水下結(jié)構(gòu)檢測與作業(yè)機器人ROV研制及聲納圖像識別研究.pdf

1、世界遠洋運輸事業(yè)飛速發(fā)展，船舶作為海上交通運輸?shù)闹饕ぞ哒l(fā)揮著越來越重大的作用。船舶在航行過程中，當(dāng)船體底部接觸到海中懸浮物（網(wǎng)具、繩索等）時，這些懸浮物容易被吸入并纏繞在螺旋槳上，嚴重影響船舶的航行安全。不僅如此，海洋結(jié)構(gòu)生產(chǎn)平臺水下部分結(jié)構(gòu)由于長期處于海水的浸泡中，以及平臺受船舶的碰撞，容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)斷裂、開裂和變形等現(xiàn)象。因此，對水下船體和海洋平臺結(jié)構(gòu)的檢測與作業(yè)必不可少。人工作業(yè)風(fēng)險大、成本高，逐漸被日益發(fā)達的機器設(shè)備所取代，而

2、水下機器人(Remotely Operated Vehicle，ROV)就是其中一類極具代表性的設(shè)備，為海洋事業(yè)的發(fā)展和海洋科學(xué)研究帶來了巨大的推動作用。
　　本文結(jié)合江蘇省高技術(shù)船舶協(xié)同創(chuàng)新中心2015年科研項目，研制了一款水下結(jié)構(gòu)檢測與作業(yè)型水下機器人ROV樣機，并開展聲納圖像識別研究。具體內(nèi)容如下：
　　首先，本文根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)外水下機器人研究現(xiàn)狀，并基于項目技術(shù)要求，提出了一套新穎的水下結(jié)構(gòu)檢測與作業(yè)機器人 ROV研制

3、方案，并進行本體設(shè)計，其中包括框架設(shè)計、浮體設(shè)計、電子耐壓艙設(shè)計、動力推進系統(tǒng)設(shè)計及關(guān)鍵部件選型等。
　　其次設(shè)計并研制了 ROV水面控制系統(tǒng)和水下控制系統(tǒng)。水面控制系統(tǒng)包括控制臺面板數(shù)據(jù)采集和水面監(jiān)控軟件設(shè)計。監(jiān)控軟件基于VC開發(fā)，具有圖像顯示、導(dǎo)航及監(jiān)控信息疊加、ROV控制功能。水下控制系統(tǒng)包括主控模塊、電源模塊、電機驅(qū)動模塊、通信模塊、電壓電流采集模塊、漏水檢測模塊等。其中主控芯片為 K60，其內(nèi)核為ARM-CORTEX-M

4、4，并搭載μC/OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)，保證了控制系統(tǒng)的實時性和可靠性，同時方便后續(xù)功能的升級改造。
　　然后開展852型聲納系統(tǒng)回波數(shù)據(jù)采集、成像和目標(biāo)識別研究。根據(jù)852聲納的通信協(xié)議進行聲納圖像數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)過坐標(biāo)變換和波束內(nèi)插完成原始圖像生成。在對聲納圖像進行了灰度變換、中值濾波、閾值分割的基礎(chǔ)上，最終采用Hough變換實現(xiàn)聲納圖像目標(biāo)的特征提取。
　　最后對整個系統(tǒng)進行陸上調(diào)試和水池實驗，水池實驗驗證了本RO