一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇及其设计方法

摘要

本发明公开了一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，包括无人艇体刚柔复合鳍结构，操推及控制系统，自主抛投系统，喷洒系统及水质监测系统。无人艇体由两个完全相同的艇体由箱型结构连接桥连接在一起以及箱型结构上方两个T形机翼组成，两个T形机翼均由立柱与箱型结构连接桥连接，该无人艇体的两个艇体的外侧设置有三对刚柔复合鳍，内侧设置一对刚柔复合鳍；无人艇体的箱型结构连接桥上方布置有自主抛投系统和喷洒系统，可对养殖区域进行准确的抛食及对养殖环境的保护。本发明充分利用双体船的稳性、适航性好、甲板布置面积大的优点，自主投食时，可平稳、灵活、快速地到达养殖区域，根据不同需求定时定量开展投食作业，实现水产质量最优化。

权利要求

1.一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，其特征在于：包括无人艇体（1）、刚柔复

合鳍结构（2）、操推机构、控制系统（3）、自主抛投系统（4）、喷洒系统（5）以及水质监测系统（6），无人艇体（1）的相对两侧的下部分别间隔安装有多个刚柔复合鳍结构（2），操推机构在无人艇体（1）相对两侧的尾部分别安装有一个，自主抛投系统（4）安装于无人艇体（1）顶部并靠近其首端，喷洒系统（5）安装于无人艇体（1）顶部并靠近其尾端，控制系统（3）、水质监测系统（6）分别安装于无人艇体（1）上，刚柔复合鳍结构（2）、操推机构、喷洒系统（5）分别与控制系统（3）信号连接；

无人艇体（1）包括艇体本体（1‑1）、连接甲板（1‑2）、T形机翼一（1‑3）、T形机翼二（1‑4）、第一立柱（1‑5）、第二立柱（1‑6），艇体本体（1‑1）平行间隔设有两个，连接甲板（1‑2）设置于两个艇体本体（1‑1）之间并分别与两者的上部连接，T形机翼一（1‑3）通过第一立柱（1‑5）安装于连接甲板（1‑2）上并靠近其首部，T形机翼二（1‑4）通过第二立柱（1‑6）安装于连接甲板（1‑2）上并靠近其尾部，自主抛投系统（4）设置于T形机翼一（1‑3）上，第一立柱（1‑5）内设有升降机构一（1‑51），升降机构一（1‑51）穿设于T形机翼一（1‑3）并与自主抛投系统（4）连接，第二立柱（1‑6）内设有升降机构二（1‑61），升降机构二（1‑61）穿设于T形机翼二（1‑4）并与喷洒系统（5）连接，两个艇体本体（1‑1）的外侧面上分别沿其长度方向安装有多个刚柔复合鳍结构（2），内侧面的中部安装有一个刚柔复合鳍结构（2），操推机构安装于艇体本体（1‑1）的尾部，水质监测系统（6）安装于连接甲板（1‑2）内；

无人艇体（1）总长为21～46m，长宽比为1.5～3.2，设计航速为13～18kn，艇体本体（1‑

1）的外侧壁面为垂直面，连接甲板（1‑2）为外轮廓呈流线型的箱型结构并关于纵剖面线对称，连接甲板（1‑2）与艇体本体（1‑1）通过刚性连接固定，T形机翼二（1‑4）的几何尺寸为T形机翼一（1‑3）的1.5～2倍，第一立柱（1‑5）长度为无人艇体（1）总长的1/7～1/6倍，宽为其自身长度的1/3～1/2倍，高度为其自身长度的1.5～2倍，第二立柱（1‑6）长度为无人艇体（1）总长的1/8～1/6倍，宽为其自身长度的1/4～1/3倍，高度为其自身长度的2～3倍；

刚柔复合鳍结构（2）包括水平翼（2‑1）、刚性翼（2‑2）、薄片（2‑3）、柔性翼（2‑4），水平翼（2‑1）的一侧面固定于无人艇体（1）上，刚性翼（2‑2）与水平翼（2‑1）的相对另一侧面的上部固定，柔性翼（2‑4）通过薄片（2‑3）安装于刚性翼（2‑2）的尾部，薄片（2‑3）为半钢半柔型，钢性部分与刚性翼（2‑2）连接，柔性部分与柔性翼（2‑4）连接，三者构成刚柔复合鳍，刚柔复合鳍结构（2）设置于无人艇体（1）的两侧的吃水线以下；水平翼（2‑1）纵剖面方向为对称翼型，弦长为刚性翼（2‑2）弦长的0.4～0.5倍，高度为无人艇体（1）长度的6～10%，刚柔复合鳍水平剖面方向和纵剖面方向均为对称翼型，弦长为无人艇体（1）长度的1/13～1/12；柔性翼（2‑4）长度占刚柔复合鳍的1/4～1/3；

自主抛投系统（4）包括齿轮结构（4‑1）、饲料储存舱（4‑2）、齿轮电机（4‑3）、抛食通道（4‑4），饲料储存舱（4‑2）的底部设有抛食通道（4‑4），齿轮结构（4‑1）设于抛食通道（4‑4）一端口处，齿轮结构（4‑1）包括主动齿轮（4‑11）、齿条（4‑12）、弹簧（4‑13）和弹桶（4‑14），主动齿轮（4‑11）为半齿结构，与齿轮电机（4‑3）连接，弹簧（4‑13）一端固定，另一端和弹桶（4‑

14）连接呈一直线，弹桶（4‑14）的外侧面上固定有齿条（4‑12）并与抛食通道（4‑4）呈一水平线，齿条（4‑12）与主动齿轮（4‑11）啮合。

2.根据权利要求1所述的一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，其特征在于：操推

机构包括电机（3‑5）、螺旋桨（3‑6）、传动轴（3‑9），电机（3‑5）安装于无人艇体（1）内并靠近其尾部，传动轴（3‑9）的一端通过联轴器与电机（3‑5）相连接，另一端伸出艇外，螺旋桨（3‑

6）与传动轴（3‑9）的伸出端连接，电机（3‑5）与控制系统（3）信号连接。

3.根据权利要求1所述的一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，其特征在于：控制

系统（3）包括控制器（3‑1）、能源舱（3‑2）、毫米波雷达（3‑3）、声波测距仪（3‑4）、吊舱（3‑7）、摄像头（3‑8）、太阳能板（3‑10），控制器（3‑1）、能源舱（3‑2）、太阳能板（3‑10）均布置于无人艇体（1）上部的中心处，毫米波雷达（3‑3）安装于无人艇体（1）首端上部的中心处，声波测距仪（3‑4）在无人艇体（1）的周向间隔安装有多个，摄像头（3‑8）在无人艇体（1）上部的首尾处分别设有一个，吊舱（3‑7）安装于无人艇体（1）的前端，太阳能板（3‑10）与能源舱（3‑2）连接，操推机构通过能源舱（3‑2）与控制器（3‑1）连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，其特征在于：喷洒

系统（5）包括喷头（5‑1）、输液管道（5‑2）、液体储存室（5‑3）及加压装置（5‑4），输液管道（5‑

2）的一端通过加压装置（5‑4）与液体储存室（5‑3）连通，另一端安装喷头（5‑1），喷头（5‑1）为莲蓬状结构，其靠外的二分之一面上设有多个喷洒孔（5‑5）。

5.根据权利要求1所述的一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，其特征在于：水质

监测系统（6）包括PH传感器、浊度传感器（6‑1）、溶解氧传感器、氨氮传感器（6‑2），均安装于无人艇体（1）内。

说明书

一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇及其设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种双体无人艇，尤其是涉及一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇及其设计方法。

背景技术

[0002] 近年来，政府倡导将科学技术应用到农业生产中，这一举措引起了很大的反响，促使大批研究人员投入到农业科技建设中。水产养殖在农业生产中占有很大的比重，其中在水产养殖过程中充当着重要角色的是人，经常需要通过繁重的体力劳动来确定养殖过程不出差错，而将无人艇应用在水产养殖中，根据不同需要赋予其不同的功能，可以有效降低养殖人员的工作强度，提高养殖效益。

[0003] 但是，现有的养殖无人船功能比较单一，只能代替人工进行饲料投喂，而且投料方式也都基本是平铺式随机投放，并没有考虑区域养殖物的密度。而且目前无人艇作业自动化程度不高，对养殖人员自身操作熟练性的要求较高。此外，在海上多区域养殖时，不能快速到达养殖区域，导致工作时长变长，也会浪费人力物力。因此，设计研发一种综合性强的养殖无人艇是很有必要的。

发明内容

[0004] 发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，减轻人力的负担，克服技术中存在的不足，能够灵活地对需要抛洒的区域进行抛投，对于不同区域的物种进行不同的抛投，高效环保，保护水域环境。并提供了其设计方法。

[0005] 技术方案：一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，包括无人艇体、刚柔复合鳍结构、操推机构、控制系统、自主抛投系统、喷洒系统以及水质监测系统，无人艇体的相对两侧的下部分别间隔安装有多个刚柔复合鳍结构，操推机构在无人艇体相对两侧的尾部分别安装有一个，自主抛投系统安装于无人艇体顶部并靠近其首端，喷洒系统安装于无人艇体顶部并靠近其尾端，控制系统、水质监测系统分别安装于无人艇体上，刚柔复合鳍结构、操推机构、喷洒系统分别与控制系统信号连接。

[0006] 进一步的，无人艇体包括艇体本体、连接甲板、T形机翼一、T形机翼二、第一立柱、第二立柱，艇体本体平行间隔设有两个，连接甲板设置于两个艇体本体之间并分别与两者的上部连接，T形机翼一通过第一立柱安装于连接甲板上并靠近其首部，T形机翼二通过第二立柱安装于连接甲板上并靠近其尾部，自主抛投系统设置于T形机翼一上，第一立柱内设有升降机构一，升降机构一穿设于T形机翼一并与自主抛投系统连接，第二立柱内设有升降机构二，升降机构二穿设于T形机翼二并与喷洒系统连接，两个艇体本体的外侧面上分别沿其长度方向讲个安装有多个刚柔复合鳍结构，内侧面的中部安装有一个刚柔复合鳍结构，操推机构安装于艇体本体的尾部，水质监测系统安装于连接甲板内。

[0007] 最佳的，无人艇体总长为21～46m，长宽比为1.5～3.2，设计航速为13～18kn，艇体本体的外侧壁面为垂直面，连接甲板为外轮廓呈流线型的箱型结构并关于纵剖面线对称，连接甲板与艇体本体通过刚性连接固定，T形机翼二的几何尺寸为T形机翼一的1.5～2倍，第一立柱长度为无人艇体总长的1/7～1/6倍，宽为其自身长度的1/3～1/2倍，高度为其自身长度的1.5～2倍，第二立柱长度为无人艇体总长的1/8～1/6倍，宽为其自身长度的1/4～1/3倍，高度为其自身长度的2～3倍。

[0008] 进一步的，刚柔复合鳍结构包括水平翼、刚性翼、薄片、柔性翼，水平翼的一侧面固定于无人艇体上，刚性翼与水平翼的相对另一侧面的上部固定，柔性翼通过薄片安装于刚性翼的尾部，薄片为半钢半柔型，钢性部分与刚性翼连接，柔性部分与柔性翼连接，三者构成刚柔复合鳍，刚柔复合鳍结构设置于无人艇体的两侧的吃水线以下；水平翼纵剖面方向为对称翼型，弦长为刚性翼弦长的0.4～0.5倍，高度为无人艇体长度的6～10％，刚柔复合鳍水平剖面方向和纵剖面方向均为对称翼型，弦长为无人艇体长度的1/13～1/12；柔性翼长度占刚柔复合鳍的1/4～1/3。

[0009] 进一步的，操推机构包括电机、螺旋桨、传动轴，电机安装于无人艇体内并靠近其尾部，传动轴的一端通过联轴器与电机相连接，另一端伸出艇外，螺旋桨与传动轴的伸出端连接，电机与控制系统信号连接。

[0010] 进一步的，控制系统包括控制器、能源舱、毫米波雷达、声波测距仪、吊舱、摄像头、太阳能板，控制器、能源舱、太阳能板均布置于无人艇体上部的中心处，毫米波雷达安装于无人艇体首端上部的中心处，声波测距仪在无人艇体的周向间隔安装有多个，摄像头在无人艇体上部的首尾处分别设有一个，吊舱安装于于无人艇体的前端，太阳能板与能源舱连接，操推机构通过能源舱与控制器连接。

[0011] 进一步的，自主抛投系统包括齿轮结构、饲料储存舱、齿轮电机、抛食通道，饲料储存舱的底部设有抛食通道，齿轮结构设于抛食通道一端口处，齿轮结构包括主动齿轮、齿条、弹簧和弹桶，主动齿轮为半齿结构，与齿轮电机连接，弹簧一端固定，另一端和弹桶连接呈一直线，弹桶的外侧面上固定有齿条并与抛食通道呈一水平线，齿条与主动齿轮啮合。

[0012] 最佳的，喷洒系统包括喷头、输液管道、液体储存室及加压装置，输液管道的一端通过加压装置与液体储存室连通，另一端安装喷头，喷头为莲蓬状结构，其靠外的二分之一面上设有多个喷洒孔。

[0013] 最佳的，水质监测系统包括PH传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器，均安装于无人艇体内。

[0014] 一种如上述的具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇的设计方法，包括以下步骤：

[0015] 步骤一：设计变量；

[0016] 设计变量包括螺旋桨直径DP和转速N、盘面比Ae/Ao、螺距比PDP、设计水线总宽B1,上建的顶层与底层长度比值βL1、上建的底层与船长的比值βL2、上建宽度与船宽的比值βBa、吃水与型深比值d/D2、设计航速V、吃水d、重心垂向位置与型深比值δZD、片体横向间距b、顶层上建的高度H1,底层上建的高度H2，主、片体的方形系数CB、菱形系数CP、设计水线面系数CWP、浮心纵向位置Lcb、排水量Dm、湿面积S、船长L以及型宽B、水平翼面积S1、刚柔复合鳍弦长L2、鳍面积S2。

[0017] 步骤二：总目标函数确定；

[0018] 采用多目标优化设计对无人双体船进行优化，深度的考量了双体无人艇的快速性和操纵性，通过幂指数的乘积组合将这些子目标函数变成总目标函数，公式如下：

[0019] D(x)＝W1(x)α1*W2(x)α2；

[0020] 其中，中α1代表快速性的权重；α2代表操纵性的权重；

[0021] 步骤三：构建优化的子目标函数；

[0022] 通过海军系数用于估计船舶主机的功率和航行速度，或比较同类型船舶的快速性系数，参阅海军系数的公式，选择快速性参考系数，表达式如下；

[0023]

[0024] 其中，PS表示主机功率(马力)，V表示航速(kn)，Δ表示排水量(t)；船舶的操纵性主要包括航向稳定性、回转性以及追随性和停船性能，只考虑航向稳定性，方程如下：

[0025] W2(x)＝C′＝Yν'Nr'‑Nv'(Yr'‑m')；

[0026]

[0027] Yv′＝‑π(1+0.4CboBo/T)(T/L)2；

[0028] Yr′＝‑π(‑0.5+2.2Bo/L‑0.08Bo/T)(T/L)2；

[0029] Nv′＝‑π(0.5+2.4T/L)(T/L)2；

[0030] Nr′＝‑π(0.25+0.039Bo/T‑0.56Bo/L)(T/L)2；

[0031] 其中，C为稳定性衡准数，Yv′、Yr′、Nv′、Nr′为无因次速度流体动力导数，m′为无因次船体质量，Cbo为双体船的方形系数；

[0032] 步骤四：设置约束条件；

[0033] 约束条件主要包括：静水浮性约束；推力平衡约束；转矩平衡约束；螺旋桨要满足空泡要求；按照船舶的稳性规范，正浮初稳性高要大于0.3米；上建的总高度需比翻转后的吃水要大；用遗传算法进行了综合优化计算，得出一组最佳优化结果，即为双体无人艇的尺度及各部分几何形状。

[0034] 有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：充分利用双体船的稳性好、适航性佳、甲板布置面积大的优点，自主抛食时，可以灵活地对需要抛洒的区域进行抛投，对于不同区域的物种进行不同的抛投；高效环保，并且有药物喷洒功能，对水域环境可以进行保护。本发明带有刚柔复合鳍，该结构能有效减少无人艇行驶过程中的兴波阻力，减缓横纵摇运动以及深沉运动，还能给无人艇提供一个附加推力，该附加推力完全可以将其自身阻力抵消且还有富余。本发明是在无人艇技术的基础上进行工作的，不需要人去跟船工作，从而降低了劳动强度和使用成本。本发明在艇体中安装了基于STM32的嵌入式控制器，以控制器为基础，自主设计了自主抛食系统、自主识别系统以及喷洒系统，通过编程可实现无人艇的自主巡航和对自主抛食系统、自主识别系统以及喷洒系统和水质监测系统的自动控制，实现养殖目的。

附图说明

[0035] 图1是本发明的俯视结构示意图；

[0036] 图2是本发明的侧视结构示意图；

[0037] 图3是本发明的主视结构示意图；

[0038] 图4是自主抛食系统的结构示意图；

[0039] 图5是齿轮结构的结构示意图；

[0040] 图6是图5的B‑B剖视放大图；

[0041] 图7是刚柔复合鳍的结构示意图；

[0042] 图8是喷洒系统的结构示意图。

具体实施方式

[0043] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

[0044] 一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，如图1～8所示，包括无人艇体1、刚柔复合鳍结构2、操推机构、控制系统3、自主抛投系统4、喷洒系统5以及水质监测系统6。控制系统3、水质监测系统6分别安装于无人艇体1上，刚柔复合鳍结构2、操推机构、喷洒系统5分别与控制系统3信号连接。

[0045] 无人艇体1包括两个细长的艇体本体1‑1以及连接甲板1‑2、T形机翼一1‑3、T形机翼二1‑4、第一立柱1‑5、第二立柱1‑6，其总长为21～46m，长宽比为1.5～3.2，设计航速为13～18kn。

[0046] 艇体本体1‑1平行间隔设有两个，连接甲板1‑2设置于两个艇体本体1‑1之间并分别与两者的上部连接，T形机翼一1‑3通过第一立柱1‑5安装于连接甲板1‑2上并靠近其首部，T形机翼二1‑4通过第二立柱1‑6安装于连接甲板1‑2上并靠近其尾部，自主抛投系统4设置于T形机翼一1‑3上，第一立柱1‑5内设有升降机构一1‑51，升降机构一1‑51穿设于T形机翼一1‑3并与自主抛投系统4连接，第二立柱1‑6内设有升降机构二1‑61，升降机构二1‑61穿设于T形机翼二1‑4并与喷洒系统5连接，两个艇体本体1‑1的外侧面上分别沿其长度方向讲个安装有多个刚柔复合鳍结构2，内侧面的中部安装有一个刚柔复合鳍结构2，操推机构安装于艇体本体1‑1的尾部，水质监测系统6安装于连接甲板1‑2内。

[0047] 艇体本体1‑1类似于细长高速船的一半的结构，在左右方向属于反方向布置的，使得外侧壁面是垂直的，其横剖面从艏部至舯部是由近似深半V形平缓过渡到近似半V形，从舯部至艉部(倒数第三站位)是由近似半V形平缓过渡到近似较深半V形，从艉部(倒数第三站位)至后艉部是由近似较深半V形平缓过渡到近似深V形再平缓过渡到近似极深V形，该结构使得外侧垂直壁面的压阻力几乎为零。艇体本体1‑1和中间的箱型结构连接甲板1‑2通过刚性连接相连接固定，连接甲板1‑2设计成流线型结构，从水平剖面看过去是一个对称翼型的形状，关于纵剖面线对称，从而降低空气阻力的影响，和船体采用刚性连接。T形机翼二1‑4的几何尺寸为T形机翼一1‑3的1.5～2倍，T形机翼一1‑3、T形机翼二1‑4使得船在高速航行时候能减小阻力，第一立柱1‑5长度为无人艇体1总长的1/7～1/6倍，宽为其自身长度的1/3～1/2倍，高度为其自身长度的1.5～2倍，第二立柱1‑6长度为无人艇体1总长的1/8～1/6倍，宽为其自身长度的1/4～1/3倍，高度为其自身长度的2～3倍。第一立柱1‑5、第二立柱1‑
6的水平剖面方向是细长对称翼型结构。

[0048] 刚柔复合鳍结构2包括水平翼2‑1、刚性翼2‑2、薄片2‑3、柔性翼2‑4，水平翼2‑1的一侧面固定于无人艇体1上，刚性翼2‑2与水平翼2‑1的相对另一侧面的上部固定，柔性翼2‑4通过薄片2‑3安装于刚性翼2‑2的尾部，薄片2‑3为半钢半柔型，钢性部分与刚性翼2‑2连接，柔性部分与柔性翼2‑4连接，三者构成刚柔复合鳍，刚柔复合鳍结构2设置于无人艇体1的两侧的吃水线以下；水平翼2‑1纵剖面方向为对称翼型，弦长为刚性翼2‑2弦长的0.4～
0.5倍，高度为无人艇体1长度的6～10％，刚柔复合鳍水平剖面方向和纵剖面方向均为对称翼型，弦长为无人艇体1长度的1/13～1/12；柔性翼2‑4长度占刚柔复合鳍的1/4～1/3。

[0049] 水平翼2‑1安装在两艇体本体1‑1内外两侧，外侧分别置于两艇体本体1‑1的首部距前端1/5‑1/4艇长位置与尾部距尾端1/13‑1/12艇长位置以及两者中心位置，而内侧在中心的位置上布置一个，高度均在该无人艇吃水线下三分之一到四分之一的位置上，内外侧高度一致。刚性翼2‑2弦长为0.5～1m，可调节角度的柔性翼2‑4中的柔性翼面占其总面积的1/3～1/2。安装于该无人艇吃水线下三分之一到四分之一的位置上。其中可调节角度的柔性翼2‑4越往尾部的柔性越好，在风浪中行使产生的变形最大可达30°，进而起到降低纵摇的效果。同时由于其自身柔性的特点，其柔性翼面会在波浪中来回摆动，该结构能有效减少无人艇行驶过程中的兴波阻力，减缓横纵摇运动以及深沉运动，还能给无人艇提供一个附加推力。而且该结构无需消耗能量，非常节能环保。

[0050] 操推机构包括电机3‑5、螺旋桨3‑6、传动轴3‑9，电机3‑5安装于无人艇体1内并靠近其尾部，传动轴3‑9的一端通过联轴器与电机3‑5相连接，另一端伸出艇外，螺旋桨3‑6与传动轴3‑9的伸出端连接，电机3‑5与控制系统3信号连接。

[0051] 控制系统3包括控制器3‑1、能源舱3‑2、毫米波雷达3‑3、声波测距仪3‑4、吊舱3‑7、摄像头3‑8、太阳能板3‑10，控制器3‑1、能源舱3‑2、太阳能板3‑10均布置于无人艇体1上部的中心处，毫米波雷达3‑3安装于无人艇体1首端上部的中心处，声波测距仪3‑4在无人艇体1的周向间隔安装有多个，摄像头3‑8在无人艇体1上部的首尾处分别设有一个，吊舱3‑7安装于于无人艇体1的前端，太阳能板3‑10与能源舱3‑2连接，操推机构通过能源舱3‑2与控制器3‑1连接。

[0052] 整个无人艇的通讯以及控制通过艇上的基站和陆上控制站提供，艇上各部分的运作均通过指令传S输给控制器3‑1进行反应作用，控制器3‑1为STM32控制器。

[0053] 吊舱3‑7包括齿轮传动箱3‑71、桨3‑72和电机箱3‑73，电机箱3‑73提供动力，动力通过传动轴传到传动箱3‑71，然后动力输出到桨3‑72，使桨3‑72转动。吊舱3‑7和控制系统相连接，控制系统作用下，控制吊舱改变航向，以顺利完成巡航路线。

[0054] 电机3‑5接入能源舱3‑2，能源舱3‑2接入到控制器3‑1，通过控制器，可实现左右螺旋桨的差速转动，从而实现无人艇的转弯和原地回转，增强其在小面积水域的机动性。

[0055] 自主抛投系统4包括齿轮结构4‑1、饲料储存舱4‑2、齿轮电机4‑3、抛食通道4‑4，饲料储存舱4‑2的底部设有抛食通道4‑4，齿轮结构4‑1设于抛食通道4‑4一端口处，齿轮结构4‑1包括主动齿轮4‑11、齿条4‑12、弹簧4‑13和弹桶4‑14，主动齿轮4‑11为半齿结构，与齿轮电机4‑3连接，弹簧4‑13一端固定，另一端和弹桶4‑14连接呈一直线，弹桶4‑14的外侧面上固定有齿条4‑12并与抛食通道4‑4呈一水平线，齿条4‑12与主动齿轮4‑11啮合。

[0056] 通过齿轮电机4‑3使主动齿轮4‑11转动带动齿条4‑12，从而使弹桶4‑14移动，向后压缩弹簧4‑13，进行弹射投食，主动齿轮4‑11是个半齿齿轮，在有齿一侧旋转时，可以带动齿条4‑12，使弹桶4‑14移动从而压缩弹簧，转到无齿一侧时，齿条失去受力，弹簧会失去压力从而将弹桶4‑14弹出，将饵料投射出去，齿轮继续转动又会转到有齿的一侧，以此往复，进行饵料的持续抛投。

[0057] 喷洒系统5包括喷5‑1、输液管道5‑2、液体储存室5‑3及加压装置5‑4，输液管道5‑2的一端通过加压装置5‑4与液体储存室5‑3连通，另一端安装喷头5‑1，喷头5‑1为莲蓬状结构，其靠外的二分之一面上设有多个喷洒孔5‑5。

[0058] 该系统通过摄像头3‑8行驶到指定区域工作，通过加压装置5‑4使液体药物进入输液管道5‑2，最后通过喷洒孔5‑5向四周喷出，达到均匀喷洒的效果。

[0059] 水质监测系统6包括PH传感器、浊度传感器6‑1和溶解氧、氨氮传感器6‑2，均布置在连接甲板内，置于控制器的前端，距连接甲板首部1/5‑1/4艇长的位置。通过该系统监测到的数据传输到基站，基站根据数据判断水质情况，从而通过控制换水泵、增氧机等来调节水质。无人艇在养殖域航行时。无人船搭载的视觉模块和多个传感器会收集各检测点的水质参数并判断是否存在漂浮的死鱼，数据打包后发送到基站云平台，继而实时呈现在用户的应用界面。最终用户可以根据专家系统提供的决策和实际情况，通过云端控制增氧机以及换水泵等设备的开启或关闭，以调节水质。

[0060] 连接甲板1‑2上方中心位置上布置的折叠的太阳能板3‑10，在前往目标区域航行时是折叠起来的，方便更快到达，在工作的时候会通过控制3‑1控制板内的舵机转动使其展开，进行一个绿色能源的供给。第一立柱1‑5、第二立柱1‑6内部设置的升降机构一1‑51、升降机构二1‑61，在高速航行时，分别将自主抛投系统4和喷洒系统5收入立柱以内，使航行时阻力减小，高速航行，减少能源损耗。在工作时，会将其推送至T形机翼一1‑3、T形机翼二1‑4的上方，范围广阔，方便其完成抛投和喷洒作业。

[0061] 对于本发明的一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇的各尺度比及各部分几何形状，本发明采用以下方法进行优化计算。

[0062] (1)设计变量：

[0063] 本发明所选取的设计变量包括螺旋桨直径DP和转速N、盘面比Ae/Ao、螺距比PDP、设计水线总宽B1,上建的顶层与底层长度比值βL1、上建的底层与船长的比值βL2、上建宽度与船宽的比值βBa、吃水与型深比值d/D2、设计航速V、吃水d、重心垂向位置与型深比值δZD、片体横向间距b、顶层上建的高度H1,底层上建的高度H2，主、片体的方形系数CB、菱形系数CP、设计水线面系数CWP、浮心纵向位置Lcb、排水量Dm、湿面积S、船长L以及型宽B、水平翼面积S1、刚柔复合鳍弦长L2、鳍面积S2。

[0064] (2)目标函数确定：

[0065] 本发明采用多目标优化设计对无人双体船进行优化。一般来说，功能越客观，就需要越多的设计目标函数。深度的考量了双体无人艇的快速性和操纵性。因此，通过幂指数的乘积组合将这些子目标函数变成总目标函数。公式如下：

[0066] D(x)＝W1(x)α1*W2(x)α2

[0067] 公式中α1代表快速性的权重；α2代表操纵性的权重；

[0068] (1)快速性基于海军系数构建优化的子目标函数。海军系数用于估计船舶主机的功率和航行速度，或比较同类型船舶的快速性系数。参阅海军系数的公式。选择快速性参考系数，表达式如下；

[0069]

[0070] (2)船舶的操纵性主要包括航向稳定性、回转性以及追随性和停船性能等。在这里，我们只需要考虑航向稳定性。方程如下：

[0071] W2(x)＝C′＝Yν'Nr'‑Nv'(Yr'‑m')

[0072]

[0073] Yv′＝‑π(1+0.4CboBo/T)(T/L)2

[0074] Yr′＝‑π(‑0.5+2.2Bo/L‑0.08Bo/T)(T/L)2

[0075] Nv′＝‑π(0.5+2.4T/L)(T/L)2

[0076] Nr′＝‑π(0.25+0.039Bo/T‑0.56Bo/L)(T/L)2

[0077] C为稳定性衡准数

[0078] 约束条件主要包括：

[0079] 静水浮性约束；

[0080] 推力平衡约束；

[0081] 转矩平衡约束；

[0082] 螺旋桨要满足空泡要求；

[0083] 按照船舶的稳性规范，正浮初稳性高要大于0.3米；

[0084] 上建的总高度需比翻转后的吃水要大；

[0085] 用遗传算法对一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇进行了综合优化计算，得出一组最佳优化结果。即一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇的尺度及各部分几何形状。

[0086] 本发明的工作过程如下：

[0087] 能源舱3‑2给所有的设备供电工作，通过控制器3‑1来输出控制指令，通过控制吊舱3‑7和螺旋桨3‑6来实现无人艇的航行，吊舱3‑7为该艇提供前进的动力和转向的弯矩，而船尾的两个螺旋桨3‑6为该艇提供辅助推进的动力。在前往目的地行驶时，控制器3‑1控制升降结构一1‑51、升降结构二1‑61使自主抛投系统4和喷洒系统5收到立柱内，控制折叠太阳能板内的舵机使其叠放起来，降低阻力，减少能源损耗，快速到达目的地，碰到海浪时，刚柔复合鳍结构中的半钢半柔的薄片2‑3会随着波浪产生变形，柔性翼2‑4部分会随着浪来回摆动，产生相应的攻角，进而起到降低纵摇的效果，并且在摆动的工程中会产生一个附加推力，在不消耗能量的同时既降低了阻力影响又提高了该艇的快速性。

[0088] 无人艇在水面航行时，毫米波雷达3‑3与声波测距仪3‑4实时为该具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇提供避障措施。

[0089] 在无人艇到达工作区域后，控制器3‑1控制升降结构升起，将自主抛投系统4和喷洒系统5升至T形机翼一1‑3、T形机翼二1‑4上方，控制太阳能板内舵机转动使其展开，通过摄像头3‑8寻找到合适地点后，控制器3‑1控制弹射结构内的电机转动带动齿轮结构4‑1转动，使弹簧压缩，转到无齿边时，弹簧失去压力弹出从而将饵料从抛食通道4‑4投射出去，在投料的同时，也控制水质监测系统6工作，包括PH传感器、浊度传感器6‑1和溶解氧、氨氮传感器6‑2，通过将监测到的数据传输到基站，基站根据数据判断水质情况，从而通过控制换水泵、增氧机等来调节水质。在投料完成后，开始启动喷洒系统5，对水质进行净化，通过控制器3‑1控制加压装置5‑4使液体药物进入输液管道5‑2，最后通过喷头5‑1向四周喷出，均匀喷洒于目标养殖域。