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

1、水下作業(yè)活動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)平臺水下結構檢測、水下沉船的探測、水下管道焊接等。潛水員水下作業(yè)具有一定風險，成本較高，活動范圍有限，可以研制有纜遙控水下機器人（Remotely Operated Vehicle，ROV）進行水下作業(yè)。本文結合江蘇省高技術船舶協(xié)同創(chuàng)新中心2015年科研項目，主要開展了水下檢測與作業(yè)機器人 ROV樣機的研制，并進行了基于視頻圖像目標識別的水下機器人航向控制的研究。具體內(nèi)容

2、如下：
　　首先，根據(jù)本項目的研制要求，設計了一套新型的水下檢測與作業(yè)機器人ROV的研制方案。結構設計方案包括ROV本體部分的設計，及水動力性能仿真分析等?？刂葡到y(tǒng)設計方案包括水面控制系統(tǒng)、水下控制系統(tǒng)和臍帶纜的設計。
　　其次進行控制系統(tǒng)的詳細設計。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、電機驅(qū)動板、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，實現(xiàn)了底層控制板相關軟件程序的設計及定深、定航閉環(huán)PID控制程序的設計，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。
　　然后進行視頻圖像目標識別與定航控制研究。主要研究工作包括對視頻圖像進行圖像處理、目標分割、目標邊緣輪廓提取、目標邊緣輪廓的歸一化中心距的特征提取、基于當前圖像與目標圖像歸一化中心

4、距的歐式距離的目標識別、目標質(zhì)心坐標的提取、目標質(zhì)心坐標與圖像中心坐標偏差的計算等，然后采用閉環(huán)PID負反饋控制，實現(xiàn)ROV對目標的定向航行控制。
　　最后進行ROV系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、水池和湖泊實驗以及目標識別仿真實驗，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)驗證整個控制系統(tǒng)調(diào)試成功，水池實驗驗證了ROV在水中的前進、后退、上浮、下潛、左轉、右轉、橫移、定航、定深等水下運動功能和水下監(jiān)測功能。金山湖湖泊實驗驗證了ROV在開闊水域具有較好的實際作業(yè)效果。此外，對ROV目標