在航運(yùn)海事領(lǐng)域,對(duì)于運(yùn)載大宗廉價(jià)貨物的船貨雙方交易,主要通過(guò)水尺計(jì)重法測(cè)算貨物重量。本課題研制一臺(tái)磁吸附爬壁機(jī)器人,集合圖像采集識(shí)別系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)船舶指定點(diǎn)位水尺的檢測(cè)。結(jié)合功能要求對(duì)爬壁機(jī)器人進(jìn)行總體設(shè)計(jì),整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由三個(gè)單元構(gòu)成,車體單元通過(guò)鋁板配合連接塊進(jìn)行密封搭建;行走單元設(shè)計(jì)主動(dòng)輪差速驅(qū)動(dòng)配合萬(wàn)向球輪隨動(dòng);磁吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)吸附組件實(shí)現(xiàn)氣隙高度在2-11mm范圍內(nèi)可調(diào)。對(duì)爬壁機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。針對(duì)爬壁機(jī)器人在船舶壁面運(yùn)行過(guò)程中的失穩(wěn)情況,如壁面滑移失穩(wěn)、壁面傾覆失穩(wěn)和越障進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和計(jì)算,建立系統(tǒng)的吸附力-重力-驅(qū)動(dòng)力多參數(shù)模型,求出穩(wěn)定工作所需要的吸附力,同時(shí)給出滿足一定安全系數(shù)和電機(jī)裕度系數(shù)的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力,通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真驗(yàn)證系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)爬壁機(jī)器人的磁吸附系統(tǒng),進(jìn)行磁路方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)重要參數(shù)優(yōu)化。建立磁力和磁能利用率與磁吸附系統(tǒng)多個(gè)參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型,最終確定出合理的磁鐵尺寸、軛鐵尺寸和氣隙高度等參數(shù),并進(jìn)行吸附力的仿真計(jì)算,結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。針對(duì)水尺圖像識(shí)別,改進(jìn)了基于canny算子的邊緣水線檢測(cè)算法。對(duì)所研... 

【文章來(lái)源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

船舶水尺圖

第一章緒論1第一章緒論1.1課題來(lái)源、研究背景及意義1.1.1課題來(lái)源本課題來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室與某煤炭運(yùn)銷集團(tuán)簽訂的項(xiàng)目：《船舶水尺檢測(cè)爬壁機(jī)器人開(kāi)發(fā)》，要求研制出能夠根據(jù)大型海輪首部、中部、尾部六面水尺分布情況，在不同型號(hào)的船體外壁的不同部位處進(jìn)行水尺查驗(yàn)，能在各種氣候條件下隨時(shí)作業(yè)，移動(dòng)速度快、密封防水性好的小型爬壁機(jī)器人。1.1.2課題研究背景當(dāng)前中國(guó)內(nèi)陸所有港口煤炭和鐵礦石等物資的年吞吐量達(dá)到百億噸，出入港口的貨輪載貨重量測(cè)定都是依托船舶水尺，如下圖1-1所示。船舶水尺是分布在船舶兩舷的首中尾位置上的刻度線，如圖1-2所示，用于估量船舶吃水深度，是進(jìn)行船舶載貨計(jì)重和船舶積載安全評(píng)估的重要依據(jù)[1-3]。傳統(tǒng)的船舶吃水深度主要依靠人工目測(cè)法來(lái)確定，人工目測(cè)法存在主觀性強(qiáng)及精度低等不足，隨著技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了雷達(dá)探測(cè)法和超聲波探測(cè)法，雷達(dá)探測(cè)法存在易受金屬船體干擾等問(wèn)題，超聲波探測(cè)法存在易受溫度和濕度等因素影響的弊端。所以當(dāng)前在航運(yùn)海事領(lǐng)域，大部分貨輪在船貨雙方交易時(shí)，還是采用人工水尺觀測(cè)法，效率低下且存在安全問(wèn)題[4]。本課題旨在研發(fā)一套吃水自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，搭載在小型化的爬壁機(jī)器人平臺(tái)上，達(dá)到船舶六面水尺圖像的穩(wěn)定采集與貨物的重量計(jì)算，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋并存入數(shù)據(jù)庫(kù)。圖1-1船舶水尺圖圖1-2船舶單側(cè)艏舯艉水尺分布圖

究現(xiàn)狀船舶吃水檢測(cè)的方法有很多種，常見(jiàn)的幾類方法包括人工水尺檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、激光檢測(cè)以及基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的檢測(cè)[1-4]。人工水尺法精度低代價(jià)高，但仍然是國(guó)內(nèi)目前通用的方法；超聲波與激光檢測(cè)法存在傳感器安裝不便，易受海水密度和空氣濕度等因素影響的不足，沈益駿和李博等人[1]提出雷達(dá)液位計(jì)測(cè)距技術(shù)在船舶水尺計(jì)重中的應(yīng)用，檢測(cè)系統(tǒng)由雷達(dá)傳感器、固定支架、顯示器等共同組成，但是檢測(cè)過(guò)程繁瑣且檢測(cè)穩(wěn)定性差。基于機(jī)器視覺(jué)的吃水檢測(cè)法也經(jīng)過(guò)了十多年的發(fā)展，已經(jīng)衍生出無(wú)人機(jī)和無(wú)人船吃水檢測(cè)系統(tǒng)，如下圖1-3所示。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)存在雨霧等惡劣天氣適應(yīng)性差和極端情況下易損毀等不足，無(wú)人船存在取放困難和采集精度易受環(huán)境影響等問(wèn)題。當(dāng)前，搭載在爬壁機(jī)器人上的船舶吃水檢測(cè)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)研究較少，市場(chǎng)化的產(chǎn)品還未出現(xiàn)，大連海事大學(xué)的張望團(tuán)隊(duì)[2]通過(guò)聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)研制的拍照臂可調(diào)的爬壁機(jī)器人，如圖1-4所示，用于船舶水尺圖像在線拍攝實(shí)時(shí)圖傳，傳回電腦端的圖像利用軟件實(shí)時(shí)識(shí)別，其存在防水性差，磁輪結(jié)構(gòu)易磨損等不足。所以本課題旨在研發(fā)一套性能穩(wěn)定，密封良好的輕量化爬壁機(jī)器人搭載吃水自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，達(dá)到穩(wěn)定性好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。圖1-3無(wú)人機(jī)吃水檢測(cè)和無(wú)人船吃水檢測(cè)

【參考文獻(xiàn)】：
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