CN212556729U - 水下小目标定位抓取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水下小目标定位抓取装置，包括承载体、多个推进器、机械手、第一摄像头、第二摄像头、推进器、深度传感器、声纳、驱动机构和网袋，网袋固定于底板的底部，网袋设置于机械手与驱动机构之间；驱动机构设置于承载体内部述机械手一端与驱动机构连接；第一摄像头固定于机械手上；第二摄像头固定于承载体顶部；深度传感器固定于承载体顶部；声纳固定于承载体底部；本实用新型在机器人上方的第一摄像头成功识别到目标物后，机器人根据目标物所在位置调整，当目标物进入第一摄像头视野盲区后，可由第二摄像头继续跟踪目标物，通过第一摄像头和第二摄像头的相互协作，以及深度传感器和声纳的配合，使机器人对目标物的抓取过程顺利完成。

Description

水下小目标定位抓取装置

技术领域

本实用新型涉及水下目标定位领域，尤其涉及一种水下小目标定位抓取装置。

背景技术

随着水下机器人(AUV)的研究深入，水下目标物的自主抓取成为热点；目前水下目标物的抓取一般可分为“随机式”抓取和“扫地式”抓取，这两种方式都没有解决智能和自主两个方面的问题；由于水下环境复杂多变，水下机器人要实现自主捕捞海产品，除了需要解决对海产品的识别和分类外，还需要解决目标物跟踪以及机器人的路径规划等问题；由水流引起的机器人位置偏移以及机器人接近目标物过程中存在视觉盲区，从而导致丢失目标物视野的问题都影响机器人对目标物的抓取效果。

实用新型内容

本实用新型提供一种水下小目标定位抓取装置，以克服上述技术问题。

本实用新型提供一种水下小目标定位抓取装置，包括承载体、设置于所述承载体两侧的多个推进器；还包括：机械手、第一摄像头、第二摄像头、推进器、深度传感器、声纳、驱动机构和用于装载目标物的网袋，所述网袋固定于底板的底部，所述网袋设置于所述机械手与所述驱动机构之间；

所述驱动机构设置于所述承载体内部，所述机械手一端与所述驱动机构连接；

所述第一摄像头固定于所述机械手上，用于采集所述第一摄像头与所述机器人之间的实时角度；

所述第二摄像头固定于所述承载体顶部，用于采集目标物的实时视频；

所述深度传感器固定于所述承载体顶部，用于采集机器人距离海底的距离；

所述声纳固定于所述承载体底部，用于采集所述第一摄像头距离海底的距离；

进一步地，所述驱动机构包括：第一舵机、第二舵机、旋转臂和第一支架；所述第一舵机固定于底板上，所述旋转臂由横部垂直于纵部构成，所述纵部旋转固定于所述第一舵机上，所述第一舵机控制所述旋转臂以所述第一舵机为旋转中心进行旋转；所述第一支架为“U”型结构，所述第一支架的两自由端向外延伸有凸沿，所述凸沿在支撑板上的滑槽内滑动；所述第二舵机固定于所述第一支架上；

所述机械手包括：机械手本体、第三舵机和第二支架；

所述第二支架旋转固定于所述第二舵机上，所述第二舵机控制所述第二支架翻转；所述第三舵机固定于所述第二支架上；

所述机械手本体固定于所述第三舵机上，所述第三舵机控制所述机械手本体开合；

所述承载体顶部固定有至少两个滑轮，所述旋转臂的横部两自由端与绳索一端固定，所述绳索另一端与所述第一支架的凸沿固定，所述绳索穿过所述滑轮。

进一步地，所述旋转臂自由端靠近所述机械手本体且与水平夹角大于45°小于90°时，所述第二舵机驱动所述第二支架向上旋转，使所述机械手本体的指尖朝上，所述第三舵机控制所述机械手本体打开。

进一步地，所述旋转臂的自由端靠近所述机械手本体且与水平夹角大于0°小于30°时，所述第二舵机驱动所述第二支架向下旋转，使所述机械手本体的指尖朝下，所述第三舵机控制所述机械手本体打开。

进一步地，所述机械手本体的旋转轴a与带动所述机械手本体翻转的第二支架的旋转轴线b不平行。

进一步地，所述机械手本体翻转至上方时，其中心轴线与竖直夹角α范围为5°-45°。

进一步地，还包括，第三摄像头，所述第三摄像头固定于所述承载体前方，所述第三摄像头为双目摄像头。

进一步地，所述推进器共八个，用于使所述装置上升/下降的四个推进器分别设置于对称设置于所述承载体顶部两侧；用于使所述装置前进/后退的四个推进器分别对称设置于所述承载体内部两侧壁，同一侧壁上的两个推进器相对设置，且各自的中心轴线与水平线夹角为45°。

进一步地，所述机械手本体的指尖为橡胶材质。

本实用新型的机器人在抓取水下目标物时，在机器人上方的第一摄像头成功识别到目标物后，机器人根据目标物所在位置调整自身姿态，当目标物进入第一摄像头视野盲区后，可由固定于机械手上的第二摄像头继续跟踪目标物，通过第一摄像头和第二摄像头的相互协作，以及深度传感器和声纳配合，使机器人对目标物的抓取过程顺利完成。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实用新型水下小目标定位抓取装置整体结构示意图；

图2为实用新型水下小目标定位抓取装置另一视角整体结构示意图；

图3为实用新型水下小目标定位抓取装置的正视图；

图4为实用新型水下小目标定位抓取装置的后视图；

图5为实用新型水下小目标定位抓取装置的侧视图；

图6为实用新型水下小目标定位抓取装置的侧面剖视图；

图7为实用新型水下小目标定位抓取装置的驱动机构示意图；

图8-1为实用新型水下小目标定位抓取装置的驱动机构初始状态图；

图8-2为实用新型水下小目标定位抓取装置机械手向下并旋转至目标物过程示意图；

图8-3为实用新型水下小目标定位抓取装置的机械手抓取目标物示意图；

图8-4为实用新型水下小目标定位抓取装置的机械手打开并将目标物投入网袋示意图；

图8-5为实用新型水下小目标定位抓取装置的机械手进行下一次抓取时的准备状态。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种水下小目标定位抓取装置，包括承载体12、设置于所述承载体12两侧的多个推进器11；还包括：机械手、第一摄像头14、第二摄像头15、推进器11、深度传感器17、声纳18、驱动机构和用于装载目标物的网袋10，所述网袋10固定于底板12-1的底部，所述网袋10设置于所述机械手与所述驱动机构之间；所述驱动机构设置于所述承载体12内部，所述机械手一端与所述驱动机构连接；所述第一摄像头14固定于所述机械手上，用于采集所述第一摄像头14与所述机器人之间的实时角度；所述第二摄像头15固定于所述承载体12顶部，用于采集目标物的实时视频；所述深度传感器17固定于所述承载体12顶部，用于采集机器人距离海底的距离；所述声纳18固定于所述承载体12底部，用于采集所述第一摄像头14距离海底的距离；

具体而言，如图1-图5所示，所述承载体12为框架结构，有两个竖直板12-3及两个横板12-4组合而成，所述两个竖直板12-3相互平行，且二者之间垂直固定有所述两个横板12-4，两个横板12-4上下布置，两个竖直板12-3和两个横板12-4形成的空间内设置有两个支撑板12-2，两个支撑板12-2为倒置的“L”型，两个支撑板12-2的横部自由端分别固定于两个竖直板12-3的侧壁，两个支撑板12-2的纵部部自由端分别固定于两个横板12-4的侧壁；用于驱动所述机械手本体8动作的驱动机构设置于支撑板12-2和横板12-4形成的空间内，机械手本体8固定于所述驱动机构上。

如图6所示，第一摄像头14固定于所述机械手本体8的侧面，用于获取机械手本体8待抓取目标物的位置图像；所述第二摄像头15固定于所述承载体12顶部，即固定于上方横板12-4的顶部，用于大范围采集目标物，进而控制本装置的前进。

共八个所述推进器11，用于使所述装置上升/下降的四个推进器两两对称设置于所述竖直板12-3的外侧壁顶部；用于使所述装置前进/后退的四个推进器分别设置于对称设置于所述承载体12顶部两侧，即每个支撑板12-2的横部下方设置两个推进器，同侧的两个推进器相对设置，且各自的中心轴线与水平线夹角为45°。

进一步地，所述驱动机构包括：第一舵机1、第二舵机2、旋转臂9和第一支架4；所述机械手包括：机械手本体8、第三舵机3和第二支架5；

所述第一舵机1固定于底板12-1上，所述旋转臂9由横部垂直于纵部构成，所述纵部旋转固定于所述第一舵机1上，所述第一舵机1控制所述旋转臂9以所述第一舵机1为旋转中心进行旋转；所述第一支架4为“U”型结构，所述第一支架4的两自由端向外延伸有凸沿，所述凸沿在支撑板12-2上的竖直方向的滑槽12-2-1内滑动；所述第二舵机2固定于所述第一支架4上，所述第二支架5旋转固定于所述第二舵机2上，所述第二舵机2控制所述第二支架5翻转；所述第三舵机3固定于所述第二支架5上；

所述旋转臂9自由端靠近所述机械手本体8且与水平夹角大于45°小于90°时，所述第二舵机2驱动所述第二支架5向上旋转，使所述机械手本体8的指尖朝上，所述第三舵机3控制所述机械手本体8打开；

所述旋转臂9的自由端靠近所述机械手本体8且与水平夹角大于0°小于30°时，所述第二舵机2驱动所述第二支架5向下旋转，使所述机械手本体8的指尖朝下，所述第三舵机3控制所述机械手本体8打开。

所述机械手本体8固定于所述第三舵机3上，所述第三舵机3控制所述机械手本体8开合；所述承载体12顶部也即是两个所述支撑板12-2的横部底部各固定有两个滑轮6，所述旋转臂9的横部两自由端与绳索7一端固定，所述绳索7另一端与所述第一支架4的凸沿固定，两根所述绳索7分别穿过同侧的连个所述滑轮6，所述控制单元向所述第一舵机1发送指令，所述第一舵机1控制所述旋转臂9进行上下翻转，进而带动所述绳索7靠近所述旋转臂9的一端向下或向上运动，当向上运动时，所述绳索7另一端带动所述第一支架沿着所述滑槽12-2-1向上滑动，进而实现将所述机械手向上带动，此时，所述第二舵机2同步驱动所述第二支架5进行翻转，使所述机械手本体8朝上，当所述机械手本体8到达极限位置时，所述第三舵机3驱动所述机械手本体8打开，并实现将目标物投入固定在底板12-1的底部的网袋10，所述网袋10设置于所述机械手与所述驱动机构之间。

进一步地，如图7所示，为了使所述机械手本体8无需开到更大角度就可实现将目标物投入网袋10中，所述机械手本体8的旋转轴a与带动所述机械手本体8翻转的第二支架5的旋转轴线b垂直，所述机械手本体8翻转至上方时，其中心轴线与竖直夹角α范围为5°-45°，即可使目标物顺着机械手本体8的缝隙将滑入所述网袋10。

进一步地，为了使本装置在行进过程中能够避免前方的障碍物，在位于所述承载体12上方的横板12-4上固定有第三摄像头16，所述第三摄像头16为双目摄像头。

进一步地，所述机械手本体8的指尖为橡胶材质，可防止机械手本体8的指尖与海底砂石摩擦造成损坏。

工作原理如图8-1至图8-5所示：

所述旋转臂9的自由端靠近所述机械手本体8且与水平夹角大于0°小于30°时，所述第二舵机2驱动所述第二支架5向下旋转，使所述机械手本体8的指尖朝下，所述第三舵机3控制所述机械手本体8打开。

如图8-1所示，为驱动机构的初始状态图，图8-2为机械手本体8向下并旋转至目标物过程示意图；当发现目标物，所述装置根据第二摄像头采集的图像移动至目标物处后，所述第一舵机1驱动所述旋转臂9带动所述绳索7的一端向前下方运动，进一步使所述绳索7的另一端带动所述第一支架4沿所述滑槽12-2-1向上运动，所述第二舵机2驱动所述机械手本体8的第二支架5向前下方转动，同时所述机械手本体8同步转动，直至所述机械手本体8竖直朝下，本装置根据固定在所述机械手本体8上的第一摄像头14采集的图像信息，使所述机械手本体8准确到达目标物处。

所述旋转臂9自由端靠近所述机械手本体8且与水平夹角大于45°小于90°时，所述第二舵机2驱动所述第二支架5向上旋转，使所述机械手本体8的指尖朝上，所述第三舵机3控制所述机械手本体8打开；

如图8-3所示，当所述机械手本体8位于目标物正上方时，所述第三舵机3驱动所述机械手本体8打开并对目标物进行抓取，当抓取完毕后，所述第一舵机1驱动所述旋转臂9向后下方旋转，进而带动所述绳索7的一端向上运动，所述第二舵机2及所述第三舵机3因重力作用向下运动，所述旋转臂9动作的同时，所述第二舵机2驱动所述第二支架5沿所述旋转轴线b向上旋转，直至使所述机械手本体8旋转至极限角度，即与竖直方向夹角为45°时，同时当所述第二舵机2向下运动至极限位置时，如图8-4所示，所述第三舵机3驱动所述机械手本体8张开，将目标物松开，使其滑入所述网袋10中。

如图8-5所示，所述第一舵机1控制所述旋转臂9旋转至前下方最低位置，使所述第二舵机2、第三舵机3及机械手本体8均位于最高处，等待下一次目标物的出现，进行下一次的抓取。

本实用新型通过固定于机械手上的第二摄像15头及固定于承载体12上的第一摄像14头切换进行海产品目标物的图像采集，能够精确判断目标物的具体位置，为机械手本体8的准确抓取提供了充分的依据，提高的海产品的抓取效率。

本实用新型主要针对水下目标物的跟踪引导，适用于自主式水下机器人的水下目标物的抓取工作，在机器人上方的第一摄像头14成功识别到目标物后，机器人根据目标物所在位置调整自身姿态，并根据相对位置规划出行进路线，当目标物进入上方第一摄像头14视野盲区后，可以由固定于机械手本体8上的第二摄像头15继续跟踪目标物，从而使机器人后续的抓取过程变得简单。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种水下小目标定位抓取装置，包括承载体(12)、设置于所述承载体(12)两侧的多个推进器(11)；其特征在于，还包括：机械手、第一摄像头(14)、第二摄像头(15)、推进器(11)、深度传感器(17)、声纳(18)、驱动机构和用于装载目标物的网袋(10)，所述网袋(10)固定于底板(12-1)的底部，所述网袋(10)设置于所述机械手与所述驱动机构之间；

所述驱动机构设置于所述承载体(12)内部，所述机械手一端与所述驱动机构连接；

所述第一摄像头(14)固定于所述机械手上，用于采集所述第一摄像头(14)与机器人之间的实时角度；

所述第二摄像头(15)固定于所述承载体(12)顶部，用于采集目标物的实时视频；

所述深度传感器(17)固定于所述承载体(12)顶部，用于采集机器人距离海底的距离；

所述声纳(18)固定于所述承载体(12)底部，用于采集所述第一摄像头(14)距离海底的距离。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动机构包括：第一舵机(1)、第二舵机(2)、旋转臂(9)和第一支架(4)；所述第一舵机(1)固定于底板(12-1)上，所述旋转臂(9)由横部垂直于纵部构成，所述纵部旋转固定于所述第一舵机(1)上，所述第一舵机(1)控制所述旋转臂(9)以所述第一舵机(1)为旋转中心进行旋转；所述第一支架(4)为“U”型结构，所述第一支架(4)的两自由端向外延伸有凸沿，所述凸沿在支撑板(12-2)上的滑槽(12-2-1)内滑动；所述第二舵机(2)固定于所述第一支架(4)上；

所述机械手包括：机械手本体(8)、第三舵机(3)和第二支架(5)；

所述第二支架(5)旋转固定于所述第二舵机(2)上，所述第二舵机(2)控制所述第二支架(5)翻转；所述第三舵机(3)固定于所述第二支架(5)上；

所述机械手本体(8)固定于所述第三舵机(3)上，所述第三舵机(3) 控制所述机械手本体(8)开合；

所述承载体(12)顶部固定有至少两个滑轮(6)，所述旋转臂(9)的横部两自由端与绳索(7)一端固定，所述绳索(7)另一端与所述第一支架(4)的凸沿固定，所述绳索(7)穿过所述滑轮(6)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述旋转臂(9)自由端靠近所述机械手本体(8)且与水平夹角大于45°小于90°时，所述第二舵机(2)驱动所述第二支架(5)向上旋转，使所述机械手本体(8)的指尖朝上，所述第三舵机(3)控制所述机械手本体(8)打开。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述旋转臂(9)的自由端靠近所述机械手本体(8)且与水平夹角大于0°小于30°时，所述第二舵机(2)驱动所述第二支架(5)向下旋转，使所述机械手本体(8)的指尖朝下，所述第三舵机(3)控制所述机械手本体(8)打开。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述机械手本体(8)的旋转轴a与带动所述机械手本体(8)翻转的第二支架(5)的旋转轴线b不平行。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述机械手本体(8)翻转至上方时，其中心轴线与竖直夹角α范围为5°-45°。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括，第三摄像头(16)，所述第三摄像头(16)固定于所述承载体(12)前方，所述第三摄像头(16)为双目摄像头。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述推进器(11)共八个，用于使所述装置上升/下降的四个推进器(11)分别设置于对称设置于所述承载体(12)顶部两侧；用于使所述装置前进/后退的四个推进器(11)分别对称设置于所述承载体(12)内部两侧壁，同一侧壁上的两个推进器(11)相对设置，且各自的中心轴线与水平线夹角为45°。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械手本体(8)的指尖为橡胶材质。

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