哈工程研制“海底法拉利”机器人上岸 有利于海洋生物养殖可持续发展

• 2021-10-08 10:10:33 来源：黑龙江日报

自主抓取考试开始了。獐子岛的海面水流湍急，摇摇晃晃的科考船上，科研人员在显示器前监控着“海鲜”捕捞机器人的一举一动，不做任何操作。不一会儿，这个被称为“海底法拉利”的机器人上岸了，载着满满一筐在海底自主识别捕捞的扇贝，考试成绩接近满分!这是科研人员国庆节得到的最好的礼物。

“海底法拉利”是哈尔滨工程大学船舶工程学院黄海教授及其团队研究人员立足于国家自然科学基金委员会重点项目“水下机器人自主环境感知与生物目标无损抓取研究”研制的，项目起步于2016年。黄海介绍，随着水产养殖业的规模不断扩大，潜水员人工捕捞的作业模式已经越来越不能满足海洋经济可持续发展的要求。捕捞人力成本高、水下工作环境恶劣、受到客观因素影响作业时间有限，因此，团队致力于研发一款智能的海底生物捕捞水下机器人来代替潜水员的工作，不仅能降低捕捞成本，还能提高捕捞效率及安全性。

出海试验选择在獐子岛附近的自然养殖海域进行，然而测试当天，单方向海流速度已经达到了0.6米/秒，海况比较恶劣。风浪越大，水流越湍急，越能展现“海底法拉利”的实力。

“法拉利”身高1.15米，四肢矫健，长达1.2米的三关节机械臂是抓取海鲜的杀手锏。它有三只眼睛，可以根据海鲜的不同位置和海况，智能选择两种抓取模式。为了实现精确识别，捕捞机器人在下海的第一天进行了样本采集和训练，在光缆的引导下，“法拉利”被护送到海面。经过逐步分解的单目自主抓取和双目自主抓取训练测试后，独立完成从下潜到自主寻找、智能识别、定位跟随、自主抓取、收集等一系列全自主操作。

科研人员捏着一把汗，他们静静地盯着显示屏中“法拉利”的一举一动。在湍急的水流中，加足马力的“法拉利”没有受到水流的影响，凭借着强大的双目模式精准识别目标，从距离海底1.5米的高度缓缓降落，逐步趋近目标，四条腿牢牢罩在目标物的周围，机械臂果断出击。“今天有海鲜吃了!”见一只只扇贝被机械臂装进背篓，科研人员击掌叫好。

“法拉利”出海试验圆满成功，为了这一天，研究团队先后20余人努力了4年多。“海底作业不同于陆地，海水混浊能见度差，机器人要克服大风浪与海流的严重影响及正常人类作业难以应付的水下环境，挑战性超乎想象。”黄海表示，此次参加海试的第二代“海底法拉利”，经过团队多年的迭代改进升级，已经逐个突破了对海底生物的远距离探测、水下生物的视觉柔性感知、目标生物快速检测、识别与跟踪和自主抓取等技术难题。

机器人在水下智能识别海底生物和精准抓取是两大难题。当机器人发现目标后，海流的方向和流速都是不可控的，机器人如何实现精准抓取?

“我们通过对机器人的运动轨迹规划并调整机器人的运动控制，来实现机器人精准趋近目标。当发现目标后，机器人的手眼配合非常重要，团队还特别开发了手眼协调控制模型，克服了摄像机和模型参数的不确定性，实现了手眼融合自主作业。”黄海说。

据团队成员介绍，水下机器人不仅能抓取扇贝，鲍鱼、螃蟹、海参等海洋生物，在它学习之后，任何海洋生物都能识别抓取。“不但提高了工作效率，还减少了对海底生态环境的破坏，有利于海洋生物养殖的可持续发展。”

下一步，团队还将继续改良机器人的各方面性能，通过环境感知和智能决策，实现在复杂环境中对复杂组合体、软体动物甚至生命活体的操作和作业，推动我国水下机器人自主环境感知与作业技术研究应用取得重大突破。(朱虹 黑龙江日报全媒体记者 赵一诺)

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