大连海事大学在2020年全国水下机器人大赛中喜获
发表时间:2020-09-26 作者:211大学网

9月20日,由国家自然科学基金委员会主办的2020年全国水下机器人大赛圆满落幕,来自全国各地20支队伍参加了大赛现场竞技。经过2天的激烈角逐,大连海事大学“海星队”以40分钟抓取79个海产品的成绩,打破历届比赛项目抓取最高记录,成功夺取人机协同赛冠军。大连海事大学“海狮队”“章鱼队”分获人机协同赛二等奖、三等奖;此外,“海狮队”获得了自主抓取赛第二名的成绩。本次比赛大连海事大学共包揽7项大奖,获奖数量排名第一。

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夺得冠军的“海星队”是大连海事大学付先平教授团队自主研发的新一代双手水下捕捞机器人。“海星”在硬件设计上首次采用双机械手弯臂设计方案,极大地提高了机械手的抓取效率,此外,机械手控制程序配备力学反馈模块,在抓取失败、目标物脱落等情况下自动停止抓取动作,抓取动作灵活。在软件设计方面,海星队采用内置低功耗GPU进行实时目标检测,实现水下小目标快速识别与抓取,具备自主导航、智能避障等功能。作为“海星队”的队长,大连海事大学博士生袁国良连续多年指导和组织大连海事大学学生进行水下机器人及自主抓取算法设计,带领团队在国内外大赛中6次取得优异成绩,本次“海星队”夺冠代表着大连海事大学以袁国良博士为代表的研究生团队已处于我国水下抓取机器人领域最高水平。

付先平教授表示,水下机器人目标抓取的难度较大,涉及机器视觉、控制科学、流体力学、机械设计及制造等多个领域,需要多个单位参加攻克核心关键科学问题。全国水下机器人大赛已经进行到第4年,凝聚了更广泛的科学力量投入到水下捕捞机器人的设计和开发过程中,对该领域的核心问题的解决有重大推进作用。例如,养殖海洋环境的海底有沙底、水草、礁石等不同情况,抓取目标包括海参、扇贝、海胆、鲍鱼等不同目标,对水下机器人的实际作业带来了极大挑战,需要针对不同的海洋环境设计不同类型的水下捕捞机器人,并进行大规模的实验验证,这些都需要更多的科学研究人员参与,才能完成这个复杂工程。

“海狮”号机器人是大连海事大学研发的第七代水下机器人的改进版,设计改进了机械手抓取的力反馈算法,提高了抓取效率。水下捕捞机器人于2019年被工业和信息化部列为新一代人工智能产业创新重点任务,研发团队是辽宁省“兴辽英才计划”高水平创新创业团队,隶属于大连市水下机器人工程中心。该机器人长640mm,宽600mm,高400mm,重约60kg,最大深度可达300米,最大航速4节,采用4K分辨率摄像机,并加载了图像增强模块。采用最新八轴推进器,可实现各种姿态的点位、直线、圆弧等运动控制,具有更强的稳定性与平衡能力。采用全新双机械手并行抓取模式,巧妙采用弯臂设计方案,大大提高了机械手的抓取效率。机器人内置两个可快速拆卸的网箱,具有一定负载能力。采用内置低功耗的GPU进行实时目标识别,无需利用地面计算资源进行图像处理。集成了水声和光学定位技术完成水下目标的测量,实现水下小目标快速遍历和抓取。适用于水下环境探测、水下目标检测以及海产品的自主抓取等。

“章鱼号”是大连海事大学研发的第四代水下机器人的改进版,相比于去年的参赛作品,新型机器人更加灵活精准,特别采用的嵌入式抓取结构,能最大幅度减少悬浮抓取动作对机器人平衡造成的影响,对海产品的识别度也更加精准,根据在真实海域采集的数据分析,“章鱼号”的准确率能达到80%左右。

“海大大”号机器人是大连海事大学研发的第四代水下机器人,重约30公斤,最大深度可达200米,最大航速4节,无线方式可以3小时不间断工作。参赛队员介绍说,海大大采用八轴推进器,动力充沛,行动敏捷,控制稳定,不仅能够快速上升、下潜、灵活调整姿态,也可以完成侧翻、倒立等高难度动作。“根据去年参赛的经验,我们设计了全新的机械手,能够灵巧快速地抓取水下目标。具有定深巡航、声呐探测、水下目标自动识别等功能,可用于水下场景的观测,以及水下目标的智能检测与自主抓取。”

本次比赛的带队指导教师、大连海事大学轮机工程学院教授徐敏义表示,当前,水下捕捞机器人可较好地完成人机协同抓取任务,抓取效率较高且作业稳定性强,但针对无人监管的自主抓取作业,虽然当前可初步实现自主作业,但作业效率仍难以满足捕捞需求,仍需进一步提高自主作业效率。难点在于:动态浑浊的真实海洋环境为水下捕捞机器人自主作业带来极大挑战,机器人在浑浊水体中目标识别效率较低,精度有待提高;此外,水下目标形状、大小各异,自主抓取动作复杂,水下捕捞机器人作业难度大。“虽然水下捕捞机器人面临诸多难点,但经过全国各个单位的努力,已初步具备自主作业能力。大连海事大学已与多个单位达成技术开发委托协议,销售了多台水下捕捞机器人,合同额达415万元,具备丰富的产业化经验。”