。

本发明实施例还提供一种深水网箱的智能升降控制方法，采用所述的深水网箱的智能升降控制系统，所述方法包括如下步骤：

所述二级控制器确定需要使得所述深水网箱下降时，将下降指令发送至各个所述一级控制器，所述下降指令包括下降目标高度和下降目标速度；

所述一级控制器接收到所述下降指令后根据所述下降目标高度和下降目标速度控制所述气缸的电磁阀控制器，通过所述气缸的活塞杆控制所述深水网箱托举平台的下降速度，并于下降至下降目标高度时控制所述电磁阀控制器，使得所述气缸的活塞杆停止工作；

所述二级控制器确定需要使得所述深水网箱上升时，将上升指令发送至各个所述一级控制器，所述上升指令包括上升目标高度和上升目标速度；

所述一级控制器接收到所述上升指令后根据所述上升目标高度和上升目标速度控制所述气缸的电磁阀控制器，通过所述气缸的活塞杆控制所述深水网箱托举平台的上升速度，并于上升至上升目标高度时控制所述电磁阀控制器，使得所述气缸的活塞杆停止工作。

可选地，所述系统还包括至少两个摄像头，所述摄像头与所述升降柱一一对应，所述摄像头安装于所述升降柱的顶部，所述摄像头用于采集所述深水网箱的表面图像并将所述表面图像发送至所述一级控制器，所述一级控制器将所述深水网箱的表面图像和所述摄像头的编号发送至所述二级控制器，所述二级控制器存储有各个所述摄像头的编号和所述摄像头的位置的映射关系，所述二级控制器中还存储有所述深水网箱在最高位置时，各个所述摄像头采集的标准图像；

所述方法还包括如下步骤：

所述深水网箱托举平台由水下上升至最高位置时，所述二级控制器获取各个所述摄像头的采集图像，比较各个所述摄像头的采集图像与所述二级控制器存储的各个所述摄像头的标准图像，计算各个所述摄像头的采集图像与标准图像的尺寸偏差和角度偏差，如果尺寸偏差和角度偏差均大于预设阈值，则确定所述深水网箱未达到标准位置，根据各个所述摄像头的采集图像与标准图像的比对结果向所述一级控制器发送调整信号；

各个所述摄像头的采集图像与标准图像的尺寸偏差和角度偏差均小于预设阈值时，所述二级控制器判断所述深水网箱已达到标准位置。

因此，本发明通过升降柱的导向作用和深水网箱托举平台的托举作用保障深水网箱升降过程中的平衡，气缸和控制器设置在水面上，对气缸和控制器等部件的防水等级要求可以降低；进一步地，本发明通过深水网箱升至最高位置后的图像比对，确保深水网箱的位置平衡性，避免因为多个气缸驱动引起不同位置升降高度不平衡。

附图说明

图1为本发明一实施例的深水网箱的智能升降控制系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例的深水网箱的智能升降控制系统的结构框图；

图3为本发明一实施例的二级控制器进行图像比对的示意图；

图4为本发明一实施例的摄像头的采集图像中标记待清理物的示意图。

附图标记：

1升降柱 11导向轨 2深水网箱托举平台

3气缸 4摄像头 5一级控制器

6表面清理机构 61机械臂 62吸附盘

71标准图像 72采集图像 73待清理物标记

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。

如图1和图2所示，本发明提供了一种深水网箱的智能升降控制系统，所述系统包括：

深水网箱托举平台2，位于深水网箱下方，用于托举所述深水网箱，且所述深水网箱托举平台2可带动所述深水网箱上下运动；

至少两个升降柱1，所述升降柱1分别设置于所述深水网箱托举平台2的侧面，且所述升降柱1朝向所述深水网箱托举平台2的一侧设置有导向轨11，所述深水网箱托举平台2与所述导向轨11对应的位置设置有导向条，所述导向条沿所述深水网箱托举平台2的高度方向延伸，所述导向条安装于所述导向轨11中，且所述导向条与所述导向轨11的接触表面设置有橡胶垫；

至少两个气缸3，所述气缸3与所述升降柱1一一对应，且所述气缸3安装于所述升降柱1的顶部，所述气缸3的活塞杆顶部与所述深水网箱托举平台2固定连接，由所述气缸3驱动所述深水网箱托举平台2沿所述导向轨11上下运动，所述气缸3分别由一电磁阀控制器控制启动和关闭；

至少两个一级控制器5，所述一级控制器5与所述升降柱1一一对应，所述一级控制器5安装于所述升降柱1的顶端，且所述一级控制器5与所述电磁阀控制器相连接；

二级控制器，所述二级控制器与各个所述一级控制器5进行无线通信，所述二级控制器同时向所有一级控制器5发送深水网箱托举平台2上升或降落信号，所述一级控制器5根据所述二级控制器的控制信号控制所述气缸3的启动和关闭。所述二级控制器可以安装在其中一个升降柱1上，也可以安装在其他位置。二级控制器可以控制一个深水网箱的升降控制系统中的所有一级控制器5，也可以控制很多个深水网箱的升降控制系统中的所有一级控制器5。

本发明的深水网箱的智能升降控制系统通过升降柱的导向作用和深水网箱托举平台的托举作用保障深水网箱升降过程中的平衡，气缸和控制器设置在水面上，对气缸和控制器等部件的防水等级要求可以降低。

在该实施例中，所述二级控制器包括风浪预测模块，所述风浪预测模块用于从云端服务器获取风浪预报，根据预设的风浪等级评定条件，确定未来预设各个时间段内的风浪等级，如果一时间段内的风浪等级大于预设等级阈值，则于该时间段之前向所述一级控制器5发送降落信号，且于该时间段后风浪等级小于预设等级阈值时，向所述一级控制器5发送上升信号。风浪等级评定条件可以根据需要进行设定，例如，风浪等级评定条件可以为每个等级所对应的风速范围、波浪高度范围等，根据云端服务器的风浪预报数据，判断哪个等级的风浪等级评定条件。

如图1和图2所示，在该实施例中，所述深水网箱的智能升降控制系统还包括：

至少两个摄像头4，所述摄像头4与所述升降柱1一一对应，所述摄像头4安装于所述升降柱1的顶部，所述摄像头4用于采集所述深水网箱的表面图像并将所述表面图像发送至所述一级控制器5，所述一级控制器5将所述深水网箱的表面图像和所述摄像头4的编号发送至所述二级控制器，所述二级控制器存储有各个所述摄像头4的编号和所述摄像头4的位置的映射关系。进一步地，所述二级控制器中还存储有所述深水网箱在最高位置时，各个所述摄像头4采集的标准图像。

所述托举平台2由水下上升至最高位置时，所述二级控制器获取各个所述摄像头4的采集图像，比较各个所述摄像头4的采集图像与所述二级控制器存储的各个所述摄像头4的标准图像，计算各个所述摄像头4的采集图像与标准图像的尺寸偏差和角度偏差，如果尺寸偏差和角度偏差均大于预设阈值，则确定所述深水网箱未达到标准位置，根据各个所述摄像头4的采集图像与标准图像的比对结果向所述一级控制器5发送调整信号；

各个所述摄像头4的采集图像与标准图像的尺寸偏差和角度偏差均小于预设阈值时，所述二级控制器判断所述深水网箱已达到标准位置。

因此，本发明通过深水网箱升至最高位置后的图像比对，确保深水网箱的位置平衡性，避免因为多个气缸驱动引起不同位置升降高度不平衡。

如图3所示，摄像头4采集的图像往往是一个椭圆形的深水网箱的表面，选择椭圆形的最长半径作为判断基准。当采集图像72的基准半径r1和标准图像71的基准半径r2之间的差值大于第一阈值，且基准半径r1和基准半径r2之间的角度a大于第二阈值时，则说明该摄像头4所对应的气缸3对深水网箱托举平台的控制不准确，如果基准半径r1小于基准半径r2，则需要控制该气缸3继续驱动深水网箱托举平台上升，如果基准半径r1大于基准半径r2，则需要控制该气缸3继续驱动深水网箱托举平台下降，从而调整深水网箱的位置平衡。

考虑到深水网箱在从深处上升至最高位置时，可能会有一些污染物进入或产生一些漂浮泡沫。因此，在该实施例中，所述深水网箱的智能升降控制系统还包括至少两个表面清理机构6，所述表面清理机构6与所述升降柱1一一对应，所述表面清理机构6安装于所述升降柱1的顶端。

所述二级控制器根据图像比对判断所述深水网箱已达到标准位置之后，所述二级控制器将所述摄像头4的采集图像发送至工作人员的终端，从工作人员的终端获取待清理物在所述采集图像中的位置，根据所述待清理物在所述采集图像中的位置确定待清理物在大地坐标系中的坐标。如图4所示，图中圆圈73处即为工作人员进行的待清理物的标记。

所述二级控制器根据所述待清理物在大地坐标系中的坐标，控制所述表面清理机构6，使得所述表面清理机构6对所述待清理物进行清理。

在该实施例中，所述表面清理机构6包括吸附结构和机械臂61，所述吸附结构安装于所述机械臂61的前端，所述机械臂61的末端安装于所述升降柱1的顶端，所述吸附结构包括吸附盘62、离心式风机和驱动电机，所述驱动电机驱动所述离心式风机，使得所述吸附盘62前端产生一定的空气吸力，所述驱动电机和所述机械臂61分别与所述一级控制器5相连接，由所述一级控制器5控制工作。

在该实施例中，所述二级控制器根据所述待清理物在大地坐标系中的坐标确定与所述待清理物距离最近的表面清理机构6，将所述待清理物在大地坐标系中的坐标和清理指令发送至所述表面清理机构6对应的一级控制器5，所述一级控制器5根据所述待清理物在大地坐标系中的坐标和所述表面清理机构6在大地坐标系中的坐标，规划所述机械臂61的前端的运动路线，且控制所述机械臂61运动，使得所述吸附盘62运动至所述待清理物处，控制所述驱动电机运动，以吸附清理所述待清理物。本发明通过坐标转换，可以方便地对机械臂61的运动轨迹进行规划，方便机械臂61精准控制吸附盘62的位置，避免吸附盘62中的吸附作用对深水网箱中养殖的鱼虾造成影响。

在该实施例中，所述一级控制器5还用于根据所述待清理物在大地坐标系中的坐标确定所述待清理物的尺寸，根据所述待清理物的尺寸控制所述离心式风机的风门开启大小，以控制所述吸附盘62的吸附力。

本发明实施例还提供一种深水网箱的智能升降控制方法，采用所述的深水网箱的智能升降控制系统，所述方法包括如下步骤：

所述二级控制器确定需要使得所述深水网箱下降时，将下降指令发送至各个所述一级控制器，所述下降指令包括下降目标高度和下降目标速度；

所述一级控制器接收到所述下降指令后根据所述下降目标高度和下降目标速度控制所述气缸的电磁阀控制器，通过所述气缸的活塞杆控制所述深水网箱托举平台的下降速度，并于下降至下降目标高度时控制所述电磁阀控制器，使得所述气缸的活塞杆停止工作；

所述二级控制器确定需要使得所述深水网箱上升时，将上升指令发送至各个所述一级控制器，所述上升指令包括上升目标高度和上升目标速度；

所述一级控制器接收到所述上升指令后根据所述上升目标高度和上升目标速度控制所述气缸的电磁阀控制器，通过所述气缸的活塞杆控制所述深水网箱托举平台的上升速度，并于上升至上升目标高度时控制所述电磁阀控制器，使得所述气缸的活塞杆停止工作。

本发明的深水网箱的智能升降控制方法通过升降柱的导向作用和深水网箱托举平台的托举作用保障深水网箱升降过程中的平衡，气缸和控制器设置在水面上，对气缸和控制器等部件的防水等级要求可以降低。

进一步地，为了保持深水网箱的升降平衡和对深水网箱的升降平衡进行检测和调整，所述智能升降控制方法还包括如下步骤：

所述深水网箱托举平台由水下上升至最高位置时，所述二级控制器获取各个所述摄像头的采集图像，比较各个所述摄像头的采集图像与所述二级控制器存储的各个所述摄像头的标准图像，计算各个所述摄像头的采集图像与标准图像的尺寸偏差和角度偏差，如果尺寸偏差和角度偏差均大于预设阈值，则确定所述深水网箱未达到标准位置，根据各个所述摄像头的采集图像与标准图像的比对结果向所述一级控制器发送调整信号；

各个所述摄像头的采集图像与标准图像的尺寸偏差和角度偏差均小于预设阈值时，所述二级控制器判断所述深水网箱已达到标准位置。

因此，本发明通过深水网箱升至最高位置后的图像比对，确保深水网箱的位置平衡性，避免因为多个气缸驱动引起不同位置升降高度不平衡。

进一步地，与上述深水网箱的智能升降控制系统类似地，所述深水网箱升至标准位置时，可以将所述摄像头的采集图像发送至工作人员的终端，从工作人员的终端获取待清理物在所述采集图像中的位置，根据所述待清理物在所述采集图像中的位置确定待清理物在大地坐标系中的坐标。所述二级控制器根据所述待清理物在大地坐标系中的坐标，控制所述表面清理机构中的机械臂，使得所述机械臂带动所述吸附盘来到指定位置，以对所述待清理物进行清理。

综上所述，本发明通过升降柱的导向作用和深水网箱托举平台的托举作用保障深水网箱升降过程中的平衡，气缸和控制器设置在水面上，对气缸和控制器等部件的防水等级要求可以降低；进一步地，本发明通过深水网箱升至最高位置后的图像比对，确保深水网箱的位置平衡性，避免因为多个气缸驱动引起不同位置升降高度不平衡。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。