CN110723268B - 一种用于远洋渔业的水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及远洋渔业的技术领域，公开了一种用于远洋渔业的水下机器人，整体呈鱼雷形，采用双层结构设计，包括依次连接、且能够拆卸的采集舱、控制舱、电源舱、集诱舱和推进舱，所述采集舱用于提供水下的拍摄环境，并对其进行数据采集，所述集诱舱用于对水下鱼群进行灯光集诱，所述推进舱用于为机器人的水下航行提供动力，所述控制舱用于控制机器人的自主航行、与母船进行通讯，所述电源舱用于为机器人提供工作电源。本发明的水下机器人具有较强的自主性，探测范围广，可以实现立体化探鱼、诱鱼、集鱼，能够在海面和指定深度海域内大范围独立自主完成渔业资源探测，其模块化程度高，拆装简易，节约空间，便于运输。

Description

一种用于远洋渔业的水下机器人

技术领域

本发明属于远洋渔业的技术领域，具体涉及一种用于远洋渔业的水下机器人。

背景技术

海洋作为蓝色国土，蕴藏着丰富的资源，渔业资源是海洋资源的重要组成部分。现有的远洋渔业捕捞作业是基于经验、目测、遥感、水面无人机以及有缆水下机器人等方式来发现鱼群的位置，根据鱼群大小实施针对性捕捞。

基于经验、目测、遥感、水面无人机等方式进行渔业资源探测，这些辅助手段仅仅只能对水面鱼群目标进行观测。对于水面以下或一定深度范围内的鱼群则无法实现观测，只能依靠经验进行盲捕，容易造成能源浪费、增加时间成本降低收益。现有的有缆水下机器人尽管可以进行水下目标观测，但是受缆约束和需要渔船配合操作，活动范围小缺乏自主性，难以满足渔业捕捞的作业需求。

发明内容

本发明提供一种用于远洋渔业的水下机器人，解决了现有渔业探测主要依靠经验进行盲捕，容易造成资源浪费或者现有有缆水下机器人自主性差等问题。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种用于远洋渔业的水下机器人，整体呈鱼雷形，采用双层结构设计，包括依次连接、且能够拆卸的采集舱、控制舱、电源舱、集诱舱和推进舱，所述采集舱用于提供水下的拍摄环境，并对其进行实时数据采集，所述集诱舱用于对水下鱼群进行灯光集诱，所述推进舱用于为机器人的水下航行提供动力，所述控制舱用于控制机器人的自主航行、与母船进行通讯，所述电源舱用于为机器人提供工作电源。

进一步，所述控制舱和电源舱均设置在第一中部骨架内部，所述集诱舱设置在第二中部骨架内部，所述推进舱设置在尾部骨架内部，所述采集舱、第一中部骨架、第二中部骨架、尾部骨架均采用法兰结构连接，所述第一中部骨架和尾部骨架的外围采用浮力材料制成的蒙皮包裹。

进一步，所述第二中部骨架和尾部骨架之间通过支撑法兰相连，所述支撑法兰包括平行间隔设置的两个环状法兰，两者的内圈通过筒体连接，其中一个环状法兰连接第二中部骨架的尾端，另一个环状法兰连接推进舱的顶端，所述尾部骨架的顶端卡在两个环状法兰的间隙处。

进一步，所述第一中部骨架和第二中部骨架均呈圆柱形，所述尾部骨架呈圆锥形，三者均包括多个平行间隔设置的轴向长板和多个平行间隔设置的径向环板，在所述第一中部骨架、第二中部骨架的一个轴向长板上沿长度方向开设有定位槽，所述控制舱、电源舱和集诱舱的表面设置与定位槽配合的凸起，在所述第一中部骨架的内部平行间隔设置多个两两配合的半圆环卡扣，所述半圆环卡扣用于固定控制舱和电源舱，在所述第一中部骨架靠近电源舱的位置设置起吊机构。

进一步，所述集诱舱包括平行间隔设置的两个圆盘，两者之间通过圆柱形的封闭舱体连接，所述封闭舱体的轴向中心线与两个圆盘的圆心连接线重合，其周围均匀间隔设置有集鱼灯和诱鱼灯，所述集鱼灯和诱鱼灯的轴向中心线与封闭舱体的轴向中心线重合。

进一步，所述采集舱呈圆柱形，其顶端设置圆弧状透明罩，其内部的中心处设置云台，所述云台的周围均匀间隔设置有多个探照灯，所述云台能够旋转，其上搭载有摄像头，多个所述探照灯呈发散状，每个所述探照灯与采集舱的轴向中心线呈指定角度设置，所述采集舱的表面设置CTD传感器，所述CTD传感器采集当前水域的温度、盐度和深度信息。

进一步，所述推进舱呈圆锥形，表面均匀设置有下转向舵、上转向舵、左升降舵和右升降舵，尾端设置有推进器和导流罩，内部设置有抛载系统，所述抛载系统用于紧急抛载，实现机器人的快速上浮。

进一步，所述采集舱、控制舱、电源舱、集诱舱和推进舱之间通过水密接插件公头、母头电连接，所述控制舱的表面设置有频闪灯、铱星信标和无线通讯天线，所述电源舱的表面设置充电接口。

本发明有益的技术效果在于：

本发明的水下机器人具有较强的自主性，探测范围广，可以实现立体化探鱼、诱鱼、集鱼，能够在海面和指定深度海域内大范围独立自主完成渔业资源探测，其模块化程度高，拆装简易，节约空间，便于运输，并且能够辅助渔船进行捕捞作业，打破传统远洋捕捞方式，实现由水面传统平面观测捕捞向全海域立体化探寻捕捞的转变，同时实现了渔业捕捞的精准化、高效化，大大降低捕捞成本，为远洋渔业捕捞提供一种科学可靠的渔业资源探测方法。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的不含蒙皮的立体结构示意图；

图3为本发明的第一中部骨架、第二中部骨架和尾部骨架的结构示意图；

图4为本发明的第一中部骨架的部分结构示意图；

图5为本发明的支撑法兰的结构示意图；

图6为本发明的集诱舱及第二中部骨架的配合结构示意图；

图7为本发明的集诱舱的结构示意图；

图8为本发明的去掉透明罩的采集舱的结构示意图；

图9为本发明的采集舱的内部结构示意图；

图10为本发明的推进舱的结构示意图；

图11为本发明的作业流程示意图；

其中，1-采集舱，11-CTD传感器，12-透明罩，13-云台，14-探照灯，2-控制舱，21-频闪灯，22-铱星信标，23-无线通讯天线，3-电源舱，31-充电接口，4-集诱舱，41-圆盘，42-集鱼灯，43-诱鱼灯，5-推进舱，51-下转向舵，52-上转向舵，53-左升降舵，54-右升降舵，55-推进器，56-导流罩，57-抛载系统，6-第一中部骨架，61-轴向长板，62-径向环板，63-定位槽，64-半圆环卡扣，65-支架，66-吊环，7-第二中部骨架，71-支撑法兰，711-环状法兰，712-筒体，8-尾部骨架，9-蒙皮，10-水密接插件公头、母头。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供了一种用于远洋渔业的水下机器人，整体呈鱼雷形，采用双层结构设计，包括依次连接、且能够拆卸的采集舱1、控制舱2、电源舱3、集诱舱4和推进舱5，该采集舱1用于提供水下的拍摄环境，并对其进行实时数据采集，该集诱舱4用于对水下鱼群进行灯光集诱，该推进舱5用于为机器人的水下航行提供动力，该控制舱2用于控制机器人的自主航行、与母船进行通讯，该电源舱3用于为机器人提供工作电源。

如图2所示，该采集舱1、控制舱2、电源舱3、集诱舱4和推进舱5均采用封闭结构，他们之间通过水密接插件公头、母头10电连接，在控制舱2的表面设置有频闪灯21、铱星信标22和无线通讯天线23，在电源舱3的表面设置充电接口31，在采集舱1的表面设置CTD传感器11，用于采集当前水域的温度、盐度和深度信息。这样，通过模块化的结构连接，拆装简易，节约空间，便于运输，同时可以实现立体化的探鱼、诱鱼、集鱼，能够在海面和指定深度海域内大范围独立自主完成渔业资源探测，并且能够辅助渔船进行捕捞作业，打破传统远洋捕捞方式，实现由水面传统平面观测捕捞向全海域立体化探寻捕捞的转变。

如图2和3所示，该控制舱2和电源舱3均设置在第一中部骨架6内部，集诱舱4设置在第二中部骨架7内部，推进舱5设置在尾部骨架8内部，该采集舱1、第一中部骨架6、第二中部骨架7、尾部骨架8均采用法兰结构连接，在第一中部骨架6和尾部骨架8的外围采用浮力材料制成的蒙皮9包裹，如SBM-H070型固体浮力材料。通过法兰结构的连接，使整个装置便于拆卸和运输，并且维修方便，同时，借助骨架加舱体的双层结构，增加了整个装置的抗压性和牢固性，为进行深海探测提供可能的物质基础。

如图3和4所示，该第一中部骨架6和第二中部骨架7均呈圆柱形，尾部骨架8呈圆锥形，三者均包括多个平行间隔设置的轴向长板61和多个平行间隔设置的径向环板62，每个轴向长板61均穿过所有的径向环板62，将他们连接在一起组成圆柱形的第一中部骨架6和第二中部骨架7，以及圆锥形的尾部骨架8，当然固定在其内部的控制舱2、电源舱3、集诱舱4和推进舱5也采用与之配合的形状结构。在第一中部骨架6和第二中部骨架7的一个轴向长板61上沿长度方向开设有定位槽63，如图4所示，在控制舱2、电源舱3和集诱舱4的表面设置与定位槽63配合的凸起，在第一中部骨架6的内部平行间隔设置多个两两配合的半圆环卡扣64，该半圆环卡扣64可以配套设置有四对，两对用于固定控制舱2，两对用于固定电源舱3，可以利用两个或者四个条形板，等间隔设置，使其均穿过其中一个径向环板62，在条形板的两端分别通过螺栓与半圆环卡扣64的对应位置连接，从而将半圆环卡扣64固定在第一中部骨架6内部。这样，在进行控制舱2和电源舱3安装时，将凸起卡进定位槽63，推动控制舱2和电源舱3，使其沿着定位槽63移动，就可以把它们装入第一中部骨架6内部，既方便定位，又可以起到固定作用，然后，再将两两配合的半圆环卡扣64锁紧就可以实现控制舱2和电源舱3在第一中部骨架6内部的固定。而集诱舱4主要是通过灯光对鱼群进行集诱，所以在第二中部骨架7上不方便设置卡扣，集诱舱4主要通过定位槽63和其上的凸起配合固定。

如图2和3所示，在第一中部骨架6靠近电源舱3的位置设置起吊机构，探测开始时，可以母船上的布放系统通过缆绳连接起吊机构，将机器人放入水下指定位置，结束时，再利用布放系统连接起吊机构，将机器人收回。该起吊机构包括分别设置在相邻或者间隔的两个径向环板上的支架65，支架65上设置有吊环66，便于连接缆绳，两个支架之间通过横梁相连，以增加稳固性。

在第二中部骨架7和尾部骨架8之间通过支撑法兰71相连，如图5所示，该支撑法兰71包括平行间隔设置的两个环状法兰711，两者的内圈通过筒体712连接，其中一个环状法兰711连接第二中部骨架7的尾端，另一个环状法兰711连接推进舱5的顶端，该尾部骨架8的顶端卡在两个环状法兰711的间隙处，这样就可以非常巧妙地将三者连接在一起，较普通的法兰连接，其支撑强度更大，稳定性更好。

如图6和7所示，该集诱舱4包括平行间隔设置的两个圆盘41，两者之间通过圆柱形的封闭舱体连接，该封闭舱体的轴向中心线与两个圆盘41的圆心连接线重合，其周围均匀间隔设置有集鱼灯42和诱鱼灯43，该集鱼灯42和诱鱼灯43的轴向中心线与封闭舱体的轴向中心线重合，两端分别固定在对应的圆盘41上，并且集鱼灯42和诱鱼灯43间隔设置。这样，通过控制舱2内部的控制系统就可以控制集鱼灯42和诱鱼灯43的灯光强度，同时也方便针对不同鱼群更换包含不同颜色或者频率的集鱼灯42和诱鱼灯43的集诱舱。

如图8所示，该采集舱1呈圆柱形，其顶端设置圆弧状的透明罩12，其内部的中心处设置云台13，在云台13的周围均匀间隔设置有多个探照灯14，如四个，每个探照灯14与采集舱1的轴向中心线呈指定角度设置，如45度，使得多个探照灯14组成的整体呈发散状，如图9所示，该云台13能够旋转，其上搭载有摄像头，能够带动摄像头旋转，这样发散状的探照灯14设置能够照亮的范围更大，拍摄的范围也更大，可以降低水中浮游生物和微小颗粒对探照灯14光线的反射、折射和散射，使得被拍摄物体反射回来的光就可以最多地进入摄像头，干扰少，拍摄得到的图像更加清晰，因此，利用探照灯14透过圆弧状的透明罩12照亮水下，提供良好的拍摄环境，完成对其全方位的拍摄，获取更加全面的信息，以便更快地寻找到鱼群。

如图10所示，该推进舱5呈圆锥形，表面均匀设置有下转向舵51、上转向舵52、左升降舵53和右升降舵54，呈X形布置，尾端设置有推进器55和导流罩56，结合控制舱2的控制系统，实现机器人的上浮、下潜、转向和悬停。在推进舱5内部设置有抛载系统57，该抛载系统57用于紧急抛载，实现机器人的快速上浮，以应对在水下探测过程中遇到的紧急情况。

在利用本发明的水下机器人进行水下探测时，如图11所示，首先，捕捞人员将捕捞船开到经验渔场附近，通过捕捞船上的布放系统，连接机器人的起点机构，将其布放至海面上。

当机器人入水后，控制系统正常启动，CTD传感器实时采集当前水域温度、盐度和深度，与机器人内部的控制系统中数据库的数据进行对比，结合专家知识库确定目标鱼群可能活动范围；然后，机器人通过左升降舵、右升降舵、左升降舵、右升降舵和推进器，自主航行，通过下潜、上浮、前进、后退和转向到达目标鱼群活动范围海域后，采集舱内部的探照灯打开，云台开始工作，实时监视探测当前海域信息，同时，控制系统将工作模式切换为经济模式，即以低速航行降低能耗，增加机器人水下探测的待机时间；机器人按照预先规定路径运动，通过摄像头采集的视频信息进行鱼群种类识别与规模判断，当识别区出现目标鱼群，机器人漫游稳定鱼群，集诱舱内部的诱鱼灯和集鱼灯开始工作，发出特定光波吸引、聚拢、稳定鱼群，根据视觉实时观测信息，机器人通过四个舵与推进器配合自主进行姿态调节，实现多方位大范围全面观测。当识别区目标鱼群规模达到设定要求，机器人通过左升降舵和右升降舵浮出水面；在规定时间内，机器人通过舵与推进器配合进行姿态调节，识别区内没有出现目标鱼群，机器人也将上浮。另外，在水下探测过程中若遇到紧急情况，机器人可以通过抛载系统紧急抛载，实现设备快速上浮。

浮出水面后，机器人与母船建立通信链接，通过铱星信标向母船发送自身所在位置坐标，同时通过无线通信天线将本次下潜探测数据反馈给母船。满足探测要求自主上浮，向母船反馈鱼群位置、规模信息和鱼群种类数据，同时反馈水下温度、盐度和水深等探测数据，母船捕捞人员根据数据制订捕捞方案，确定捕捞区，有针对性的进行科学捕捞。同时，母船操作人员向机器人下发捕捞区位置坐标，机器人引领鱼群向母船的捕捞区域靠拢，提高捕捞效率。规定时间内，机器人没有观测到目标鱼群，不满足探测要求也会自主上浮，同时向母船反馈相同类型的观测数据，捕捞人员通过分析数据，决定设备下次布放位置或进行设备回收。

本发明的水下机器人具有较强的自主性，探测范围广，集立体化探鱼、诱鱼、集鱼于一体，能够在海面和指定深度海域内大范围独立自主完成渔业资源探测，其模块化程度高，拆装简易，节约空间，便于运输，并且能够辅助渔船进行捕捞作业，打破传统远洋捕捞方式，实现由水面传统平面观测捕捞向全海域立体化探寻捕捞的转变，同时实现了渔业捕捞的精准化、高效化，大大降低捕捞成本，为远洋渔业捕捞提供一种科学可靠的渔业资源探测方法。

通过视觉技术进行鱼群的种类识别与规模判断，针对不同鱼群，通过训练专用识别模型，结合人工智能技术为渔船提供精确的鱼群信息，实现精细化、科学捕捞。图像识别处理器与系统控制器分开，采用单独处理器进行图像处理，提高识别速度。利用集诱舱，吸引、稳定鱼群实现诱鱼和集鱼，实现对鱼群的针对性、精确性集诱，针对不同鱼群通过更换对应的集诱舱，可以完成特定集诱任务，实现一机多用。

在经验渔场范围内布放机器人，利用CTD等传感器采集数据并结合专家知识库，确定鱼群活动范围，根据分析结果自主下潜、上浮、前进、后退、转向，自主航行到达最佳探寻海域，将经验渔场范围进一步缩小，提高捕捞准确性。发现目标鱼群后，水下机器人定深漫游稳定鱼群，同时利用专用集诱舱进行特定鱼群的集诱，当鱼群规模满足设定要求时，水下机器人自主上浮，浮出水面与渔船建立通信，向渔船反馈鱼群位置、规模等信息，根据信息渔船操作人员对鱼群实施捕捞，同时控制水下机器人引领鱼群向渔船捕捞区靠拢，提高捕捞效率。完成任务后，水下机器人可以继续下潜，再次进行水下渔业资源探寻任务，为下一次渔船捕捞做准备。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种用于远洋渔业的水下机器人，其特征在于：整体呈鱼雷形，采用双层结构设计，包括依次连接、且能够拆卸的采集舱、控制舱、电源舱、集诱舱和推进舱，所述采集舱用于提供水下的拍摄环境，并对其进行实时数据采集，所述集诱舱用于对水下鱼群进行灯光集诱，所述推进舱用于为机器人的水下航行提供动力，所述控制舱用于控制机器人的自主航行、与母船进行通讯，所述电源舱用于为机器人提供工作电源，实现立体化的探鱼、诱鱼、集鱼，独立自主完成渔业资源探测，以及辅助渔船进行捕捞作业；

所述集诱舱包括平行间隔设置的两个圆盘，两者之间通过圆柱形的封闭舱体连接，所述封闭舱体的轴向中心线与两个圆盘的圆心连接线重合，其周围均匀间隔设置有集鱼灯和诱鱼灯，所述集鱼灯和诱鱼灯的轴向中心线与封闭舱体的轴向中心线重合；

所述控制舱和电源舱均设置在第一中部骨架内部，所述集诱舱设置在第二中部骨架内部，所述推进舱设置在尾部骨架内部，所述采集舱、第一中部骨架、第二中部骨架、尾部骨架均采用法兰结构连接，所述第一中部骨架和尾部骨架的外围采用浮力材料制成的蒙皮包裹；

所述第二中部骨架和尾部骨架之间通过支撑法兰相连，所述支撑法兰包括平行间隔设置的两个环状法兰，两者的内圈通过筒体连接，其中一个环状法兰连接第二中部骨架的尾端，另一个环状法兰连接推进舱的顶端，所述尾部骨架的顶端卡在两个环状法兰的间隙处；

所述第一中部骨架和第二中部骨架均呈圆柱形，所述尾部骨架呈圆锥形，三者均包括多个平行间隔设置的轴向长板和多个平行间隔设置的径向环板，在所述第一中部骨架、第二中部骨架的一个轴向长板上沿长度方向开设有定位槽，所述控制舱、电源舱和集诱舱的表面设置与定位槽配合的凸起，在所述第一中部骨架的内部平行间隔设置多个两两配合的半圆环卡扣，所述半圆环卡扣用于固定控制舱和电源舱，在所述第一中部骨架靠近电源舱的位置设置起吊机构。

2.根据权利要求1所述的用于远洋渔业的水下机器人，其特征在于：所述采集舱呈圆柱形，其顶端设置圆弧状透明罩，其内部的中心处设置云台，所述云台的周围均匀间隔设置有多个探照灯，所述云台能够旋转，其上搭载有摄像头，多个所述探照灯呈发散状，每个所述探照灯与采集舱的轴向中心线呈指定角度设置，所述采集舱的表面设置CTD传感器，所述CTD传感器采集当前水域的温度、盐度和深度信息。

3.根据权利要求1所述的用于远洋渔业的水下机器人，其特征在于：所述推进舱呈圆锥形，表面均匀设置有下转向舵、上转向舵、左升降舵和右升降舵，尾端设置有推进器和导流罩，内部设置有抛载系统，所述抛载系统用于紧急抛载，实现机器人的快速上浮。

4.根据权利要求1所述的用于远洋渔业的水下机器人，其特征在于：所述采集舱、控制舱、电源舱、集诱舱和推进舱之间通过水密接插件公头、母头电连接，所述控制舱的表面设置有频闪灯、铱星信标和无线通讯天线，所述电源舱的表面设置充电接口。

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