一种开架式水下作业机器人的设计与实现

发布时间：2020-09-21 13:17

　　近年来,随着陆地资源的不断消耗,海洋的探索成为了新的发展趋势。然而大多数的海洋区域地形复杂,凶险未知,加上人类自身条件的局限性,无法长时间在水中工作,一时间海洋研究陷入了僵局。水下机器人的诞生解决了这一问题,它能够代替人类进入海底深处,通过搭载专业的摄像头和相关传感器设备实现对海洋的观察、测量、打捞等工作,极大推动了海洋事业的发展。目前利用水下机器人执行相关水下作业任务已成为人们研究的热点。本文所设计的水下作业机器人包含水下机器人主体平台和地面站平台两大部分:水下主体平台采用开架式的外形结构,用SolidWorks进行机架及耐压舱的机械结构设计,以STM32作为主控制器,利用Altium Designer软件设计核心控制电路板,包含电源、电机驱动、数据采集、图像采集等模块,连接成控制系统的硬件电路,并烧写相关程序进行系统的调试。程序中加入了PID控制算法,提高了控制效果。在协处理器树莓派中安装Linux系统环境,运行MySQL数据库和boa服务器;同时设计了上位机控制界面和网页端监测界面,通过局域网和串口的通信,实现了对机器人远程的运动控制和图像采集,测量的相关数据可在监测终端上实现显示、存储和查询。并最终通过水中的运动控制实验、数据采集实验、图像传输实验等验证了水下作业机器人系统的稳定性和可靠性。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP242
【部分图文】：

示意图,双稳态,势阱,示意图

图 2.1 双稳态势阱示意图（ a 0.8， b 0.5）声 n( t)与周期信号 s (t)作用的 Duffing 振子方程：()()3 x kx ax bx st nt 0s (t )=A cos 2 f t Duffing 振子 SR 系统输入， A为输入信号幅度，势函数 U ( x )存在三个极值点在相轨迹组成的曲线和非稳定点（ 0 ， 0）；如果的拐点与极点为同一27b。态，式（2.6）惯性项忽略，且 k 1时，获得一3x ax bx s (t ) n( t )

变化曲线,输出信噪比,系统输入,变化曲线

图 2.4 SR 系统输入/输出信噪比随 D变化曲线领域中，有时更需获知系统输出相比于输入信号质量的Signal to Noise RatioImprovement， S NRI)衡量随机共ininoutoutinoutSfNfSfNfSNRSNRSNRI()/()()/()0000 ，表明经 SR 处理后，噪声部分能量转化成微弱信号能RI 越大检测性能越好。道容量传输时，可使用误码率来衡量传输性能的好坏；数字信道容量来描述随机共振现象[61-63]。在无记忆的高斯白噪声

变化图,变化图,系统影响,参数

线性系统势函数11 1( ) ( ) ( )2 4V y ay b y，势垒高度1(4 ) Vb bD，调节噪声强度 D 相当于更改参数1b ，其中的变化可通过修改跃迁率kr 的变化与系统参数 a 有关，调节参数能适应不同输入速度，固定噪声强度不变，可通过调节参数、达到 SR 效果。参数a和b 值会造成势函数的势垒高度2(4 )aUb 、势阱间距离x 值34 27cA a b改变。从图 2.5(a)可知：当 a =1时， b 值变小，势函， x 变大。从图 2.5(b) 可知：当 b =1时，a 值变小，势函数的，从图 2.5(c)(d)可知，cA 与、 b 呈非线性关系，cA 增大，粒子需要势垒实现跃迁得目的。在双稳态系统中，决定系统实现 SR 时，变化会造成系统实现 SR 时，输出信号幅度的改变，因此，系对双稳态系统参数对随机共振发挥着非常重要的作用。

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