水下結(jié)構(gòu)檢測(cè)與作業(yè)機(jī)器人ROV研制及聲納圖像識(shí)別研究.pdf

1、世界遠(yuǎn)洋運(yùn)輸事業(yè)飛速發(fā)展，船舶作為海上交通運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ哒l(fā)揮著越來(lái)越重大的作用。船舶在航行過(guò)程中，當(dāng)船體底部接觸到海中懸浮物（網(wǎng)具、繩索等）時(shí)，這些懸浮物容易被吸入并纏繞在螺旋槳上，嚴(yán)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(tái)水下部分結(jié)構(gòu)由于長(zhǎng)期處于海水的浸泡中，以及平臺(tái)受船舶的碰撞，容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)斷裂、開(kāi)裂和變形等現(xiàn)象。因此，對(duì)水下船體和海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)與作業(yè)必不可少。人工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大、成本高，逐漸被日益發(fā)達(dá)的機(jī)器設(shè)備所取代，而

2、水下機(jī)器人(Remotely Operated Vehicle，ROV)就是其中一類(lèi)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(lái)了巨大的推動(dòng)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(xiàng)目，研制了一款水下結(jié)構(gòu)檢測(cè)與作業(yè)型水下機(jī)器人ROV樣機(jī)，并開(kāi)展聲納圖像識(shí)別研究。具體內(nèi)容如下：
　　首先，本文根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外水下機(jī)器人研究現(xiàn)狀，并基于項(xiàng)目技術(shù)要求，提出了一套新穎的水下結(jié)構(gòu)檢測(cè)與作業(yè)機(jī)器人 ROV研制

3、方案，并進(jìn)行本體設(shè)計(jì)，其中包括框架設(shè)計(jì)、浮體設(shè)計(jì)、電子耐壓艙設(shè)計(jì)、動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部件選型等。
　　其次設(shè)計(jì)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(tái)面板數(shù)據(jù)采集和水面監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)。監(jiān)控軟件基于VC開(kāi)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(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊、電壓電流采集模塊、漏水檢測(cè)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，保證了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，同時(shí)方便后續(xù)功能的升級(jí)改造。
　　然后開(kāi)展852型聲納系統(tǒng)回波數(shù)據(jù)采集、成像和目標(biāo)識(shí)別研究。根據(jù)852聲納的通信協(xié)議進(jìn)行聲納圖像數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換和波束內(nèi)插完成原始圖像生成。在對(duì)聲納圖像進(jìn)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(shí)現(xiàn)聲納圖像目標(biāo)的特征提取。
　　最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行陸上調(diào)試和水池實(shí)驗(yàn)，水池實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本RO