CN115009478B - 一种智能水下捕捞机器人及其捕捞方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能水下捕捞机器人及其捕捞方法，所述捕捞机器人包括水平安装在外壳两侧的浮力舱，浮力舱尾部安装水平推进器；外壳头部安装水下识别单元；所述外壳内设捕捞箱和密封控制箱，密封控制箱控制捕捞机器人水下航行及捕捞工作；所述水下识别单元包括激光雷达、单目摄像头及微型计算机，激光雷达、单目摄像头分别连接至微型计算机，将信息传输至微型计算机，激光雷达用于探测周围是否有大型障碍物，单目摄像头用于识别周围是否存在待捕捞物体，微型计算机将激光雷达和单目摄像头传输的信号进行整合计算，将信息发送至与其相连的密封控制箱。本发明能够实现智能捕捞，无需人工下潜作业，且捕捞效率高。

Description

一种智能水下捕捞机器人及其捕捞方法

技术领域

本发明涉及水下捕捞设备及人工智能领域，具体涉及一种智能水下捕捞机器人。

背景技术

目前，地球上海洋面积广阔且具有丰富的资源，如今随着经济的发展，每个国家对资源的需求不断增长，然而相比海洋资源，陆地上的资源随着人类大量开采而不断减少，因此，扩大对海洋资源的开发利用是未来人类资源开发的方向。然而海洋资源的捕捞大多是依靠人工下潜进行作业，这种方法充满了危险性和不确定性，捕获的资源和潜水员的身体素质和经验息息相关。

然而现有的水下捕捞机器智能化程度较低，大部分需要人工水上远程操作，耗费了大量的人力物力，不适合大量普及使用。现有的水下捕捞机器方式大多采取夹取式进行捕捞，这种方式存在的问题为在水下环境复杂状态下捕捞效率低，不能精准夹取，同时遇到表面光滑或者复杂的物体在夹取过程中会脱落。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种智能水下捕捞机器人及其捕捞方法，结合人工智能技术，捕捞全过程无需人工远程操作，且捕捞效率高。

技术方案：本发明的方案包括外壳，外壳两侧水平安装一组浮力舱，浮力舱尾部安装水平推进器；所述外壳上方安装升降舵，外壳头部安装透明舱，该透明舱内部安装水下识别单元；所述外壳内部设有捕捞箱和密封控制箱，密封控制箱用于控制捕捞机器人水下航行及捕捞工作；所述捕捞箱底面开设吸水口和排水口。所述水下识别单元包括激光雷达、单目摄像头及微型计算机，激光雷达和单目摄像头可转动地安装在固定底座上表面，微型计算机固定安装在固定底座上表面；所述激光雷达、单目摄像头分别连接至微型计算机，将各自获取的信息传输至微型计算机，微型计算机计算识别水下待捕捞资源及周围是否存在大型障碍物，并将空间位置信息整合发送至与其相连的密封控制箱，激光雷达为水下环境探测障碍物，单目摄像头可以获取水下图像。

所述浮力舱头部安装照明灯，用以为单目摄像头提供光源，能够获取较为清晰的图像，便于后面分析水下环境。

所述浮力舱内部安装充气泵、液压阀门及气体传感器，其中，通过液压阀门的开启或关闭来控制浮力舱的上浮或下沉，从而实现捕捞机器人的上升和下降。

所述吸水口上方安装吸水泵，利用吸水泵将物质吸入捕捞箱；所述排水口上方安装排水泵，在排水泵安装滚轮筛，利用泵进行吸排水，而滚轮筛的设置可以对捕捞到的资源进行刷洗，清除其表面的泥沙淤泥。

所述吸水口、排水口处分别安装一过滤筛，且吸水口处的过滤筛孔径为排水口处的过滤筛孔径的两倍以上，这样设置可以将捕捞资源留存在捕捞箱内，同时将泥沙淤泥排出捕捞箱。

本发明还包括一种智能水下捕捞机器人的捕捞方法，所述密封控制箱控制浮力舱下潜，下潜的同时密封控制箱发出信号开启两侧照明灯，水下识别单元开始工作；所述水下识别单元中的单目摄像头获取当前水域图像，所述的激光雷达用于探测周围障碍物，单目摄像头及激光雷达实时发送信号至微型计算机；所述微型计算机根据识别计算的结果向密封控制箱发出不同的信号；所述密封控制箱控制捕捞机器人不同场景下的运动及捕捞工作。

若所述微型计算机没有从当前水域图像中识别出待捕捞资源，则发送信号至密封控制箱；此时，所述密封控制箱将两侧的水平推进器同时开启，捕捞机器人向前运动；向前运动的同时，密封控制箱控制升降舵向下偏转进行上浮，待激光雷达测得预定的离底距离时，升降舵恢复水平，浮力舱同时充入空气保持平衡向前运动。

若微型计算机从当前水域图像中识别出前方存在小型障碍物，则密封控制箱控制升降舵向下偏转进行上浮；直至单目摄像头获取的前方图像经微型计算机识别计算出捕捞机器人可安全通过时，捕捞机器人停止上浮，密封控制箱发出信号控制升降舵恢复水平继续向前运动。

若微型计算机从当前水域图像中识别出前方存在大型障碍物，则发送指令控制其中一侧水平推进器暂停工作；捕捞机器人向该侧水平偏转，从而避开该大型障碍物；当所述微型计算机从图像中识别计算出捕捞机器人可安全通过时，密封控制箱发送信号让水平推进器继续工作；此时，捕捞机器人继续运动。

若微型计算机从当前水域图像中识别出待捕捞资源，则激光雷达将采集的数据传输给微型计算机计算位置坐标并划定预定捕捞作业区域；同时，密封控制箱控制捕捞机器人向预定坐标区域靠近；当捕捞机器人运动至待捕捞资源上方区域时，浮力舱注入海水，捕捞机器人下沉，同时水平推进器转速调为最低；当捕捞机器人到达水底时，密封控制箱发送指令开启吸水泵、排水泵、第三步进电机，捕捞工作开始；捕捞工作完成后，密封控制箱下达指令关闭所有部件，并将浮力舱充满气体以上浮。

有益效果：本发明的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：(1)智能化程度高，操作简单，本方案结合人工智能技术，捕捞全过程无需人工远程操作，使用方法只需投放至待捕捞水域即可工作，捕捞效率高，捕捞快捷；(2)采用吸取式采集，识别出待捕捞物体开启吸水泵即可捕捞，成功率及效率会大大提升；(3)为了防止捕捞箱内部被吸取的异物堵塞，通过过滤筛及滚轮筛去除杂质异物，极大的降低了在捕捞过程中的故障率。

附图说明

图1为本发明所述智能水下捕捞机器人的结构示意图；

图2为本发明所述智能水下捕捞机器人的主视图；

图3为图1中吸水口和排水口处的部件安装示意图；

图4为本发明中水下识别单元的结构示意图；

图5为本发明中浮力舱的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明的技术方案进行详细描述。

如图1和图2所示，本发明的智能水下捕捞机器人包括照明灯1、水下识别单元、浮力舱3、捕捞箱4、吸水口5、起落架6、排水口8、电池动力包9、水平推进器10、升降舵11、连接架12、密封空纸箱13、外壳14。外壳14两侧通过连接梁12水平安装一组浮力舱3，每一浮力舱3的尾部安装一水平推进器10，每一浮力舱3头部安装照明灯1。外壳14上方靠近尾部的位置安装升降舵11。外壳14头部安装透明舱，该透明舱内部安装水下识别单元，采用透明舱识别范围可以显著增加；本实施例中，透明舱采用玻璃材质。所述外壳14内部设有捕捞箱4和密封控制箱13，密封控制箱13位于捕捞箱4上方，密封控制箱13用于控制捕捞机器人水下航行及捕捞工作；捕捞箱4底面开设吸水口5和排水口8，捕捞资源从吸水口5进入捕捞箱4，废弃物从排水口8排出。外壳14尾部安装电池动力包9，电池动力包9已做防水措施，电池动力包9安装在外面可以方便及时快速更换，电池动力包9与密封控制箱13连接，通过密封控制箱13为各部件供电。外壳14下方安装起落架6，防止误碰触底。

如图3所示，吸水口5上方安装吸水泵51，利用吸水泵51将物质吸入捕捞箱4；排水口8上方安装排水泵81，在排水泵81安装由第三步进电机82和塑料毛刷83构成的滚轮筛。吸水口5、排水口8处分别安装一过滤筛71，吸水口5处的过滤筛孔径为排水口8处的过滤筛孔径的两倍以上；本实施例中，吸水口5处的过滤筛孔径为排水口8处的过滤筛孔径的两倍，可以将捕捞资源留存在捕捞箱4内，同时将泥沙淤泥排出捕捞箱4。

如图4所示，水下识别单元中集成了激光雷达21、单目摄像头22及微型计算机29。照明灯1为单目摄像头22提供光源。微型计算机29固定安装在固定底座28上表面。激光雷达21和单目摄像头22可转动地安装在固定底座28上表面，具体安装方式如下：激光雷达21和单目摄像头22安装在基座23上表面，基座23安装在第一转动轴212上，第一转动轴212受第一步进电机24驱动，用以控制基座23纵向转动；第一转动轴212、第一步进电机24各通过一支撑杆211安装在活动底座27上表面，活动底座27安装在第二转动轴25上，第二转动轴25与第一转动轴212垂直设置，第二转动轴25受第二步进电机26驱动，用以控制活动底座27横向转动。激光雷达21、单目摄像头22分别连接至微型计算机29，将各自获取的信息传输至微型计算机29，微型计算机29计算识别水下待捕捞资源及周围的三维环境，并将空间位置信息整合发送至与其相连的密封控制箱13。

如图5所示，浮力舱3内部安装充气泵31、液压阀门32及气体传感器33。其中，通过液压阀门32的开启或关闭来控制浮力舱3的上浮或下沉。当需要排除空气时，充气泵31停止工作，液压阀门32打开；当需要充入空气时，充气泵31开始工作，气体充满时，位于底部的气体传感器33得到信号，液压阀门32关闭，随后充气泵31停止工作。在紧急状态下可通过密封控制箱13发送指令令浮力舱3完全充满空气，完成紧急上浮，供工作人员维修检查，紧急状态包括动力电池包9即将耗尽，设备故障等。

本发明的技术方案可以实现水下无人自主捕捞，具体方式如下：浮力舱3在放入水面即将去下潜捕捞时，密封控制箱13发出信号将浮力舱3的液压阀门32打开，海水注满浮力舱3实现下潜，当潜至水底时，起落架6触底保护外壳14不被损坏；下潜的同时密封控制箱13发出信号开启两侧照明灯1，水下识别单元开始工作，单目摄像头22和激光雷达21开启，基座23由第一步进电机24和第一转动轴212完成纵向转动进行识别，活动底座27由第二步进电机26和第二转动轴25完成横向转动进行识别；

通过单目摄像头22获取当前水域图像，若没有识别出待捕捞资源，则微型计算机29发送信号至密封控制箱13，此时密封控制箱13将两侧的水平推进器10同时开启机器人向前运动；同时将升降舵11向下偏转进行上浮，待激光雷达21测得预定的离底距离时，升降舵11恢复水平，浮力舱3同时充入一定的空气保持平衡向前运动；

当单目摄像头22获得前方图像计算识别出存在小型障碍物时，此时密封控制箱13控制升降舵11向下偏转进行上浮；上浮一定距离后，若激光雷达21探测的前方障碍经微型计算机29识别计算出可以安全通过时，密封控制器13发出信号升降舵11恢复水平继续向前运动；

当单目摄像头22获得前方图像计算识别出存在大型障碍物时，密封控制箱13发送指令让右侧或左侧的水平推进器10暂停工作，捕捞机器人向右或左侧水平偏转，从而避开该大型障碍物。当单目摄像头22获得图像并通过微型计算机29识别计算出可以安全通过时，密封控制器13发送信号让右侧的水平推进器10继续工作；此时，捕捞机器人继续运动。

当单目摄像头22识别出待捕捞资源时，激光雷达21将采集的数据传输至微型计算机29开始计算位置坐标并划定预定捕捞作业区域，密封控制箱13将捕捞机器人向着预定坐标区域行驶。

本发明吸水口5与捕捞箱4之间设有过滤筛71，过滤筛71孔径大小可以人工提前更换调整用于捕捞不同大小的资源，当捕捞机器人运动至待捕捞资源上方区域时，浮力舱3注入海水捕捞机器人下沉，同时水平推进器10转速调为最低，当捕捞机器人到达水底时，密封控制箱13发送指令开启吸水泵51、排水泵81、第三步进电机82，此时水下捕捞单元开始工作；

水底泥沙随待捕捞资源被吸水泵51通过吸水口5吸入捕捞箱4，第三步进电机82带动塑料毛刷83对待捕捞资源进行刷洗，清除表面的泥沙淤泥，泥沙淤泥可通过排水泵81及排水泵81与捕捞箱4之间的过滤筛71排出捕捞箱4。

当捕捞机器人通过微型计算机29计算出已驶出待捕捞作业位置坐标区域时，停止捕捞，捕捞机器人继续行驶对其他区域进行目标识别，当密封控制箱13检测出捕捞箱4满载的状态下，捕捞机器人向投放点目标水域行驶，当行驶至既定水域时，密封控制箱13下达指令关闭所有单元，并将浮力舱3充满气体完成上浮。

Claims (6)

1.一种智能水下捕捞机器人的捕捞方法，其特征在于：所述智能水下捕捞机器人的捕捞方法应用于智能水下捕捞机器人，该智能水下捕捞机器人包括外壳（14），外壳（14）两侧水平安装一组浮力舱（3），浮力舱（3）尾部安装水平推进器（10）；

所述外壳（14）上方安装升降舵（11），外壳（14）头部安装透明舱，该透明舱内部安装水下识别单元；

所述外壳（14）内部设有捕捞箱（4）和密封控制箱（13），密封控制箱（13）用于控制捕捞机器人水下航行及捕捞工作；所述捕捞箱（4）底面开设吸水口（5）和排水口（8）；

所述水下识别单元包括激光雷达（21）、单目摄像头（22）及微型计算机（29），激光雷达（21）和单目摄像头（22）可转动地安装在固定底座（28）上表面，微型计算机（29）固定安装在固定底座（28）上表面；所述激光雷达（21）、单目摄像头（22）分别连接至微型计算机（29），将信息传输至微型计算机（29），激光雷达（21）用于探测周围是否有大型障碍物，单目摄像头（22）用于识别周围是否存在待捕捞物体，微型计算机（29）将激光雷达（21）和单目摄像头（22）传输的信号整合计算，重建出水下三维环境，将信息发送至与其相连的密封控制箱（13）；

该捕捞方法包括以下步骤：

所述密封控制箱（13）控制浮力舱（3）下潜，下潜的同时密封控制箱（13）发出信号开启两侧照明灯（1），水下识别单元开始工作；

所述水下识别单元中的单目摄像头（22）获取当前水域图像，激光雷达（21）探测当前水域周围是否存在障碍物，同时将信号发送至微型计算机（29）识别计算；

所述微型计算机（29）根据识别计算的结果向密封控制箱（13）发出不同的信号；

所述密封控制箱（13）控制捕捞机器人不同场景下的运动及捕捞工作；

若所述微型计算机（29）没有从当前水域图像中识别出待捕捞资源，则发送信号至密封控制箱（13）；

此时，所述密封控制箱（13）将两侧的水平推进器（10）同时开启，捕捞机器人向前运动；向前运动的同时，密封控制箱（13）控制升降舵（11）向下偏转进行上浮，待激光雷达（21）测得预定的离底距离时，升降舵（11）恢复水平，浮力舱（3）同时充入空气保持平衡向前运动；

若激光雷达（21）和微型计算机（29）从当前水域图像中探测识别出前方存在小型障碍物，则密封控制箱（13）控制升降舵（11）向下偏转进行上浮；

直至所述激光雷达（21）获取的前方信号经微型计算机（29）识别计算出捕捞机器人可安全通过时，捕捞机器人停止上浮，密封控制箱（13）发出信号控制升降舵（11）恢复水平继续向前运动；

若激光雷达（21）和微型计算机（29）从当前水域图像中探测识别出前方存在大型障碍物，则发送指令控制其中一侧水平推进器（10）暂停工作；捕捞机器人向该侧水平偏转，从而避开该大型障碍物；

当所述激光雷达（21）和微型计算机（29）从图像中识别计算出捕捞机器人可安全通过时，密封控制箱（13）发送信号让水平推进器（10）继续工作；此时，捕捞机器人继续运动。

2.根据权利要求1所述的智能水下捕捞机器人的捕捞方法，其特征在于：所述浮力舱（3）头部安装照明灯（1），用以为单目摄像头（22）提供光源。

3.根据权利要求1所述的智能水下捕捞机器人，其特征在于：所述浮力舱（3）内部安装充气泵（31）、液压阀门（32）及气体传感器（33），其中，通过液压阀门（32）的开启或关闭来控制浮力舱（3）的上浮或下沉。

4.根据权利要求1所述的智能水下捕捞机器人的捕捞方法，其特征在于：所述吸水口（5）上方安装吸水泵（51），利用吸水泵（51）将物质吸入捕捞箱（4）；所述排水口（8）上方安装排水泵（81），在排水泵（81）安装滚轮筛。

5.根据权利要求1所述的智能水下捕捞机器人的捕捞方法，其特征在于：所述吸水口（5）、排水口（8）处分别安装一过滤筛（71），且吸水口（5）处的过滤筛孔径为排水口（8）处的过滤筛孔径的两倍以上。

6.根据权利要求1所述的智能水下捕捞机器人的捕捞方法，其特征在于：若单目摄像头（22）和微型计算机（29）从当前水域图像中识别出待捕捞资源，则单目摄像头（22）将采集的数据传输给微型计算机（29）计算位置坐标并划定预定捕捞作业区域；同时，密封控制箱（13）控制捕捞机器人向预定坐标区域靠近；

当捕捞机器人运动至待捕捞资源上方区域时，浮力舱（3）注入海水，捕捞机器人下沉，同时水平推进器（10）转速调为最低；当捕捞机器人到达水底时，密封控制箱（13）发送指令开启吸水泵（51）、排水泵（81）、第三步进电机（82），捕捞工作开始；

捕捞工作完成后，密封控制箱（13）下达指令关闭所有部件，并将浮力舱（3）充满气体以上浮。