在航運海事領(lǐng)域,對于運載大宗廉價貨物的船貨雙方交易,主要通過水尺計重法測算貨物重量。本課題研制一臺磁吸附爬壁機器人,集合圖像采集識別系統(tǒng),實現(xiàn)船舶指定點位水尺的檢測。結(jié)合功能要求對爬壁機器人進行總體設(shè)計,整機結(jié)構(gòu)主要由三個單元構(gòu)成,車體單元通過鋁板配合連接塊進行密封搭建;行走單元設(shè)計主動輪差速驅(qū)動配合萬向球輪隨動;磁吸附系統(tǒng)設(shè)計吸附組件實現(xiàn)氣隙高度在2-11mm范圍內(nèi)可調(diào)。對爬壁機器人機械結(jié)構(gòu)進行運動學和動力學分析。針對爬壁機器人在船舶壁面運行過程中的失穩(wěn)情況,如壁面滑移失穩(wěn)、壁面傾覆失穩(wěn)和越障進行動力學建模和計算,建立系統(tǒng)的吸附力-重力-驅(qū)動力多參數(shù)模型,求出穩(wěn)定工作所需要的吸附力,同時給出滿足一定安全系數(shù)和電機裕度系數(shù)的系統(tǒng)驅(qū)動力,通過動力學仿真驗證系統(tǒng)的運動特性滿足設(shè)計要求。針對爬壁機器人的磁吸附系統(tǒng),進行磁路方案設(shè)計和系統(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),并進行吸附力的仿真計算,結(jié)果滿足設(shè)計要求。針對爬壁機器人控制系統(tǒng)進行開發(fā)。針對水尺圖像識別,改進了基于canny算子的邊緣水線檢測算法。對所研... 

【文章來源】：東南大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

船舶水尺圖

第一章緒論1第一章緒論1.1課題來源、研究背景及意義1.1.1課題來源本課題來源于實驗室與某煤炭運銷集團簽訂的項目：《船舶水尺檢測爬壁機器人開發(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，在不同型號的船體外壁的不同部位處進行水尺查驗，能在各種氣候條件下隨時作業(yè)，移動速度快、密封防水性好的小型爬壁機器人。1.1.2課題研究背景當前中國內(nèi)陸所有港口煤炭和鐵礦石等物資的年吞吐量達到百億噸，出入港口的貨輪載貨重量測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，是進行船舶載貨計重和船舶積載安全評估的重要依據(jù)[1-3]。傳統(tǒng)的船舶吃水深度主要依靠人工目測法來確定，人工目測法存在主觀性強及精度低等不足，隨著技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了雷達探測法和超聲波探測法，雷達探測法存在易受金屬船體干擾等問題，超聲波探測法存在易受溫度和濕度等因素影響的弊端。所以當前在航運海事領(lǐng)域，大部分貨輪在船貨雙方交易時，還是采用人工水尺觀測法，效率低下且存在安全問題[4]。本課題旨在研發(fā)一套吃水自動檢測系統(tǒng)，搭載在小型化的爬壁機器人平臺上，達到船舶六面水尺圖像的穩(wěn)定采集與貨物的重量計算，數(shù)據(jù)實時反饋并存入數(shù)據(jù)庫。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)狀船舶吃水檢測的方法有很多種，常見的幾類方法包括人工水尺檢測、超聲波檢測、激光檢測以及基于機器視覺技術(shù)的檢測[1-4]。人工水尺法精度低代價高，但仍然是國內(nèi)目前通用的方法；超聲波與激光檢測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]提出雷達液位計測距技術(shù)在船舶水尺計重中的應(yīng)用，檢測系統(tǒng)由雷達傳感器、固定支架、顯示器等共同組成，但是檢測過程繁瑣且檢測穩(wěn)定性差�；跈C器視覺的吃水檢測法也經(jīng)過了十多年的發(fā)展，已經(jīng)衍生出無人機和無人船吃水檢測系統(tǒng)，如下圖1-3所示。無人機系統(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，無人船存在取放困難和采集精度易受環(huán)境影響等問題。當前，搭載在爬壁機器人上的船舶吃水檢測系統(tǒng)國內(nèi)研究較少，市場化的產(chǎn)品還未出現(xiàn)，大連海事大學的張望團隊[2]通過聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學團隊研制的拍照臂可調(diào)的爬壁機器人，如圖1-4所示，用于船舶水尺圖像在線拍攝實時圖傳，傳回電腦端的圖像利用軟件實時識別，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器人搭載吃水自動檢測系統(tǒng)，達到穩(wěn)定性好，環(huán)境適應(yīng)性強和控制簡單等優(yōu)點。圖1-3無人機吃水檢測和無人船吃水檢測

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于多傳感器融合的爬壁機器人控制系統(tǒng)研究[J]. 丁杰月,張延兵,談英姿.  機械設(shè)計與制造工程. 2018(12)
[2]永磁吸附輪式爬壁機器人受力及功耗分析[J]. 唐東林,龍再勇,袁波,湯炎錦,潘峰.  機械科學與技術(shù). 2019(04)
[3]風電塔筒爬壁機器人吸附結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[J]. 侯嘉瑞,萬熠,孫立新.  機電工程. 2018(09)
[4]基于H.265編碼算法的爬壁機器人視頻監(jiān)控研究[J]. 何宏,李揚,張志宏.  天津理工大學學報. 2018(04)
[5]爬壁機器人磁吸附組件優(yōu)化設(shè)計與試驗研究[J]. 宋偉,姜紅建,王滔,高振飛,杜鎮(zhèn)韜,朱世強.  浙江大學學報(工學版). 2018(10)
[6]基于雙目視覺的船用爬壁監(jiān)測機器人[J]. 朱保鵬,陳偉,宦鍵,張榜,謝云飛.  艦船科學技術(shù). 2018(13)
[7]面向船舶維護和監(jiān)測的爬壁機器人設(shè)計[J]. 姜紅建,高振飛,杜鎮(zhèn)韜,王斌.  機械工程師. 2018(06)
[8]一種塢內(nèi)船體外板噴涂新方法研究[J]. 林焰,衣正堯,李玉平,紀卓尚,裴斐,李冰.  大連理工大學學報. 2018(01)
[9]爬壁機器人焊縫跟蹤過程中的焊縫檢測與識別研究[J]. 王志剛,張軻,羅志鋒,陳易新.  熱加工工藝. 2018(01)
[10]雷達液位計測距技術(shù)在船舶水尺計重中的應(yīng)用[J]. 沈益駿,李博,王鵬皓.  中國艦船研究. 2017(06)

博士論文
[1]面向焊接任務(wù)的輪足式非接觸磁吸附爬壁機器人研究[D]. 吳明暉.上海交通大學 2014
[2]輪足混合驅(qū)動爬壁機器人及其關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 李志海.哈爾濱工業(yè)大學 2010

碩士論文
[1]基于四輪驅(qū)動永磁吸附爬壁機器人的設(shè)計與研究[D]. 王新海.南昌大學 2018
[2]基于單目視覺的爬壁機器人定位系統(tǒng)研究[D]. 朱凌峰.浙江大學 2018
[3]探傷機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與雙側(cè)同步控制研究[D]. 李杰.東南大學 2017
[4]爬壁機器人的無線定位系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]. 馮偉亞.浙江大學 2017
[5]基于機器視覺的船舶吃水線檢測系統(tǒng)研究[D]. 吳海.燕山大學 2016
[6]船體表面測量定位標識系統(tǒng)設(shè)計及標識爬壁機器人研究[D]. 馬向峰.華中科技大學 2016
[7]船舶除銹爬壁機器人技術(shù)研究[D]. 汪興潮.華南理工大學 2016
[8]負壓爬壁機器人及其控制技術(shù)研究[D]. 滕迪.北京理工大學 2016
[9]飛機蒙皮檢測機器人曲率自適應(yīng)姿態(tài)控制策略研究[D]. 陳磊.南京航空航天大學 2016
[10]基于并聯(lián)控制的爬壁機器人的研制[D]. 李帥.重慶大學 2015



本文編號：3605911