申请/专利权人：昆明理工大学

申请日：2018-11-29

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN109703707B

主分类号：B63B35/32

分类号：B63B35/32;E02B15/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2019.05.28#实质审查的生效;2019.05.03#公开

摘要：本发明涉及一种基于视觉系统的水草打捞船及水草打捞方法，属于水草打捞技术领域。本发明包括船体、视觉控制系统、水草打捞机构、水草收集机构和动力机构；其中视觉控制系统、水草打捞机构、水草收集机构和动力机构安装在船体上，视觉控制系统用于识别水面上水草的位置并控制打捞船行驶到水草区域，行驶到水草区域后水草打捞机构将水草打捞到水草收集机构中进行粉碎和储存。本发明利用视觉系统可智能识别水面上的水草，自动控制打捞船打捞水草，可实现无人操作，可有效地清除湖面等小型水面的漂浮水草，打捞效率高可节省人力物力。

主权项：1.一种利用基于视觉系统的水草打捞船进行水草打捞的方法，其特征在于：所述基于视觉系统的水草打捞船包括船体、水草打捞机构、水草收集机构和动力机构；所述水草打捞机构、水草收集机构和动力机构安装在船体上；所述动力机构用于驱动打捞船行驶到水草区域；所述水草打捞机构用于通过传动横轴（9）的水平转动转换为收集扇旋转轴（7）的垂直转动，从而带动收集扇叶（8）转动收集水草；所述船体包括船身，且还用于通过输送带（4）把打捞的水草运送到水草收集机构；所述水草收集机构用于通过粉碎器（3）粉碎水草并存储在水草储存室（2）中；所述船体包括船身（1）、输送带（4）、支架杆（5）、输送带电机（12）、输送带传动链条（13）；其中输送带电机（12）安装在船身（1）上，输送带电机（12）通过输送带传动链条（13）与输送带（4）连接，输送带电机（12）通过输送带传动链条（13）带动输送带（4）运转，将水草送至水草收集机构；所述水草打捞机构包括收集扇叶（8）、收集扇旋转轴（7）、传动横轴（9）、收集扇传动链条（10）、收集扇驱动电机（11）；其中收集扇叶（8）与收集扇旋转轴（7）连接同轴转动，收集扇驱动电机（11）与收集扇传动链条（10）连接，收集扇传动链条（10）再与传动横轴（9）连接；收集扇驱动电机（11）驱动收集扇传动链条（10）运动，带动传动横轴（9）转动，传动横轴（9）与两个收集扇旋转轴（7）分别通过两对锥形齿轮啮合配合，来将传动横轴（9）的水平转动转换为收集扇旋转轴（7）的垂直转动，从而带动收集扇叶（8）转动收集水草；所述水草收集机构包括水草储存室（2）、粉碎器（3）；其中水草从输送带（4）倒下后，由粉碎器（3）粉碎，在水草储存室（2）中储存；所述动力机构包括油箱（14）、螺旋桨（16）、发动机皮带（17）、发动机（18）；其中发动机螺旋桨（16）安装在船身（1）尾部，发动机（18）通过发动机皮带（17）带动螺旋桨（16）旋转给打捞船提供动力；还包括视觉控制系统；视觉控制系统安装在船体上，所述视觉控制系统包括摄像头（6）、控制器（15）；其中摄像头（6）用于将图像信息传至控制器（15），通过控制器（15）分别控制发动机、输送带电机（12）和收集扇驱动电机（11）运转；所述水草打捞的方法的具体步骤还包括如下：StepB1、视觉控制系统通过摄像头（6）将图像传送给控制器（15），控制器（15）识别出水草的位置，并控制驱动发动机（18）工作通过发动机皮带（17）带动螺旋桨（16）旋转给打捞装置提供动力使打捞船行驶到水草区域；StepB2、控制器（15）控制驱动收集扇驱动电机（11）工作从而驱动收集扇传动链条（10）运动，带动传动横轴（9）转动，将传动横轴（9）的水平转动转换为收集扇旋转轴（7）的垂直转动，从而带动收集扇叶（8）转动收集水草；StepB3、控制器（15）控制驱动输送带电机（12）转动通过输送带传动链条（13）带动输送带（4）运转，将收集好的水草送至水草收集机构；StepB4、收集好的水草送到水草收集机构内由粉碎器（3）粉碎，在水草储存室（2）中储存；所述控制器（15）识别水草位置的方法是基于水草识别deeplab算法，deeplab是一种深度学习神经网络；首先需要采集包含水草的水面环境图片，将图片数据输入deeplab神经网络中对模型进行训练，训练好的模型能提取水草图像特征，从而能对图片进行像素级别的语义分割，识别出水草的位置和离打捞船的距离；控制器（15）利用位置和距离信息控制打捞船移动到水草区域进行打捞。

全文数据：一种基于视觉系统的水草打捞船及水草打捞方法技术领域本发明涉及一种基于视觉系统的水草打捞船及水草打捞方法，属于水草打捞技术领域。背景技术随着社会经济发展，环境问题日益突出，水环境问题也越来越受到人们关注。浮生植物生长在水面，生长速度快，繁殖能力极强，在江河湖泊中大量生长，容易造成河道堵塞，带来严重的水污染，破坏水体生态平衡，影响水路运输，也不利于景观维护。水草打捞船作为一种专用船舶，在水面清洁，保持河道顺畅，保护水生物种方面有着重要的作用。现在市面上的水草打捞船均为人工操作进行打捞，劳动强度大，随着智能化社会的发展，无人驾驶的自动打捞船将会有更大的应用价值。本发明提供了一种基于视觉系统的无人驾驶水草打捞船。发明内容本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种基于视觉系统的水草打捞船及水草打捞方法，能利用视觉控制系统识别水面上的水草，自动控制打捞船打捞水草，可实现无人操作，能通过水草打捞机构有效地清除湖面等小型水面的漂浮水草，打捞效率高可节省人力物力。本发明技术方案是：一种基于视觉系统的水草打捞船，包括船体、水草打捞机构、水草收集机构和动力机构；所述水草打捞机构、水草收集机构和动力机构安装在船体上；所述动力机构用于驱动打捞船行驶到水草区域；所述水草打捞机构用于通过传动横轴9的水平转动转换为收集扇旋转轴7的垂直转动，从而带动收集扇叶8转动收集水草；所述船体包括船身，且还用于通过输送带4把打捞的水草运送到水草收集机构；所述水草收集机构用于通过粉碎器3粉碎水草并存储在水草储存室2中。进一步地，所述船体包括船身1、输送带4、支架杆5、输送带电机12、输送带传动链条13；其中输送带电机12安装在船身1上，输送带电机12通过输送带传动链条13与输送带4连接，输送带电机12通过输送带传动链条13带动输送带4运转，将水草送至水草收集机构。进一步地，所述水草打捞机构包括收集扇叶8、收集扇旋转轴7、传动横轴9、收集扇传动链条10、收集扇驱动电机11；其中收集扇叶8与收集扇旋转轴7连接同轴转动，收集扇驱动电机11与收集扇传动链条10连接，收集扇传动链条10再与传动横轴9连接；收集扇驱动电机11驱动收集扇传动链条10运动，带动传动横轴9转动，传动横轴9与两个收集扇旋转轴7分别通过两对锥形齿轮啮合配合，来将传动横轴9的水平转动转换为收集扇旋转轴7的垂直转动，从而带动收集扇叶8转动收集水草。进一步地，所述水草收集机构包括水草储存室2、粉碎器3；其中水草从输送带4倒下后，由粉碎器3粉碎，在水草储存室2中储存。进一步地，所述动力机构包括油箱14、螺旋桨16、发动机皮带17、发动机18；其中发动机螺旋桨16安装在船身1尾部，发动机18通过发动机皮带17带动螺旋桨16旋转给打捞船提供动力。进一步地，本发明还包括视觉控制系统；视觉控制系统安装在船体上，所述视觉控制系统包括摄像头6、控制器15；其中摄像头6用于将图像信息传至控制器15，通过控制器15分别控制发动机17、输送带电机12和收集扇驱动电机11运转。一种利用本发明上述不包含视觉控制系统的基于视觉系统的水草打捞船进行水草打捞的方法，所述水草打捞的方法的具体步骤如下：StepA1、发动机18通过发动机皮带17带动螺旋桨16旋转给打捞装置提供动力使打捞船行驶到水草区域；StepA2、收集扇驱动电机11驱动收集扇传动链条10运动，带动传动横轴9转动，将传动横轴9的水平转动转换为收集扇旋转轴7的垂直转动，从而带动收集扇叶8转动收集水草；StepA3、输送带电机12转动通过输送带传动链条13带动输送带4运转，将收集好的水草送至水草收集机构；StepA4、收集好的水草送到水草收集机构内由粉碎器3粉碎，在水草储存室2中储存。一种利用本发明上述还包括视觉控制系统的所述基于视觉系统的水草打捞船进行水草打捞的方法，所述水草打捞的方法的具体步骤如下：StepB1、视觉控制系统通过摄像头6将图像传送给控制器15，控制器15识别出水草的位置，并控制驱动发动机18工作通过发动机皮带17带动螺旋桨16旋转给打捞装置提供动力使打捞船行驶到水草区域；StepB2、控制器15控制驱动收集扇驱动电机11工作从而驱动收集扇传动链条10运动，带动传动横轴9转动，将传动横轴9的水平转动转换为收集扇旋转轴7的垂直转动，从而带动收集扇叶8转动收集水草；StepB3、控制器15控制驱动输送带电机12转动通过输送带传动链条13带动输送带4运转，将收集好的水草送至水草收集机构；StepB4、收集好的水草送到水草收集机构内由粉碎器3粉碎，在水草储存室2中储存。所述控制器15识别水草位置的方法是基于水草识别deeplab算法，deeplab是一种深度学习神经网络；首先需要采集包含水草的水面环境图片，将图片数据输入deeplab神经网络中对模型进行训练，训练好的模型能提取水草图像特征，从而能对图片进行像素级别的语义分割，识别出水草的位置和离打捞船的距离；控制器15利用位置和距离信息控制打捞船移动到水草区域进行打捞。本发明的有益效果是：本发明利用视觉控制系统可智能识别水面上的水草，自动控制打捞船打捞水草，可实现无人操作，可有效地清除湖面等小型水面的漂浮水草，打捞效率高可节省人力物力。附图说明图1是本发明结构示意图；图2是本发明另一方向的结构示意图；图1-2中各标号：1-船身、2-水草储存室、3-粉碎器、4-输送带、5-支架杆、6-摄像头、7-收集扇旋转轴、8-收集扇叶、9-传动横轴、10-收集扇传动链条、11-收集扇驱动电机、12-输送带电机、13-输送带传动链条、14-油箱、15-控制器、16-螺旋桨、17-发动机皮带、18-发动机。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。实施例1：如图1-2所示，一种基于视觉系统的水草打捞船，包括船体、水草打捞机构、水草收集机构和动力机构；所述水草打捞机构、水草收集机构和动力机构安装在船体上；所述动力机构用于驱动打捞船行驶到水草区域；所述水草打捞机构用于通过传动横轴9的水平转动转换为收集扇旋转轴7的垂直转动，从而带动收集扇叶8转动收集水草；所述船体包括船身，且还用于通过输送带4把打捞的水草运送到水草收集机构；所述水草收集机构用于通过粉碎器3粉碎水草并存储在水草储存室2中。进一步地，所述船体包括船身1、输送带4、支架杆5、输送带电机12、输送带传动链条13；其中输送带电机12安装在船身1上，输送带电机12通过输送带传动链条13与输送带4连接，输送带电机12通过输送带传动链条13带动输送带4运转，将水草送至水草收集机构。进一步地，所述水草打捞机构包括收集扇叶8、收集扇旋转轴7、传动横轴9、收集扇传动链条10、收集扇驱动电机11；其中收集扇叶8与收集扇旋转轴7连接同轴转动，收集扇驱动电机11与收集扇传动链条10连接，收集扇传动链条10再与传动横轴9连接；收集扇驱动电机11驱动收集扇传动链条10运动，带动传动横轴9转动，传动横轴9与两个收集扇旋转轴7分别通过两对锥形齿轮啮合配合，来将传动横轴9的水平转动转换为收集扇旋转轴7的垂直转动，从而带动收集扇叶8转动收集水草。进一步地，所述水草收集机构包括水草储存室2、粉碎器3；其中水草从输送带4倒下后，由粉碎器3粉碎，在水草储存室2中储存。进一步地，所述动力机构包括油箱14、螺旋桨16、发动机皮带17、发动机18；其中发动机螺旋桨16安装在船身1尾部，发动机18通过发动机皮带17带动螺旋桨16旋转给打捞船提供动力。一种利用本发明上述基于视觉系统的水草打捞船进行水草打捞的方法，所述水草打捞的方法的具体步骤如下：StepA1、发动机18通过发动机皮带17带动螺旋桨16旋转给打捞装置提供动力使打捞船行驶到水草区域；StepA2、收集扇驱动电机11驱动收集扇传动链条10运动，带动传动横轴9转动，将传动横轴9的水平转动转换为收集扇旋转轴7的垂直转动，从而带动收集扇叶8转动收集水草；StepA3、输送带电机12转动通过输送带传动链条13带动输送带4运转，将收集好的水草送至水草收集机构；StepA4、收集好的水草送到水草收集机构内由粉碎器3粉碎，在水草储存室2中储存。实施例2：如图1-2所示，一种基于视觉系统的水草打捞船，包括船体、水草打捞机构、水草收集机构和动力机构；所述水草打捞机构、水草收集机构和动力机构安装在船体上；所述动力机构用于驱动打捞船行驶到水草区域；所述水草打捞机构用于通过传动横轴9的水平转动转换为收集扇旋转轴7的垂直转动，从而带动收集扇叶8转动收集水草；所述船体包括船身，且还用于通过输送带4把打捞的水草运送到水草收集机构；所述水草收集机构用于通过粉碎器3粉碎水草并存储在水草储存室2中。进一步地，所述船体包括船身1、输送带4、支架杆5、输送带电机12、输送带传动链条13；其中输送带电机12安装在船身1上，输送带电机12通过输送带传动链条13与输送带4连接，输送带电机12通过输送带传动链条13带动输送带4运转，将水草送至水草收集机构。进一步地，所述水草打捞机构包括收集扇叶8、收集扇旋转轴7、传动横轴9、收集扇传动链条10、收集扇驱动电机11；其中收集扇叶8与收集扇旋转轴7连接同轴转动，收集扇驱动电机11与收集扇传动链条10连接，收集扇传动链条10再与传动横轴9连接；收集扇驱动电机11驱动收集扇传动链条10运动，带动传动横轴9转动，传动横轴9与两个收集扇旋转轴7分别通过两对锥形齿轮啮合配合，来将传动横轴9的水平转动转换为收集扇旋转轴7的垂直转动，从而带动收集扇叶8转动收集水草。进一步地，所述水草收集机构包括水草储存室2、粉碎器3；其中水草从输送带4倒下后，由粉碎器3粉碎，在水草储存室2中储存。进一步地，所述动力机构包括油箱14、螺旋桨16、发动机皮带17、发动机18；其中发动机螺旋桨16安装在船身1尾部，发动机18通过发动机皮带17带动螺旋桨16旋转给打捞船提供动力。进一步地，本发明还包括视觉控制系统；视觉控制系统安装在船体上，所述视觉控制系统包括摄像头6、控制器15；其中摄像头6用于将图像信息传至控制器15，通过控制器15分别控制发动机17、输送带电机12和收集扇驱动电机11运转。一种利用本发明上述还包括视觉控制系统的所述基于视觉系统的水草打捞船进行水草打捞的方法，所述水草打捞的方法的具体步骤如下：StepB1、视觉控制系统通过摄像头6将图像传送给控制器15，控制器15识别出水草的位置，并控制驱动发动机18工作通过发动机皮带17带动螺旋桨16旋转给打捞装置提供动力使打捞船行驶到水草区域；StepB2、控制器15控制驱动收集扇驱动电机11工作从而驱动收集扇传动链条10运动，带动传动横轴9转动，将传动横轴9的水平转动转换为收集扇旋转轴7的垂直转动，从而带动收集扇叶8转动收集水草；StepB3、控制器15控制驱动输送带电机12转动通过输送带传动链条13带动输送带4运转，将收集好的水草送至水草收集机构；StepB4、收集好的水草送到水草收集机构内由粉碎器3粉碎，在水草储存室2中储存。所述控制器15识别水草位置的方法是基于水草识别deeplab算法，deeplab是一种深度学习神经网络；首先需要采集包含水草的水面环境图片，将图片数据输入deeplab神经网络中对模型进行训练，训练好的模型能提取水草图像特征，从而能对图片进行像素级别的语义分割，识别出水草的位置和离打捞船的距离；控制器15利用位置和距离信息控制打捞船移动到水草区域进行打捞。上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

权利要求：1.一种基于视觉系统的水草打捞船，其特征在于：包括船体、水草打捞机构、水草收集机构和动力机构；所述水草打捞机构、水草收集机构和动力机构安装在船体上；所述动力机构用于驱动打捞船行驶到水草区域；所述水草打捞机构用于通过传动横轴（9）的水平转动转换为收集扇旋转轴（7）的垂直转动，从而带动收集扇叶（8）转动收集水草；所述船体包括船身，且还用于通过输送带（4）把打捞的水草运送到水草收集机构；所述水草收集机构用于通过粉碎器（3）粉碎水草并存储在水草储存室（2）中。2.根据权利要求1所述的基于视觉系统的水草打捞船，其特征在于：所述船体包括船身（1）、输送带（4）、支架杆（5）、输送带电机（12）、输送带传动链条（13）；其中输送带电机（12）安装在船身（1）上，输送带电机（12）通过输送带传动链条（13）与输送带（4）连接，输送带电机（12）通过输送带传动链条（13）带动输送带（4）运转，将水草送至水草收集机构。3.根据权利要求1所述的基于视觉系统的水草打捞船，其特征在于：所述水草打捞机构包括收集扇叶（8）、收集扇旋转轴（7）、传动横轴（9）、收集扇传动链条（10）、收集扇驱动电机（11）；其中收集扇叶（8）与收集扇旋转轴（7）连接同轴转动，收集扇驱动电机（11）与收集扇传动链条（10）连接，收集扇传动链条（10）再与传动横轴（9）连接；收集扇驱动电机（11）驱动收集扇传动链条（10）运动，带动传动横轴（9）转动，传动横轴（9）与两个收集扇旋转轴（7）分别通过两对锥形齿轮啮合配合，来将传动横轴（9）的水平转动转换为收集扇旋转轴（7）的垂直转动，从而带动收集扇叶（8）转动收集水草。4.根据权利要求1所述的基于视觉系统的水草打捞船，其特征在于：所述水草收集机构包括水草储存室（2）、粉碎器（3）；其中水草从输送带（4）倒下后，由粉碎器（3）粉碎，在水草储存室（2）中储存。5.根据权利要求1所述的基于视觉系统的水草打捞船，其特征在于：所述动力机构包括油箱（14）、螺旋桨（16）、发动机皮带（17）、发动机（18）；其中发动机螺旋桨（16）安装在船身（1）尾部，发动机（18）通过发动机皮带（17）带动螺旋桨（16）旋转给打捞船提供动力。6.根据权利要求1-5任一项所述的基于视觉系统的水草打捞船，其特征在于：还包括视觉控制系统；视觉控制系统安装在船体上，所述视觉控制系统包括摄像头（6）、控制器（15）；其中摄像头（6）用于将图像信息传至控制器（15），通过控制器（15）分别控制发动机（17）、输送带电机（12）和收集扇驱动电机（11）运转。7.一种利用权利要求1-5任一项所述的基于视觉系统的水草打捞船进行水草打捞的方法，其特征在于：所述水草打捞的方法的具体步骤如下：StepA1、发动机（18）通过发动机皮带（17）带动螺旋桨（16）旋转给打捞装置提供动力使打捞船行驶到水草区域；StepA2、收集扇驱动电机（11）驱动收集扇传动链条（10）运动，带动传动横轴（9）转动，将传动横轴（9）的水平转动转换为收集扇旋转轴（7）的垂直转动，从而带动收集扇叶（8）转动收集水草；StepA3、输送带电机（12）转动通过输送带传动链条（13）带动输送带（4）运转，将收集好的水草送至水草收集机构；StepA4、收集好的水草送到水草收集机构内由粉碎器（3）粉碎，在水草储存室（2）中储存。8.一种利用权利要求6所述的基于视觉系统的水草打捞船进行水草打捞的方法，其特征在于：所述水草打捞的方法的具体步骤如下：StepB1、视觉控制系统通过摄像头（6）将图像传送给控制器（15），控制器（15）识别出水草的位置，并控制驱动发动机（18）工作通过发动机皮带（17）带动螺旋桨（16）旋转给打捞装置提供动力使打捞船行驶到水草区域；StepB2、控制器（15）控制驱动收集扇驱动电机（11）工作从而驱动收集扇传动链条（10）运动，带动传动横轴（9）转动，将传动横轴（9）的水平转动转换为收集扇旋转轴（7）的垂直转动，从而带动收集扇叶（8）转动收集水草；StepB3、控制器（15）控制驱动输送带电机（12）转动通过输送带传动链条（13）带动输送带（4）运转，将收集好的水草送至水草收集机构；StepB4、收集好的水草送到水草收集机构内由粉碎器（3）粉碎，在水草储存室（2）中储存。9.根据权利要求8所述的基于视觉系统的水草打捞船进行水草打捞的方法，其特征在于：所述控制器（15）识别水草位置的方法是基于水草识别deeplab算法，deeplab是一种深度学习神经网络；首先需要采集包含水草的水面环境图片，将图片数据输入deeplab神经网络中对模型进行训练，训练好的模型能提取水草图像特征，从而能对图片进行像素级别的语义分割，识别出水草的位置和离打捞船的距离；控制器（15）利用位置和距离信息控制打捞船移动到水草区域进行打捞。

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