水下檢測與作業(yè)機(jī)器人ROV控制系統(tǒng)研制及目標(biāo)識別研究.pdf

1、水下作業(yè)活動(dòng)有著各種檢測與作業(yè)需求，例如船底附著物的清除、海洋生產(chǎn)平臺水下結(jié)構(gòu)檢測、水下沉船的探測、水下管道焊接等。潛水員水下作業(yè)具有一定風(fēng)險(xiǎn)，成本較高，活動(dòng)范圍有限，可以研制有纜遙控水下機(jī)器人（Remotely Operated Vehicle，ROV）進(jìn)行水下作業(yè)。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，主要開展了水下檢測與作業(yè)機(jī)器人 ROV樣機(jī)的研制，并進(jìn)行了基于視頻圖像目標(biāo)識別的水下機(jī)器人航向控制的研究。具體內(nèi)容

2、如下：
　　首先，根據(jù)本項(xiàng)目的研制要求，設(shè)計(jì)了一套新型的水下檢測與作業(yè)機(jī)器人ROV的研制方案。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案包括ROV本體部分的設(shè)計(jì)，及水動(dòng)力性能仿真分析等?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)方案包括水面控制系統(tǒng)、水下控制系統(tǒng)和臍帶纜的設(shè)計(jì)。
　　其次進(jìn)行控制系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。水面控制系統(tǒng)包括水面監(jiān)控平臺和水面電源箱。水下控制系統(tǒng)包括主控板、電源板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、485通信板、傳感器模塊等。臍帶纜連接水面和水下控制系統(tǒng)，給水下控制系統(tǒng)供電和通信。監(jiān)控軟

3、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。水下嵌入式微控制器程序采用C語言編寫，實(shí)現(xiàn)了底層控制板相關(guān)軟件程序的設(shè)計(jì)及定深、定航閉環(huán)PID控制程序的設(shè)計(jì)，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。
　　然后進(jìn)行視頻圖像目標(biāo)識別與定航控制研究。主要研究工作包括對視頻圖像進(jìn)行圖像處理、目標(biāo)分割、目標(biāo)邊緣輪廓提取、目標(biāo)邊緣輪廓的歸一化中心距的特征提取、基于當(dāng)前圖像與目標(biāo)圖像歸一化中心

4、距的歐式距離的目標(biāo)識別、目標(biāo)質(zhì)心坐標(biāo)的提取、目標(biāo)質(zhì)心坐標(biāo)與圖像中心坐標(biāo)偏差的計(jì)算等，然后采用閉環(huán)PID負(fù)反饋控制，實(shí)現(xiàn)ROV對目標(biāo)的定向航行控制。
　　最后進(jìn)行ROV系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、水池和湖泊實(shí)驗(yàn)以及目標(biāo)識別仿真實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)驗(yàn)證整個(gè)控制系統(tǒng)調(diào)試成功，水池實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了ROV在水中的前進(jìn)、后退、上浮、下潛、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、橫移、定航、定深等水下運(yùn)動(dòng)功能和水下監(jiān)測功能。金山湖湖泊實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了ROV在開闊水域具有較好的實(shí)際作業(yè)效果。此外，對ROV目標(biāo)