CN107856824A - 一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作系统及方法，所述系统包括机器鱼群、无人船和远程控制基站；所述机器鱼群通过线缆与无人船连接，所述无人船通过超高频电磁波与远程控制基站通信；所述机器鱼群包括多条机器鱼，多条机器鱼构成机器鱼群，机器鱼群在无人船以及远程控制基站的协同下，共同进行水下捕捞作业。本发明利用机器学习来识别海底产品，省去了大量的人工成本，提高了经济效益。同时消除了捕捞海底产品时捕捞者所面临的危险，改善了捕捞海底产品者的工作环境。本发明利用机器鱼与无人船的协同工作，代替了传统人工捕捞的工作方式。提高了捕捞海底产品的效率，能够带来更多的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及智能海工机器人、智能协作系统、水下图像识别等领域，特别是一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作系统及方法。
背景技术
在海底产品的传统捕捞方式中，人工捕捞是最主要的捕捞方式，这种方式需要巨大的人力成本、而且水下环境复杂多变，对海底产品捕捞者的生命健康构成了威胁，为提高海底产品的捕捉效率，同时改善捕捞者的工作环境，人们开始采用机器鱼来捕捞海底产品，机器鱼的价值是显而易见的。
很多研究机构对机器鱼展开了研究，但是大多是重视了对鱼游动的仿真和对鱼灵活性的提升。现有的海底产品捕捞机器人都是利用人远程遥控进行识别并抓取海底产品的，这样做消耗了人力去识别有价值的目标。并且现在的机器鱼都是单独行动的，没有统一的协同和管理。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能自主识别、多条机器鱼协同的捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作系统及方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作系统，包括机器鱼群、无人船和远程控制基站；所述机器鱼群通过线缆与无人船连接，所述无人船通过超高频电磁波与远程控制基站通信；所述机器鱼群包括多条机器鱼，多条机器鱼构成机器鱼群，机器鱼群在无人船以及远程控制基站的协同下，共同进行水下捕捞作业；
所述无人船内装有嵌入式系统，所述嵌入式系统用于控制机器鱼的协同以及与机器鱼和远程控制基站的通信。
所述无人船上部装有太阳能发电装置。
所述无人船侧表面装有摩擦纳米发电机装置，所述摩擦纳米发电机装置对波浪能以及海洋能量进行采集。
所述无人船上部装有高频接收发射装置A，用于与远程控制基站进行通信。
所述无人船上部装有可见光摄像头，用于无人船在复杂海面状况下进行人工远程操作，防止发生搁浅和撞击危险。
所述无人船装有定位系统，所述的定位系统为全球定位系统或北斗定位系统。
所述无人船底部装有漏斗形渔网。
所述远程控制基站装有高频接收发射装置B，用于与无人船之间进行通信。
所述无人船与机器鱼之间通过线缆通信。
进一步的，所述线缆用于为机器鱼供电，并实现机器鱼与无人船之间的通信。
所述远程控制基站装有服务器。
进一步地，所述机器鱼内部装备有运动控制处理器；
所述机器鱼前部装备有1080P的防水摄像机。
所述机器鱼头部装备有测量深度的激光雷达。
所述机器鱼内部装有气囊，所述气囊用于控制机器鱼上浮下潜。
所述机器鱼内部装有惯性导航仪，用来确定机器鱼相对无人船的位置。
所述机器鱼头部装有一个抓取器。
进一步地，所述抓取器上有压力传感器。
一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作方法，包括以下步骤：
A、无人船上的高性能嵌入式系统对机器鱼的工作区域进行划分，控制机器鱼群中的机器鱼在相应的区域中进行海底产品的搜索和捕捞；
B、机器鱼利用1080P的防水摄像机进行水下环境的获取，并通过线缆将收集到的水下信息发回无人船；无人船实时的将机器鱼群收集到的图像信息传至远程控制基站，同时将远程控制基站发来的海底产品位置信息传给机器鱼；
C、远程控制基站在接收到机器鱼群采集的图像信息后，通过服务器运行深度学习框架Tensorflow对数据进行识别与处理，并将海底产品在摄像头坐标系下的坐标标记出来，然后再通过无人船将海底产品坐标信息传回机器鱼；
D、机器鱼通过无人船接收远程控制基站的海底产品坐标信息，在运动控制处理器的控制下捕捞海底产品；具体捕捞方法如下：机器鱼的抓取器通过模拟鱼嘴的开闭抓取海底产品；抓取时，机器鱼的抓取器在压力传感器的反馈下抓取海底产品但是又不损坏海底产品；抓取后，机器鱼航行到无人船处，将海底产品送入无人船底部漏斗形渔网中；机器鱼开始下一次捕捞。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明利用机器学习来识别海底产品，省去了大量的人工成本，提高了经济效益。同时消除了捕捞海底产品时捕捞者所面临的危险，改善了捕捞海底产品者的工作环境。
2、本发明利用机器鱼与无人船的协同工作，代替了传统人工捕捞的工作方式。提高了捕捞海底产品的效率，能够带来更多的经济效益。
3、本发明可以将海底产品的位置数据可以收集起来，经过分析以后可以得到当地各类海底产品的分布情况，从而对捕捉量进行有效的管理，以促进当地海洋资源的可持续发展。
附图说明
图1是本发明中捕捞海底产品的机器鱼群与无人船协作系统组成图。
图2是本发明中无人船主视图。
图3是本发明中无人船俯视图。
图4是本发明中无人船漏斗形渔网示意图。
图5是本发明中机器鱼示意图。
图6是本发明中捕捞海底产品的机器鱼群与无人船协作系统的控制信号传输图。
图中：1、工作区域；2、机器鱼；3、线缆；4、无人船；5、高频接收发射装置A；6、服务器；7、可见光摄像头；8、高频接收发射装置B；9、定位系统；10、太阳能发电装置；11、漏斗形渔网；12、船体；13、漏斗形渔网入口；14、防水摄像机；15、抓取器；16、压力传感器；17、惯性导航仪；18、机器鱼鱼鳍；19、机器鱼鱼尾；20、气囊；21、运动控制处理器；22、激光雷达。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。
如图1-6所示，一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作系统，包括机器鱼群、无人船4和远程控制基站；所述机器鱼群通过线缆3与无人船4连接，所述无人船4通过超高频电磁波与远程控制基站通信；所述机器鱼群包括多条机器鱼2，多条机器鱼2构成机器鱼群，机器鱼群在无人船4以及远程控制基站的协同下，共同进行水下捕捞作业；
所述无人船4内装有嵌入式系统，所述嵌入式系统用于控制机器鱼2的协同以及与机器鱼2和远程控制基站的通信。
所述无人船4上部装有太阳能发电装置10。
所述无人船4侧表面装有摩擦纳米发电机装置，所述摩擦纳米发电机装置对波浪能以及海洋能量进行采集。
所述无人船上部装有高频接收发射装置A8，用于与远程控制基站进行通信。
所述无人船4上部装有可见光摄像头7，用于无人船4在复杂海面状况下进行人工远程操作，防止发生搁浅和撞击危险。
所述无人船4装有定位系统9，所述的定位系统9为全球定位系统或北斗定位系统。
所述无人船4底部装有漏斗形渔网11。
所述远程控制基站装有高频接收发射装置B5，用于与无人船4之间进行通信。
所述无人船4与机器鱼2之间通过线缆3通信。
进一步的，所述线缆3用于为机器鱼2供电，并实现机器鱼2与无人船4之间的通信。
进一步地，所述远程控制基站装有服务器6。
进一步地，所述机器鱼2内部装备有运动控制处理器21；所述机器鱼2前部装备有1080P的防水摄像机14。所述机器鱼2头部装备有测量深度的激光雷达22。所述机器鱼2内部装有气囊20，所述气囊20用于控制机器鱼2上浮下潜。所述机器鱼2内部装有惯性导航仪17，用来确定机器鱼2相对无人船4的位置。所述机器鱼2头部装有一个抓取器15。
进一步地，所述抓取器15上有压力传感器16。
一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作方法，包括以下步骤：
C、无人船4上的高性能嵌入式系统对机器鱼2的工作区域1进行划分，控制机器鱼群中的机器鱼2在相应的区域中进行海底产品的搜索和捕捞；
D、机器鱼2利用1080P的防水摄像机14进行水下环境的获取，并通过线缆3将收集到的水下信息发回无人船4；无人船4实时的将机器鱼群收集到的图像信息传至远程控制基站，同时将远程控制基站发来的海底产品位置信息传给机器鱼2；
C、远程控制基站在接收到机器鱼群采集的图像信息后，通过服务器6运行深度学习框架Tensorflow对数据进行识别与处理，并将海底产品在摄像头坐标系下的坐标标记出来，然后再通过无人船4将海底产品坐标信息传回机器鱼2；
D、机器鱼2通过无人船4接收远程控制基站的海底产品坐标信息，在运动控制处理器21的控制下捕捞海底产品；具体捕捞方法如下：机器鱼2的抓取器15通过模拟鱼嘴的开闭抓取海底产品；抓取时，机器鱼2的抓取器15在压力传感器16的反馈下抓取海底产品但是又不损坏海底产品；抓取后，机器鱼2航行到无人船4处，将海底产品送入无人船4底部漏斗形渔网11中；机器鱼2开始下一次捕捞。
下面对实施例进行进一步地说明：
图2-3中的定位系统9为无人船4以及机器鱼群提供定位。无人船船体12上表面的太阳能发电装置10，有效的提升了无人船4和机器鱼2的续航能力。
图4是无人船4底部漏斗形渔网11，所述漏斗形渔网11呈漏斗形，前端具有漏斗形渔网入口13。所述漏斗形渔网11能使海底产品被机器鱼2放入其中并保证海底产品不会掉落出来，同时底部的漏斗形渔网11可以使海底产品保持新鲜，防止其在运输的过程中损失。
图5是单条机器鱼2的正视图。机器鱼2上的激光雷达22用于测量深度，能防止鱼在水下与障碍物碰撞。抓取器15用于抓取海底产品；抓取器15上的压力传感器16通过反馈以保持所抓取海底产品的完整性。1080P的防水摄像机14用于进行水下环境图像的获取。机器鱼鱼鳍18，用来保持鱼在水下游动的平衡。机器鱼鱼尾19用来保持平衡以及推动机器鱼2前进。气囊20，用于控制机器鱼2的上浮下潜。
图6是本发明的控制信号传输图。机器鱼将海底所收集到的图像信息通过线缆3传输给无人船4，无人船4起到中转发送作用，利用超高频与远程控制基站5进行通讯，远程控制基站5将机器鱼2所采集的图像信息进行信息处理。信息处理之后，远程控制基站5将处理后的信息通过超高频传送给无人船4，无人船4再将处理后的信息传送给机器鱼2。信号的往返传输以及处理实现了机器鱼2与无人船4之间的控制协同，提升水下协同捕捞的工作效率。此过程实现了机器鱼通过无人船与远程控制基站通讯的功能，解决了水下通讯以及远程通讯的难题。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作系统，其特征在于：包括机器鱼群、无人船(4)和远程控制基站；所述机器鱼群通过线缆(3)与无人船(4)连接，所述无人船(4)通过超高频电磁波与远程控制基站通信；所述机器鱼群包括多条机器鱼(2)，多条机器鱼(2)构成机器鱼群，机器鱼群在无人船(4)以及远程控制基站的协同下，共同进行水下捕捞作业；
所述无人船(4)内装有嵌入式系统，所述嵌入式系统用于控制机器鱼(2)的协同以及与机器鱼(2)和远程控制基站的通信；
所述无人船(4)上部装有太阳能发电装置(10)；
所述无人船(4)侧表面装有摩擦纳米发电机装置，所述摩擦纳米发电机装置对波浪能以及海洋能量进行采集；
所述无人船上部装有高频接收发射装置A(8)，用于与远程控制基站进行通信；
所述无人船(4)上部装有可见光摄像头(7)，用于无人船(4)在复杂海面状况下进行人工远程操作，防止发生搁浅和撞击危险；
所述无人船(4)装有定位系统(9)，所述的定位系统(9)为全球定位系统或北斗定位系统；
所述无人船(4)底部装有漏斗形渔网(11)；
所述远程控制基站装有高频接收发射装置B(5)，用于与无人船(4)之间进行通信；
所述无人船(4)与机器鱼(2)之间通过线缆(3)通信。
2.根据权利要求1所述的一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作系统，其特征在于：所述线缆(3)用于为机器鱼(2)供电，并实现机器鱼(2)与无人船(4)之间的通信。
3.根据权利要求1所述的一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作系统，其特征在于：所述远程控制基站装有服务器(6)。
4.根据权利要求1所述的一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作系统，其特征在于：所述机器鱼(2)内部装备有运动控制处理器(21)；所述机器鱼(2)前部装备有1080P的防水摄像机(14)；所述机器鱼(2)头部装备有测量深度的激光雷达(22)；所述机器鱼(2)内部装有气囊(20)，所述气囊(20)用于控制机器鱼(2)上浮下潜；所述机器鱼(2)内部装有惯性导航仪(17)，用来确定机器鱼(2)相对无人船(4)的位置；所述机器鱼(2)头部装有一个抓取器(15)。
5.根据权利要求4所述的一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作系统，其特征在于：所述抓取器(15)上有压力传感器(16)。
6.一种捕捞海底产品的机器鱼群与无人船的协作方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、无人船(4)上的高性能嵌入式系统对机器鱼(2)的工作区域(1)进行划分，控制机器鱼群中的机器鱼(2)在相应的区域中进行海底产品的搜索和捕捞；
B、机器鱼(2)利用1080P的防水摄像机(14)进行水下环境的获取，并通过线缆(3)将收集到的水下信息发回无人船(4)；无人船(4)实时的将机器鱼群收集到的图像信息传至远程控制基站，同时将远程控制基站发来的海底产品位置信息传给机器鱼(2)；
C、远程控制基站在接收到机器鱼群采集的图像信息后，通过服务器(6)运行深度学习框架Tensorflow对数据进行识别与处理，并将海底产品在摄像头坐标系下的坐标标记出来，然后再通过无人船(4)将海底产品坐标信息传回机器鱼(2)；
D、机器鱼(2)通过无人船(4)接收远程控制基站的海底产品坐标信息，在运动控制处理器(21)的控制下捕捞海底产品；具体捕捞方法如下：机器鱼(2)的抓取器(15)通过模拟鱼嘴的开闭抓取海底产品；抓取时，机器鱼(2)的抓取器(15)在压力传感器(16)的反馈下抓取海底产品但是又不损坏海底产品；抓取后，机器鱼(2)航行到无人船(4)处，将海底产品送入无人船(4)底部漏斗形渔网(11)中；机器鱼(2)开始下一次捕捞。
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