自主型水下巡检系统设计与实现

发布时间：2020-04-06 11:11

【摘要】：水产养殖对水质的要求严格,检测人员通常采用固定位置安装相应传感器或者人工随机取样等方式对水质进行检查。这些方式存在费用高、耗时长、检测不准等问题。为了解决上述存在的问题,本文研究一款可作为水质检测的平台的水下巡检系统,具有多自由运动功能,采用基于视觉的方式实现巡检系统在水下的自动定位导航。本文首先对巡检系统进行需求分析,给出如下巡检系统需要具备的功能:能够在水下实现四自由度运动,具有检测前进方向上的障碍物的功能,在巡检过程中实现自身运动状态检测,能搭载不同类型的传感器,在水质检测的重点不同时能够实现模块化组装。基于以上巡检系统功能的分析,本文对巡检系统的机械结构以及控制系统进行设计。巡检系统采用四个螺旋桨推进器来实现四自由度运动,并采用模块化的分舱式结构设计,通过视觉方案来实现障碍物的检测,使用挂载板的方式实现多传感器的搭载。同时本文对巡检系统的运动学和动力学进行建模分析,给出了静水状态下运动的流场仿真分析。考虑到巡检系统在水下运动时对航向以及深度的要求,本文还设计了双闭环PID的运动控制方案,使得巡检系统在航向上以及深度上能够分别实现稳定的运动控制。在对上述巡检系统的设计方案与有关理论研究的基础上,研制出水下巡检系统样机,搭建并调试了硬件系统控制平台,编制了相应的软件控制程序,实现了运动控制算法,并进行了相关的水下实验,验证水下巡检系统的功能。实验结果表明,该系统能够实现预期的设计目标。
【图文】：

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图 1-1 传统的水质调查方式[4-7]基于对上述背景和研究意义的分析，本文设计一款用于水质检测的水检系统。通过对该系统在水下运动时的运动学和动力学分析、水下流以及固定航向和固定深度上的控制方法的研究，为后期携带水质检测定高效的检测水质奠定良好的基础。水下航行器的研究现状水下巡检系统是水下航行器中的一类，水下航行器按照操控的方式不为载人水下航行器和无人数下航行器两大类[8]。世界各国对水下航行起步都比较晚，国外在水下航行器的研究领域处于领先地位的有美国学院 MIT Sea Grant's AUV 实验室、美国海军研究生院（Naval Postgraool ）智能水下运载器研究中心、美国伍慈侯海洋学院（ Woods anographic Institute ）、美国弗罗里达大西洋大学高级海洋系统实dvanced Marine System Laboratory）、美国缅因州大学海洋系统工程实arine Systems Underwater Systems Institute）、美国夏威夷大学自动化

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的影响；对巡检系统进行计算流体力学（FD）仿真分析可以对巡检系统结构设计进巡检系统后期用于控制模型中的有关系数检系统实现其预期运动效果的决定性因素驱动方式的研究现状驱动方式多种多样，不同的驱动有着其各方式的研究，有研究人员把目光放在的水麻省理工学院研制了仿生驱动的水下机boTuna 模仿了蓝鳍金枪鱼的运动方式，采现其在水下的运动，在水下运行时，，其平能够在水中运动可以用波动推进理，被 RoboTuna 脊椎曲线所包络的水由向前的推力。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S969

【参考文献】