船舶水尺检测爬壁机器人研究
发布时间：2022-01-24 05:05
在航运海事领域,对于运载大宗廉价货物的船货双方交易,主要通过水尺计重法测算货物重量。本课题研制一台磁吸附爬壁机器人,集合图像采集识别系统,实现船舶指定点位水尺的检测。结合功能要求对爬壁机器人进行总体设计,整机结构主要由三个单元构成,车体单元通过铝板配合连接块进行密封搭建;行走单元设计主动轮差速驱动配合万向球轮随动;磁吸附系统设计吸附组件实现气隙高度在2-11mm范围内可调。对爬壁机器人机械结构进行运动学和动力学分析。针对爬壁机器人在船舶壁面运行过程中的失稳情况,如壁面滑移失稳、壁面倾覆失稳和越障进行动力学建模和计算,建立系统的吸附力-重力-驱动力多参数模型,求出稳定工作所需要的吸附力,同时给出满足一定安全系数和电机裕度系数的系统驱动力,通过动力学仿真验证系统的运动特性满足设计要求。针对爬壁机器人的磁吸附系统,进行磁路方案设计和系统重要参数优化。建立磁力和磁能利用率与磁吸附系统多个参数的关联模型,最终确定出合理的磁铁尺寸、轭铁尺寸和气隙高度等参数,并进行吸附力的仿真计算,结果满足设计要求。针对爬壁机器人控制系统进行开发。针对水尺图像识别,改进了基于canny算子的边缘水线检测算法。对所研...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船舶水尺图
第一章绪论1第一章绪论1.1课题来源、研究背景及意义1.1.1课题来源本课题来源于实验室与某煤炭运销集团签订的项目：《船舶水尺检测爬壁机器人开发》，要求研制出能够根据大型海轮首部、中部、尾部六面水尺分布情况，在不同型号的船体外壁的不同部位处进行水尺查验，能在各种气候条件下随时作业，移动速度快、密封防水性好的小型爬壁机器人。1.1.2课题研究背景当前中国内陆所有港口煤炭和铁矿石等物资的年吞吐量达到百亿吨，出入港口的货轮载货重量测定都是依托船舶水尺，如下图1-1所示。船舶水尺是分布在船舶两舷的首中尾位置上的刻度线，如图1-2所示，用于估量船舶吃水深度，是进行船舶载货计重和船舶积载安全评估的重要依据[1-3]。传统的船舶吃水深度主要依靠人工目测法来确定，人工目测法存在主观性强及精度低等不足，随着技术的发展出现了雷达探测法和超声波探测法，雷达探测法存在易受金属船体干扰等问题，超声波探测法存在易受温度和湿度等因素影响的弊端。所以当前在航运海事领域，大部分货轮在船货双方交易时，还是采用人工水尺观测法，效率低下且存在安全问题[4]。本课题旨在研发一套吃水自动检测系统，搭载在小型化的爬壁机器人平台上，达到船舶六面水尺图像的稳定采集与货物的重量计算，数据实时反馈并存入数据库。图1-1船舶水尺图图1-2船舶单侧艏舯艉水尺分布图
究现状船舶吃水检测的方法有很多种，常见的几类方法包括人工水尺检测、超声波检测、激光检测以及基于机器视觉技术的检测[1-4]。人工水尺法精度低代价高，但仍然是国内目前通用的方法；超声波与激光检测法存在传感器安装不便，易受海水密度和空气湿度等因素影响的不足，沈益骏和李博等人[1]提出雷达液位计测距技术在船舶水尺计重中的应用，检测系统由雷达传感器、固定支架、显示器等共同组成，但是检测过程繁琐且检测稳定性差。基于机器视觉的吃水检测法也经过了十多年的发展，已经衍生出无人机和无人船吃水检测系统，如下图1-3所示。无人机系统存在雨雾等恶劣天气适应性差和极端情况下易损毁等不足，无人船存在取放困难和采集精度易受环境影响等问题。当前，搭载在爬壁机器人上的船舶吃水检测系统国内研究较少，市场化的产品还未出现，大连海事大学的张望团队[2]通过联合哈尔滨工业大学团队研制的拍照臂可调的爬壁机器人，如图1-4所示，用于船舶水尺图像在线拍摄实时图传，传回电脑端的图像利用软件实时识别，其存在防水性差，磁轮结构易磨损等不足。所以本课题旨在研发一套性能稳定，密封良好的轻量化爬壁机器人搭载吃水自动检测系统，达到稳定性好，环境适应性强和控制简单等优点。图1-3无人机吃水检测和无人船吃水检测
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多传感器融合的爬壁机器人控制系统研究[J]. 丁杰月,张延兵,谈英姿. 机械设计与制造工程. 2018(12)
[2]永磁吸附轮式爬壁机器人受力及功耗分析[J]. 唐东林,龙再勇,袁波,汤炎锦,潘峰. 机械科学与技术. 2019(04)
[3]风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计分析[J]. 侯嘉瑞,万熠,孙立新. 机电工程. 2018(09)
[4]基于H.265编码算法的爬壁机器人视频监控研究[J]. 何宏,李扬,张志宏. 天津理工大学学报. 2018(04)
[5]爬壁机器人磁吸附组件优化设计与试验研究[J]. 宋伟,姜红建,王滔,高振飞,杜镇韬,朱世强. 浙江大学学报(工学版). 2018(10)
[6]基于双目视觉的船用爬壁监测机器人[J]. 朱保鹏,陈伟,宦键,张榜,谢云飞. 舰船科学技术. 2018(13)
[7]面向船舶维护和监测的爬壁机器人设计[J]. 姜红建,高振飞,杜镇韬,王斌. 机械工程师. 2018(06)
[8]一种坞内船体外板喷涂新方法研究[J]. 林焰,衣正尧,李玉平,纪卓尚,裴斐,李冰. 大连理工大学学报. 2018(01)
[9]爬壁机器人焊缝跟踪过程中的焊缝检测与识别研究[J]. 王志刚,张轲,罗志锋,陈易新. 热加工工艺. 2018(01)
[10]雷达液位计测距技术在船舶水尺计重中的应用[J]. 沈益骏,李博,王鹏皓. 中国舰船研究. 2017(06)
博士论文
[1]面向焊接任务的轮足式非接触磁吸附爬壁机器人研究[D]. 吴明晖.上海交通大学 2014
[2]轮足混合驱动爬壁机器人及其关键技术的研究[D]. 李志海.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于四轮驱动永磁吸附爬壁机器人的设计与研究[D]. 王新海.南昌大学 2018
[2]基于单目视觉的爬壁机器人定位系统研究[D]. 朱凌峰.浙江大学 2018
[3]探伤机器人结构设计与双侧同步控制研究[D]. 李杰.东南大学 2017
[4]爬壁机器人的无线定位系统的设计与研究[D]. 冯伟亚.浙江大学 2017
[5]基于机器视觉的船舶吃水线检测系统研究[D]. 吴海.燕山大学 2016
[6]船体表面测量定位标识系统设计及标识爬壁机器人研究[D]. 马向峰.华中科技大学 2016
[7]船舶除锈爬壁机器人技术研究[D]. 汪兴潮.华南理工大学 2016
[8]负压爬壁机器人及其控制技术研究[D]. 滕迪.北京理工大学 2016
[9]飞机蒙皮检测机器人曲率自适应姿态控制策略研究[D]. 陈磊.南京航空航天大学 2016
[10]基于并联控制的爬壁机器人的研制[D]. 李帅.重庆大学 2015
本文编号：3605911
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船舶水尺图
第一章绪论1第一章绪论1.1课题来源、研究背景及意义1.1.1课题来源本课题来源于实验室与某煤炭运销集团签订的项目：《船舶水尺检测爬壁机器人开发》，要求研制出能够根据大型海轮首部、中部、尾部六面水尺分布情况，在不同型号的船体外壁的不同部位处进行水尺查验，能在各种气候条件下随时作业，移动速度快、密封防水性好的小型爬壁机器人。1.1.2课题研究背景当前中国内陆所有港口煤炭和铁矿石等物资的年吞吐量达到百亿吨，出入港口的货轮载货重量测定都是依托船舶水尺，如下图1-1所示。船舶水尺是分布在船舶两舷的首中尾位置上的刻度线，如图1-2所示，用于估量船舶吃水深度，是进行船舶载货计重和船舶积载安全评估的重要依据[1-3]。传统的船舶吃水深度主要依靠人工目测法来确定，人工目测法存在主观性强及精度低等不足，随着技术的发展出现了雷达探测法和超声波探测法，雷达探测法存在易受金属船体干扰等问题，超声波探测法存在易受温度和湿度等因素影响的弊端。所以当前在航运海事领域，大部分货轮在船货双方交易时，还是采用人工水尺观测法，效率低下且存在安全问题[4]。本课题旨在研发一套吃水自动检测系统，搭载在小型化的爬壁机器人平台上，达到船舶六面水尺图像的稳定采集与货物的重量计算，数据实时反馈并存入数据库。图1-1船舶水尺图图1-2船舶单侧艏舯艉水尺分布图
究现状船舶吃水检测的方法有很多种，常见的几类方法包括人工水尺检测、超声波检测、激光检测以及基于机器视觉技术的检测[1-4]。人工水尺法精度低代价高，但仍然是国内目前通用的方法；超声波与激光检测法存在传感器安装不便，易受海水密度和空气湿度等因素影响的不足，沈益骏和李博等人[1]提出雷达液位计测距技术在船舶水尺计重中的应用，检测系统由雷达传感器、固定支架、显示器等共同组成，但是检测过程繁琐且检测稳定性差。基于机器视觉的吃水检测法也经过了十多年的发展，已经衍生出无人机和无人船吃水检测系统，如下图1-3所示。无人机系统存在雨雾等恶劣天气适应性差和极端情况下易损毁等不足，无人船存在取放困难和采集精度易受环境影响等问题。当前，搭载在爬壁机器人上的船舶吃水检测系统国内研究较少，市场化的产品还未出现，大连海事大学的张望团队[2]通过联合哈尔滨工业大学团队研制的拍照臂可调的爬壁机器人，如图1-4所示，用于船舶水尺图像在线拍摄实时图传，传回电脑端的图像利用软件实时识别，其存在防水性差，磁轮结构易磨损等不足。所以本课题旨在研发一套性能稳定，密封良好的轻量化爬壁机器人搭载吃水自动检测系统，达到稳定性好，环境适应性强和控制简单等优点。图1-3无人机吃水检测和无人船吃水检测
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多传感器融合的爬壁机器人控制系统研究[J]. 丁杰月,张延兵,谈英姿. 机械设计与制造工程. 2018(12)
[2]永磁吸附轮式爬壁机器人受力及功耗分析[J]. 唐东林,龙再勇,袁波,汤炎锦,潘峰. 机械科学与技术. 2019(04)
[3]风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计分析[J]. 侯嘉瑞,万熠,孙立新. 机电工程. 2018(09)
[4]基于H.265编码算法的爬壁机器人视频监控研究[J]. 何宏,李扬,张志宏. 天津理工大学学报. 2018(04)
[5]爬壁机器人磁吸附组件优化设计与试验研究[J]. 宋伟,姜红建,王滔,高振飞,杜镇韬,朱世强. 浙江大学学报(工学版). 2018(10)
[6]基于双目视觉的船用爬壁监测机器人[J]. 朱保鹏,陈伟,宦键,张榜,谢云飞. 舰船科学技术. 2018(13)
[7]面向船舶维护和监测的爬壁机器人设计[J]. 姜红建,高振飞,杜镇韬,王斌. 机械工程师. 2018(06)
[8]一种坞内船体外板喷涂新方法研究[J]. 林焰,衣正尧,李玉平,纪卓尚,裴斐,李冰. 大连理工大学学报. 2018(01)
[9]爬壁机器人焊缝跟踪过程中的焊缝检测与识别研究[J]. 王志刚,张轲,罗志锋,陈易新. 热加工工艺. 2018(01)
[10]雷达液位计测距技术在船舶水尺计重中的应用[J]. 沈益骏,李博,王鹏皓. 中国舰船研究. 2017(06)
博士论文
[1]面向焊接任务的轮足式非接触磁吸附爬壁机器人研究[D]. 吴明晖.上海交通大学 2014
[2]轮足混合驱动爬壁机器人及其关键技术的研究[D]. 李志海.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于四轮驱动永磁吸附爬壁机器人的设计与研究[D]. 王新海.南昌大学 2018
[2]基于单目视觉的爬壁机器人定位系统研究[D]. 朱凌峰.浙江大学 2018
[3]探伤机器人结构设计与双侧同步控制研究[D]. 李杰.东南大学 2017
[4]爬壁机器人的无线定位系统的设计与研究[D]. 冯伟亚.浙江大学 2017
[5]基于机器视觉的船舶吃水线检测系统研究[D]. 吴海.燕山大学 2016
[6]船体表面测量定位标识系统设计及标识爬壁机器人研究[D]. 马向峰.华中科技大学 2016
[7]船舶除锈爬壁机器人技术研究[D]. 汪兴潮.华南理工大学 2016
[8]负压爬壁机器人及其控制技术研究[D]. 滕迪.北京理工大学 2016
[9]飞机蒙皮检测机器人曲率自适应姿态控制策略研究[D]. 陈磊.南京航空航天大学 2016
[10]基于并联控制的爬壁机器人的研制[D]. 李帅.重庆大学 2015
本文编号：3605911
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