一种智能海洋牧场管理水下机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种智能海洋牧场管理水下机器人，包括机架，所述机架的底部两端均固接有支撑架，所述机架的中部安装有竖向推进器，所述竖向推进器的一侧安装有电池舱，所述电池舱的一端安装有观察舱，所述竖向推进器的另一侧安装有控制舱，所述控制舱的一端安装有压力传感器，所述机架的一端两侧均安装有水平推进器，所述机架的另一端底部安装有侧扫声呐及换能器，本水下机器人具有可视化、智能化、虚拟化的特点，可以监测海洋牧场鱼情动态、水下网箱设施与人工鱼礁建设情况，并通过声呐实时回传的声图像数据及深度学习模型对海洋牧场进行喂养饵料投量与养殖环境评估，对海洋牧场生产运营和生态环境实时预报预警，智能化管理。智能化管理。智能化管理。

【技术实现步骤摘要】
一种智能海洋牧场管理水下机器人


[0001]本专利技术涉及水下机器人领域，具体为一种智能海洋牧场管理水下机器人。

技术介绍

[0002]现代化海洋牧场的运营管理中,科学投喂可以尽量避免造成饲料浪费或饵料不足鱼类吃不不饱的现象，根据日投饲量与鱼类存塘数相关性，如果能准确测量评估鱼类的存塘数，再乘以不同水温下的日投饲率，即能知道日投饲量。因此，需要监测鱼群类型、大小、数量等生长特征信息，为智慧投饵提供科学依据，
[0003]海洋牧场科学规划建设，首先规划设计需要选址勘察和环境调查，获取海洋牧场地形、水文和环境等数据；施工竣工需要海洋牧场建设跟踪监测与评价，收集海洋牧场中人工鱼礁或网箱设施以及水下植物生长等信息数据。
[0004]①
机器人功能需求：
[0005]目前，水产养殖中的机器人和智能装备面临的最大问题就是环境，水下机器人需要在受到风、浪、水压、酸碱度等复杂因素的干扰下实现高精度、高稳定性作业，同时，要求水下机器人能够精确稳定地控制本体，在作业过程中实现自主行走、达到目标点、末端执行器自主动作的有机协调。
[0006]②
观测传感器功能需求：
[0007]图像采集设备抖动的情况下拍摄到的图像同样会较大幅度的失真，影响目标识别的精度，所以既要满足对游动的鱼类进行连续图像采集的同时也要保证图像采集设备的稳定性；再加上海洋环境及导电性质，电磁波、光波会被海水吸收，而声波传播性能佳，共同决定了声呐是最适合的观测传感器。
[0008]③
图像处理需求：<br/>[0009]目前水下摄像机采集图像的质量受海水浊度和能见度影响很大，总体成像距离较短，由于水下成像环境较为复杂，在浑水、目标遮挡、光线不足的环境对水下成像造成的不利影响；在成像过程中水体对光散射和吸收效应等影响，导致一般成像设备的作用距离有限且图像质量具有对比度低、边缘模糊、色彩丢失、噪声严重等不足，极大影响了水下目标的精准识别与定位，因此，利用水下图像恢复算法和智能机器学习识别算法是提高水下目标识别准确性的关键；为此提供了一种智能海洋牧场管理水下机器人。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种智能海洋牧场管理水下机器人，以解决上述
技术介绍
提出的问题。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种智能海洋牧场管理水下机器人，包括机架，所述机架的底部两端均固接有支撑架，所述机架的中部安装有竖向推进器，所述竖向推进器的一侧安装有电池舱，所述电池舱的一端安装有观察舱，所述竖向推进器的另一侧安装有控制舱，所述控制舱的一端安装有压力传感器及超短基线定位传感器，所述机
架的一端两侧均安装有水平推进器，所述机架1的另一端底部安装有侧扫声呐及换能器，所述控制舱的一端安装有通信接口，所述通信接口与控制电脑相连。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述电池舱的内部安装有锂电池及充电接口，所述控制舱的内部安装有主控制器、数据采集器和通信接口，所述观察舱的内部安装有前置摄像头和LED照明灯。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述竖向推进器通过螺栓固定安装在机架的中部上，所述水平推进器通过螺栓固定安装在机架的两侧，所述水平推进器和竖向推进器的内部均安装有矢量变频电机和螺旋桨。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述电池舱和控制舱均通过螺栓安装在机架上，所述观察舱通过螺栓安装在电池舱的前端，所述电池舱、控制舱、观察舱均通过防水处理，所述电池舱、控制舱和观察舱均采用全透明亚克力材料制成，所述电池舱和控制舱和观察舱均为密封舱，所述电池舱和控制舱上的接线孔处使用水密胶水灌封,在接口处采用密封圈密封。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述侧扫声呐及换能器通过螺栓安装在机架的底部上，所述压力传感器及超短基线定位传感器通过螺栓安装在控制舱的一端上。
[0016]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述控制舱内的主控制器通过凯芙拉电缆与控制电脑相连，所述主控制器分别与侧扫声呐及换能器、压力传感器及超短基线定位传感器、水平推进器、竖向推进器、前置摄像头、照明灯和存储器电性连接，所述电池舱上连接有充电接口。
[0017]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述控制舱内的主控制器选用RaspberryPi4B，实时采集传输前置摄像头拍摄的图片和视频图像至控制电脑。
[0018]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述侧扫声呐及换能器由主动声呐发射模块、水下回波接收模块、信号控制模块和水下换能器等构成。实时采集传输水下扫侧声图数据至控制电脑。
[0019]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述控制电脑内安装有水下机器人智能海洋牧场管理系统，建立了海洋牧场养殖鱼类和人工鱼礁训练集，采用水下图像恢复算法和卷积神经网络等深度学习算法对前置摄像头拍摄的图片、视频图像进行目标识别及分类统计等处理；采用水下地形地貌三维重构和水下目标识别深度学习算法对水下扫侧声图数据处理，获得海洋牧场水下人工鱼礁等环境信息。
[0020]本专利技术的有益效果是：本水下机器人具有可视化、智能化、虚拟化的特点，可以监测海洋牧场鱼情动态、水下网箱设施与人工鱼礁建设情况，并通过声呐实时回传的图像数据及深度学习模型对海洋牧场进行养殖生产评估与养殖环境评估，对海洋牧场生产运营和生态环境实时预报预警，进行智能化管理。
[0021]结构仿生优化设计；
[0022]1、本水下机器采用轻型材料等技术工艺，机身外形线条流畅，低功耗无污染，外观设计贴近真实鱼类，对鱼类无任何威胁与伤害，能更好地贴近鱼类近距离观测。
[0023]2、机身下侧配有支撑脚架，方便机器人于海底静止定点用摄像头拍摄照片且静止观测时无推进器及机器本身噪声，推进器不会带动泥沙和水流，吓跑鱼类，便于获得最真实的数据。
[0024]3、机器人配置安全稳定固态锂电池轻巧便携，而常规机器人多配备发电机或者大型铅酸蓄电池，在海上使用不安全、不便利。
[0025]实时动态AI目标识别；
[0026]1、声学技术与光学技术共同作用，前视高清摄像头实时呈现清晰的画质和图像，侧扫声呐获取水下广域鱼群、网箱、鱼礁等状态信息，满足不同海洋牧场管理实时监测需求。
[0027]2、由于水下环境较为复杂且存在噪声等影响，使用水下图像恢复算法有助于水下目标识别的准确性。
[0028]3、使用卷积神经网络等深度学习算法建立模型库，对水下鱼群、鱼礁进行识别，获得海洋牧场环境等信息，从而对海洋牧场养殖生产与养殖环境科学评估，为后期开展智慧投饵等工作提供依据。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术智能水下机器人技术方法模块图；
[0031]图3为本专利技术观测传感器技术方法模块图；
[0032]图4为本专利技术数据处理技术方法流程图；
[0033]图5为本专利技术水下机器人应用流程图；
[0034]图6为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能海洋牧场管理水下机器人，包括机架(1)，其特征在于：所述机架(1)的底部两端均固接有支撑架(2)，所述机架(1)的中部安装有竖向推进器(7)，所述竖向推进器(7)的一侧安装有电池舱(3)，所述电池舱(3)的一端安装有观察舱(4)，所述竖向推进器(7)的另一侧安装有控制舱(5)，所述控制舱(5)的一端安装有压力传感器及超短基线定位传感器(9)，所述机架1的一端两侧均安装有水平推进器(6)，所述机架(1)的另一端底部安装有侧扫声呐及换能器(8)，所述控制舱(5)的一端安装有通信接口，所述通信接口与控制电脑(10)相连。2.根据权利要求1所述的一种智能海洋牧场管理水下机器人，其特征在于：所述电池舱(3)的内部安装有锂电池及充电接口，所述控制舱(5)的内部安装有主控制器、数据采集器和通信接口，所述观察舱(4)的内部安装有前置摄像头和LED照明灯。3.根据权利要求1所述的一种智能海洋牧场管理水下机器人，其特征在于：所述竖向推进器(7)通过螺栓固定安装在机架(1)的中部上，所述水平推进器(6)通过螺栓固定安装在机架(1)的两侧，所述水平推进器(6)和竖向推进器(7)的内部均安装有矢量变频电机和螺旋桨。4.根据权利要求1所述的一种智能海洋牧场管理水下机器人，其特征在于：所述电池舱(3)和控制舱(5)均通过螺栓安装在机架(1)上，所述观察舱(4)通过螺栓安装在电池舱(3)的前端，所述电池舱(3)、控制舱(5)、观察舱(4)均通过防水处理，所述电池舱(3)、控制舱(5)和观察舱(4)均采用全透明亚克力材料制成，所述电池舱(3)和控制舱(5)和观察舱(4)均为密封舱，所述电池舱(3)和控...

【专利技术属性】
技术研发人员：周立，汪佳玥，黄心成，谢焘，谭诺，王馨羚，周蓝奇，成京芸，洪琼，
申请(专利权)人：江苏海洋大学，
类型：发明
国别省市：