随着消费者对虾类产品需求量的日益增加,虾类养殖已成为水产养殖中的重要组成部分。其中,饵料在养殖过程中是最直接的可控成本,如何确保饵料抛洒的均匀性,减少浪费,实现虾塘养殖的智能投喂是虾类养殖过程中亟待解决的关键问题。由于觅食习性的差异,养虾需要全塘投喂,所以养虾饵料泼洒方式有别于养鱼,养鱼可以用固定式投饵机,虾类养殖当前多以人工岸边泼洒或撑船泼洒为主,耗时费力,作业效率不高。随着劳动力资源不断减少,人工费用不断上涨,在水产养殖领域经济效益起伏不定的实际情况下,若不能提前做好相关技术储备和创新,该行业将无法完成柔性转换,阻碍自身的优化升级。上海有近4万亩虾塘,全国有上百万亩[1],具有巨大的市场需求,研发一种高效的智能投喂装置将具有广阔的前景。我国虾类养殖在技术方面已经取得了较大的进步,但是在“精确”养殖还很不足,存在着过分依靠养殖人员的经验问题。饵料投喂方面,由于需要均匀遍洒,主要还是依靠人力进行,劳动力耗费大,效果不能令人满意。目前国内还没有适合于解决虾类养殖过程中饵料投喂问题的装备支撑,而且这些装备还必须满足相对恶劣的现场应用环境,保证高可靠和易用。为解决这一问题,必须选择核心点进行突破,依托信息化、物联网等新技术,对相关装备进行攻关。本文针对虾塘饵料投喂不均、投喂方式落后等问题,研制简单易于操作的智能型虾塘移动式投饵装置。该装置结合滚塑成型、北斗自主导航、自动投饵和太阳能持续供电等技术进行开发,真正实现易操作、高可靠性下的智能化运作,通过自主投喂提高工作效率。本论文的主要研究内容和取得的成果如下:1)提出以双体船为载体,基于北斗自主导航定位和双螺旋桨推进技术的智能型虾塘移动投饵装置的总体设计方案,并对各功能系统进行合理化布局设计。2)采用双体船“一体化”设计的概念,对船体型线和料箱进行优化设计,利用滚塑成型工艺完成双体船和料箱的加工制造。整体装置设计参数为:船长1800mm,型宽1200mm,型高1000mm,片体高350mm,最大吃水深度240mm。完成对整个装置负载结构参数的校核,以及装置重心和浮心的估算。通过装置动力系统设计,确定以2个150W直流电机带动双螺旋桨的驱动方式,完成投饵装置移动功能。3)分别对投饵机下料系统和抛料系统进行结构优化设计。该投饵系统选用偏心抖动的下料方式和转盘高速离心抛洒的抛料方式完成投饵。对偏心抖料系统进行建模,利用铰链四杆机构分析计算出抖料盘的最优振幅区间为1.26~1.68mm;对抛料盘进行运动仿真分析,抛料盘最优折弯角度为12o,借助陆上抛料试验验证优化效果,结果表明,优化后的投饵系统在抛料均匀性和破碎率方面有了明显改善,达到了优化效果。4)完成装置控制系统的设计。对自主导航定位模块进行精度测试,完成北斗自主导航定位模块选型,最终选定定位精度为0.82m的MN110模块。基于北斗导航技术开发回转式路径规划纠偏控制算法、区域自适应投饵控制算法以及航速自适应投饵控制算法,按照装置功能系统的控制需求实现对主控板卡和电机驱动板卡的开发,促使装置依靠指令的自我反馈完成智能投喂。5)采用太阳能板持续充电的方式完成对装置的供电。经计算,决定采用2块最高充电电压为18V,额定功率为180W的单晶硅太阳能板和一组铅酸蓄电池(共120Ah)形成持续供电系统,保证整个装置的正常运行,避免用户频繁进行电力补给所带来的不便,促进无人化操作的实现。6)以上海海锋水产养殖合作社为基地,将自主研发的智能型虾塘移动式投饵装置组装调试后进行虾塘现场试验,以验证装置的可靠性和可行性。试验主要测试4个项目,第一,测试装置的最大航偏量以验证回转式路径纠偏控制算法的实用性和装置的可行性;第二,测试装置在极限运行状态下的性能指标参数,获取包括航行时长、航速、投饵量以及饵料抛洒分布密度等值的适用区间;第三,验证航速自适应投饵控制算法的可行性;第四,验证区域自适应投饵控制算法的可行性。上述试验结果为该装置的推广与应用提供了基本的依据。