一种水下机器人及捕捞方法与流程

本发明属于水下机器人领域，具体地说，涉及一种水下机器人及适用于该水下机器人的捕捞方法。

背景技术：

近年来机器人技术发展迅速，大量适用不同环境的无人设备如无人机，无人车，无人船等，但受到技术等因素的限制这些设备还没有广泛进入民用领域。以无人船为例，现有无人船多为军用，如完成侦查任务，远程攻击任务等。也有一些用于科研领域，比如海洋数据监测，实验样本采集等。在工业上用于一些水中设备的远程维护，工业开采等方面。民用方面的应用还很有限，目前除了作为娱乐用途的无人船之外，用于捕鱼的无人船在民用市场的需求越来越大，因此对于捕鱼无人船提出了越来越高的要求。

水下所用的无人船即为水下机器人的一种，由于水下环境复杂，而水下机器人的智能控制能力又极高。若能在水下机器人上安装捕捞鱼装置，实现对鱼的自动控制锁定、跟踪及捕捞，将极大地提高捕捞鱼的效率。另一方面，使用者可以在岸上对水下机器人进行控制，远程控制水下的鱼类捕捞活动。

有鉴于此特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种根据采集到的水下潜在捕捞对象信息数据，对潜在捕捞对象进行锁定、跟踪和自动/手动触发捕捞的水下机器人及其捕捞方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明一方面公开了一种水下机器人，包括

水下机器人本体，潜伏至水体之下；

捕获装置，包括一可收放发射的刺枪和/或机械手和/或网，所述的刺枪和/或机械手和/或网针对水下机器人锁定的目标捕捞对象进行捕捞；

所述水下机器人本体与捕获装置机械连接。

进一步地，包括可拆卸的水下生物探测模块，设于水下机器人本体上，用于探测、采集水下生物信息；包括控制器，所述控制器根据水下生物探测模块发来的水下生物信息数据进行处理，锁定目标捕捞对象。

进一步地，所述机械手设有机械臂，所述机械臂为柔性机械臂或刚性机械臂，并具有弹性装置；所述机械臂通过调整自身方向控制机械手的捕捞方向。

信号可控的捕获装置与水下机器人本体相连，可以直接接受自动或手动的控制指令进行水下狙击捕捞，更智能化，提升了捕捞体验，特别是对于游动难捕捉的鱼类而言。

进一步地，还包括人机交互装置，所述水下机器人和/或人机交互装置锁定并跟踪目标捕捞对象，并控制捕获装置对锁定的目标捕捞对象进行捕捞。

水下机器人可以通过自身的计算分析判断控制捕捞装置进行捕捞，也可以接受来自岸上人工控制的信号进行狙击捕捞。避免了机器运算可能出现的失误，将人工的判断纳入了捕捞控制的考量。岸上使用人机交互装置的使用者，通过基站接收来自水下的信息，通过遥控装置进行远程水下捕捞控制。

进一步地，还包括多轴云台，所述多轴云台一端可拆卸地安装在水下机器人本体下部，另一端可拆卸地安装有捕获装置。

多轴云台一方面可以为捕获装置供电，另一方面可多角度旋转，实现对捕获装置旋转控制，调整角度以保证捕获装置以合适的角度进行捕捞，并成功捕获。

进一步地，所述可拆卸的水下生物探测模块包括对水下图像进行采集的摄像头和/或声纳装置，和对外部物体相对水下机器人本体距离进行检测的距离传感器。

摄像头及距离传感器的设计相当于水下机器人的眼睛，即时收集水下的各类信息，并供后续的控制器使用判断。当水下机器人在深水作业时，需要使用声呐装置进行信息采集，相较单使用摄像头而言，声呐提升了水下机器人在深水领域的数据检测灵敏性和准确性。

本发明另一方面公开了一种水下机器人的捕捞方法，应用于如上所述的水下机器人，包含以下步骤：

S1、水下机器人采集水下潜在捕捞对象的信息数据，对采集到的信息数据进行处理以判断潜在的捕捞对象的类别及状态；

S2、自动或手动选定目标捕捞对象，并对捕捞对象进行锁定；

S3、对锁定的目标捕捞对象进行捕获。

该捕捞方法可以通过采集到的信息数据对潜在捕捞对象的类别和状态进行判断，更智能化。除此之外，辅佐有即时更新的数据库，调取数据库中资料对待捕捞对象进行判断。如可以获知某些鱼类的游动速度及游动规律，当潜在的捕捞对象为该特定鱼类时，可以将涉及该类鱼的资料调取出来，用于控制器使用。更细致和智能化，进一步提升了捕捞的成功率。

进一步地，在步骤S1中，水下机器人拍摄采集水下潜在捕捞对象的水体图像，和/或测量获取水下机器人相对捕捞对象的距离；并依据水下潜在捕捞对象的水体图像和/或相对水下无人船的距离，识别水下潜在捕捞对象的类别并判断类别状态信息；更进一步地，所述水下潜在捕捞对象的类别包括鱼类，所述鱼类的类别状态信息包括鱼类种类、生命体征及运动状态。

进一步地，在步骤S2中，所述捕捞方法自动或手动锁定目标捕捞对象，所述目标捕捞对象可切换；所述目标捕捞对象为鱼类，所述水下机器人根据目标鱼类的类别状态信息预测其运动规律；更进一步地，所述水下机器人根据目标鱼类的预测运动规律实时调整水下机器人的运动速度和运动角度，对目标鱼类以定距离或定速度方式跟踪。

目标捕捞对象可切换，当前的目标捕捞对象跟丢，或经判断捕获成功率不高时，可以自动或手动切换目标捕捞对象，避免了可能出现的捕捞失效。水下机器人可以根据鱼类的预测运动规律进行即时调整，通过动力驱动装置实时调整自身的运动速度和角度，保证了对目标捕捞对象的有效跟踪。此处，水下机器人的驱动装置方面进行了静音处理，如垫有海绵垫等，防止驱动装置输出功率过大时发出噪音对鱼类捕捞造成干扰。

进一步地，在步骤S3中，所述水下无人船通过控制多轴云台以调整捕捞装置的角度和位置，以合适角度瞄准目标捕捞对象进行捕获。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明的水下机器人在水下进行自由游动，通过设置在水下机器人本体上的可拆卸水下生物探测模块，搜索、感知、识别潜在捕捞对象，并对目标捕捞对象的种类、生命体征、距离、运动状态等水下生物信息进行判定，使得对潜在捕捞对象的分析更精准，方便了后续的锁定、跟踪及捕捞；根据水下生物信息控制可移动捕获装置，实现对目标捕捞对象的定距离、定速度等方式的跟踪，此处的信息锁定为一系列智能化的分析判断结果，并辅助有数据库，通过综合算法预测目标捕捞对象的运动规律，实现目标在不同光线、角度或被短时遮挡时的持续锁定；另一方面，通过自动或手动锁定目标捕捞对象，可实时切换目标捕捞对象，使用者可以在岸上远程控制捕捞过程，提升了捕捞的效果；可移动的捕获装置通过多轴云台与水下机器人本体相连，可通过多轴云台控制其相对水下机器人本体的角度和位置，以合适的角度瞄准目标捕捞对象进行捕捞，并实现捕获，多轴云台控制方向角度增稳效果更好；其中，捕获装置为鱼枪、机械手或网，可以对目标捕捞对象进行穿刺、抓取或网罗，鱼枪可以单次发射也可以重复装填，鱼枪与鱼线相连，发射后脱离水下机器人，由鱼线另一端的使用者将捕获的对象收回，使得捕鱼效果更好；进一步地，本发明的水下机器人不止可以对鱼类等生物进行捕捞，还可对其他水下物体进行捕捞捕获，可拓展适用于其他领域。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明实施例中一种水下机器人结构示意图；

图2是本发明实施例中一种水下机器人结构示意图；

图3是本发明实施例中一种使用机械手的水下机器人结构示意图；

图4是本发明实施例中一种使用机械手的水下机器人结构示意图；

图5是本发明实施例中一种水下机器人的捕捞方法流程图。

图中：1、水下机器人本体；2、云台安装孔；3、云台；4、鱼枪座；5、弹片；6、鱼枪；7、鱼线；8、视觉传感器；9、距离传感器；10、机械臂安装法兰；11、多节机械臂；12、动作电机；13、力反馈机械手。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示，为本实施例所述的一种水下机器人结构示意图。该水下机器人具有水下机器人本体1，水下机器人本体1的下部设有云台安装孔2。云台3通过云台安装孔2安装于水下机器人本体1下部，其中此处的云台3为多轴设计，可以在多个角度上旋转定位。其中，云台3的一端安装有鱼枪座4，鱼枪座4安装有鱼枪6。另外图中未示出，在鱼枪座4内部与鱼枪6配合处，设有放置弹片5的弹道，鱼枪6后部设有卡槽，插入鱼枪座4中，经弹片5卡住固定。当对弹片5施加动力时，会传递给鱼枪6，云台3电机电动鱼枪座4转动，进一步带动弹片5在滑槽中滑动，弹片5从鱼枪6安装孔中从内向外滑动，将鱼枪弹出，完成射击动作。鱼枪6为一尖锐的枪矛状物体，连接有鱼线7，当鱼枪6经弹片推动弹出后，鱼枪6脱离鱼枪座4，仅可通过鱼线7对其进行控制。

进一步地，云台安装孔2不局限于安装与水下机器人本体1下部，可以为侧面或顶部，以能够有效实现水下捕捞而设置。进一步地，此处的云台3配合鱼枪6的整体结构为一个或多个，为多个时，它们安装在水下机器人本体1各处，可以进一步有效实现水下捕捞。进一步地，此处的鱼枪6及鱼枪座4组成的发射装置可以由自身供电也可以从云台上端供电。

实施例二

如图2所示，为本实施例所述的一种水下机器人结构示意图。为一安装完成的水下机器人，在水下机器人本体1上设置有视觉传感器8和距离传感器9，此处的视觉传感器8为一个或多个，设于水下机器人本体1正面(即游动方向)，或设于水下机器人本体1各个表面，用于拍摄当前的水下环境及潜在捕捞对象，为摄像装置或其他生成环境图片的装置。视觉传感器8可以设于水下机器人本体1的六面上，对周围的环境进行细致的采集。进一步地，水下机器人本体1不局限为矩形体状，为用于实现水下捕捞效果优良而设计的各类形状。

距离传感器9设于水下机器人本体1正面，用于测量相对水下潜在捕捞对象的距离。其中，距离传感器9通过发射特别短的光脉冲，并测量其从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间间隔来计算与物体之间的距离。进一步地，距离传感器9为使用其他方法测量相对距离的装置，以能实现距离检测为准设计并设置。

进一步地，此处的视觉传感器8及距离传感器9用于对水下环境进行采集，主要为画面拍摄及距离测量，当然此处也可为其他的数据采集装置，如水温、水压等，以可以实现对当前潜在捕捞对象的预测和了解为准。

进一步地，在浅水清澈的水域，水下机器人可以直接下水作业，仅使用摄像头等工具进行图像采集和画面拍摄，若在深水区域，则使用声呐装置和/或摄像机进行下潜作业，此时声呐装置既可采集水下复杂的环境图像，又可检测水下物体的相对距离。使用声呐的好处在于：声呐适用于深水和浑浊的水域，若仅适用摄像头拍摄采集水下环境可能效果不优良，图片不清晰或无效，而使用声呐则效果优良，即便在深水及不清澈的水域，也可以有效地采集到水下图像。

实施例三

本实施例与上述实施例一的区别在于：所述的鱼枪6可以替换为机械手或网。如图3和图4所示，当使用力反馈机械手13进行捕捞时，与力反馈机械手13相连的多节机械臂11通过机械臂安装法兰10安装于水下机器人本体1上，具体的，机械臂安装法兰10设于水下机器人本体1下部。

如图3所示为多节机械臂11的分解图，多节机械臂11为多个组装配合的机构，如图4所示为多节机械臂11的组装完成工作图。多节机械臂11的一端通过机械臂安装法兰10设于水下机器人本体1上，与水下机器人实现供电、传输控制与力反馈信号，另一末端连接安装有力反馈机械手13。进一步地，多节机械臂11侧面安装有动作电机12，通过动作电机12的输出控制多节机械臂11进行动作。进一步地，此处的多节机械臂11为六轴或多轴，可旋转动作。力反馈机械手13为钳状、爪状或手状，由刚性或柔性材料制成，具有抓取物体的功能，优选的，此处的力反馈机械手13可以通过压力、拉力传感器等获得抓取的压力。

进一步地，此处多节机械臂11可以为由刚性材料制成，在水下抓捕目标时刚性结构的设计更稳固，抓捕更有力；除此之外，多节机械臂11可以为柔性材料制成，增加了柔性材料后，该多节机械臂11的灵活度更大，可以多角度地调整力反馈机械手13的方向，使得水下的捕捞作业更灵活，锁定更精准。进一步地，在多节机械臂11上还设置有弹性装置，以增加其弹性。柔性及弹性多节机械臂的设计可以使得原来为有限自由度的刚性水下机器人变成具有无限自由度的柔性水下机器人，大大提升了水下机器人的捕捞成功率，可以完成高难度的捕捞任务。如：当追踪速度较快的鱼类时，当发出命令出击捕捞的时刻，刚性多节机械臂11方向已确定，在捕捞过程中若鱼类迅速做出反应即可能出现逃离捕捉的情况，而具有柔性和弹性的多节机械臂11却还可在捕捞过程中进行方向调节，捕捞更灵敏，成功率高。此处，最优选的多节机械臂11既具有柔性又具有弹性，其次可以为仅具有柔性，或仅具有弹性，再其次为不具有柔性和弹性的刚性多节机械臂11。在捕捞方面，以既具有柔性又具有弹性的多节机械臂11捕捞效果最好。

进一步地，此处还可以为使用鱼网进行捕捞，鱼网在水下机器人的控制下，布线收网实现捕捞对象的捕获。进一步地，完成捕捞作业的网可以经由水下机器人控制，上浮水面并返航靠岸；也可以通过鱼线或绳索拉扯至水面完成捕捞。

此处鱼枪6、机械手及网，不止可以对鱼类进行捕捞，还可以对水下的其他的物体进行捕捞，可以为活体或随水漂流的其他待捕捞物体。如可以用于深海的垃圾捕捞、或海上事故打捞、或水下勘探物体获取等。当然，在对活体如鱼类的捕捞中，捕捞速度快是捕捞成功的关键因素。此处，可以快速发射并保证出逃率较低的鱼枪6为较优的选择，大片碎屑式的捕捞对象适用于用网捕捞，而大块的速度较慢的物体则可使用机械手进行捕捞。

实施例四

本实施例为上述实施例二的进一步限定，图中未示出，所述的水下机器人内安装有控制器，控制器收集来自视觉传感器8和距离传感器9采集的图像信息及距离信息，用于锁定目标捕捞对象。也即控制器为一智能的单元，可以在内部进行数据处理和分析，并输出控制信号。一方面控制器收集采集到的信息数据，通过内置的综合算法程序预测目标捕捞物体的运动规律，控制水下机器人实现有效锁定跟踪；另一方面，对当前的水下跟踪情况进行判断，自动判断发出捕捞信号或接收手动的捕捞信号，将捕捞信号进行处理后传输至云台，通过云台电机的控制，使得鱼枪相对本体的角度和位置进行调整以进行有效捕捞。其中在对水下潜在捕捞对象进行跟踪的过程中，控制器对水下机器人的控制通过算法实现了深度与速度的闭环，即指控制器实时接收深度及速度的变化值，闭环反馈进行调整。

优选的，该控制器还具有消息发送功能，当判断捕捞装置捕获目标时，将捕获信号发送至岸边的控制端，也即为上所述鱼线7或绳索的地面控制端，地面持有鱼线7或绳索的使用者接收捕获信号，开始将捕获的物体拉扯至岸上。

实施例五

如图5所示，为本实施例所述的一种水下机器人的捕捞方法流程图。具体步骤包括：

S1、水下机器人采集水下潜在捕捞对象的信息数据，对采集到的信息数据进行处理以判断潜在的捕捞对象的类别及状态。水下机器人在水下自由游动的过程中，通过设于其上的装置，拍摄采集水下潜在捕捞对象的水体图像，并通过获取的水体图像，判断潜在捕捞对象的种类、体征及运动状态。此处，由水下机器人的控制器辅佐有数据库实现判断，或通过人工自主判断。进一步地，当该水下机器人用于捕捞鱼类时，通过拍摄到的水体图像可以描画出鱼类的外形体征进而实现对其种类的判断。进一步地，所述水下机器人的数据库存储有各种鱼类的信息，可以通过调取对应鱼类的生活习性等资料，用于后续的跟踪捕捞作业。

S2、自动或手动选定目标捕捞对象，并对捕捞对象进行锁定。水下机器人可以根据当前采集的水体图像，自动锁定目标捕捞对象，也可以手动自主选择锁定要捕捞的目标捕捞对象。当目标捕捞对象被锁定后，随着捕捞活动的进行及水下环境的变换，可以自动或手动切换锁定的目标捕捞对象，以最终实现有效捕获为准。进一步地，此处的锁定是指对该目标捕捞对象进行动态跟踪，根据设于水下机器人上的装置测量目标捕捞对象相对水下机器人的距离，以及之前获取的目标捕捞对象的基本信息，预测当前跟踪目标的运动规律，并同时实时调整水下机器人的运动速度和运动角度，对目标捕捞对象以定距离或定速度的方式跟踪。具体地，此处水下机器人通过综合算法预测目标捕捞对象的运动规律，实现目标在不同光线、角度或被短时遮挡时的持续锁定跟踪。进一步地，此处通过调整布置在水下机器人内部或外部的推进器的功率、角度调整其角度、速度实现对目标捕捞对象的跟踪。进一步地，此处水下机器人跟踪运动的控制通过算法实现深度与速度闭环，使得控制效果更优良。

S3、对锁定的目标捕捞对象进行捕获。当对当前的目标捕捞对象进行锁定和跟踪，水下机器人一方面调整自身的速度和方向，另一方面通过带有增稳技术的多轴云台对捕获装置进行控制。通过调整捕获装置相对水下机器人本体的相对角度和相对位置，以合适的角度瞄准目标进行发射并击中目标；或以合适的角度抓取瞄准目标进行抓取；或以合适的角度布网对瞄准目标进行捕捞。

进一步地，当捕获装置对目标捕捞对象实现捕获后，发射出的鱼枪、机械手或鱼网，还连接有鱼线或绳索，岸上的人员可以通过鱼线或绳索将其拉扯处理。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。