[发明专利]一种面向海参捕捞的作业型水下机器人及其控制方法

说明书

本发明涉及一种面向海参捕捞的作业型水下机器人及其控制方法，属于水下机器人领域，第二控制板根据摄像机构拍摄的下方视觉图像确定海参的三维位置信息，进行在线路径规划，第一控制板调节推进器使作业型水下机器人按照在线路径规划进行运动，第二控制板控制抓取机构对海参进行捕捞。在抓取过程中利用基于MobileNet‑Transformer‑GCN的海参识别跟踪算法识别并持续跟踪待捕捞海参，同时实时定位待捕捞海参，采用快速搜索树算法规划作业型水下机器人到目标点之间的路径，基于Actor‑Critic强化学习模型控制作业型水下机器人按照路径进行运动，实现了复杂水下环境下的海参捕捞机器人精准控制和自主抓取。

技术领域

本发明涉及水下机器人领域，特别是涉及一种面向海参捕捞的作业型水下机器人及其控制方法。

背景技术

随着人们对海参、扇贝、海胆等高质量海产品的需求的增加，人工捕捞的方式不仅速度慢、产量低，而且成本较高、危险系数大。所以通过智能化自动设备代替人进行海产品进行捕捞的技术得到了广泛的关注。自动化智能捕捞设备能够大大提高海参捕捞的效率，减少对人工的依赖，最大化海参的产量，还能降低海参捕捞的风险，减少不必要的损失。作业型水下机器人是海参捕捞智能化设备的一种。通过搭载机械臂的水下机器人，结合目标识别、检测、跟踪和相应的稳定控制算法，可以实现机器人的自动化海参抓取，大幅度降低海参捕捞的难度。但是水下作业机器人的设计与控制十分复杂，一方面水下环境非常复杂，不仅会受本身浮力、重力的作用，还会受洋流和潮汐的影响，这些因素会影响水下机器人的平衡性与稳定性，增加了控制难度，另一方面，水下环境较差，亮度较低，红光衰减较快，色偏严重，所以水下环境的辨识度与可见范围较低，这也增加了识别海参并进行捕捞的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向海参捕捞的作业型水下机器人及其控制方法，以实现复杂水下环境下的海参捕捞机器人精准控制和自主抓取。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种面向海参捕捞的作业型水下机器人，所述作业型水下机器人包括：本体框架、推进器、第二控制板、第一控制板、摄像机构和抓取机构；

推进器、第二控制板、第一控制板和摄像机构均设置在本体框架上，抓取机构的固定端与本体框架连接；

摄像机构与第二控制板的信号输入端连接，第二控制板的信号输出端分别与第一控制板和抓取机构连接；所述摄像机构用于拍摄所述作业型水下机器人的前方视觉图像和下方视觉图像，并将前方视觉图像和下方视觉图像均传输至第二控制板；所述第二控制板用于根据下方视觉图像确定海参的三维位置信息，并根据所述海参的三维位置信息和前方视觉图像进行在线路径规划；

第一控制板与推进器连接，所述第一控制板用于根据所述在线路径规划调节推进器，使所述作业型水下机器人按照所述在线路径规划进行运动；

所述第二控制板还用于在所述作业型水下机器人到达所述在线路径规划的目标点时，控制所述抓取机构对海参进行捕捞。

可选的，所述摄像机构包括：前视单目摄像头和俯视双目摄像头；

前视单目摄像头和俯视双目摄像头均与第二控制板的信号输入端连接；所述前视单目摄像头用于拍摄所述作业型水下机器人的前方视觉图像，并将所述前方视觉图像传输至第二控制板；所述俯视双目摄像头用于拍摄所述作业型水下机器人的下方视觉图像，并将所述下方视觉图像传输至第二控制板。

可选的，所述推进器包括：第一螺旋桨推进器、第二螺旋桨推进器、第三螺旋桨推进器、第四螺旋桨推进器、第五螺旋桨推进器、第六螺旋桨推进器、第七螺旋桨推进器和第八螺旋桨推进器；

第一螺旋桨推进器、第二螺旋桨推进器、第三螺旋桨推进器和第四螺旋桨推进器在水平方向上按照矢量型推进器进行布置，第一螺旋桨推进器和第二螺旋桨推进器布置在本体框架的水平方向的前方，第三螺旋桨推进器和第四螺旋桨推进器布置在本体框架的水平方向的后方；