面向海洋牧场的水下机器人研究与设计
发布时间：2021-01-26 05:31
随着人类对海洋开发的步伐不断加快,海洋牧场网箱养殖已经代替了传统的网箱养殖,以多功能小型水下机器人打造的海洋牧场网箱养殖管理系统,可实现一体化软件和硬件设备的有效集成,形成强大的分析报告,减少人为的工作错误,开展水下机器人的研究对海洋牧场的建设具有重大作用。本文针对目前水下机器人中存在的普遍问题,重点开展了面向海洋牧场网箱养鱼的水下机器人系统研究,明确了本文的研究意义。首先,本文确定了系统的总体方案,以开架式的形体结构作为水下机器人的外架,建立参考坐标系和运动坐标系,运用四元素来描述水下机器人的运动姿态,并设计了水下机器人混合式的体系结构。其次,本文对系统硬件部分进行了选型和电路设计,并且在硬件电路的基础上,分别对各模块进行了软件设计,同时采用Qt设计了水下机器人操纵监控系统上位机,并给出了前面板的介绍和相关通信协议。再次,本文研究了水下机器人姿态融合和运动控制算法,运用了一种基于互补滤波和Mahony滤波的融合算法对水下机器人的运动姿态进行解算,分别运用了单环PID算法、串级双环PID算法对水下机器人进行定深和姿态控制,并且进行了Matlab仿真实验,为水下机器人的运动控制提供了理论...
【文章来源】：东华理工大学江西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 水下机器人分类
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外小型水下机器人的研究现状
1.3.2 国内小型水下机器人的研究现状
1.4 目前研究中存在的问题
1.5 本文主要研究内容
第2章 水下机器人总体方案研究
2.1 水下机器人形体结构
2.2 水下机器人姿态描述
2.2.1 坐标系的建立
2.2.2 姿态描述方法
2.3 水下机器人体系结构
2.4 运动和监控方案
2.4.1 运动方案
2.4.2 监控方案
2.5 本章小结
第3章 系统硬件电路设计
3.1 系统硬件结构
3.2 主控制器的选型与设计
3.3 推进器的选型与设计
3.4 姿态传感器的选型与设计
3.5 浑浊度传感器的选型与设计
3.6 图像传感器的选型与设计
3.7 深度传感器的选型与设计
3.8 存储器电路设计
3.9 通信电路设计
3.10 电源管理电路
3.11 本章小结
第4章 系统软件设计
4.1 系统软件总体框架
4.2 存储器读写
4.2.1 AT24C02 芯片操作
4.2.2 SRAM的读写
4.3 深度信息采集
4.4 浑浊度信息采集
4.5 姿态信息采集
4.6 图像信息采集
4.6.1 摄像头参数配置
4.6.2 图像数据采集
4.7 上位机设计
4.8 通信协议设计
4.8.1 modbus协议简介
4.8.2 水下机器人Modbus协议通信应用
4.9 本章小结
第5章 水下机器人姿态解算和运动控制算法设计
5.1 姿态解算算法设计
5.1.1 MEMS传感器特性分析
5.1.2 基于互补滤波和Mahony滤波的数据融合算法
5.2 运动控制算法设计
5.2.1 PID算法
5.2.2 串级PID控制算法
5.3 Matlab仿真
5.4 本章小结
第6章 系统调试
6.1 直流无刷电机测试
6.2 视频图像测试
6.3 姿态角测试
6.4 整体测试
第7章 总结与展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进Mahony互补滤波算法的三维运动轨迹恢复[J]. 田红丽,孙永全,刘洪普. 传感器与微系统. 2018(12)
[2]捷联惯导互补滤波姿态融合算法设计[J]. 杜瑾,赵华超,郑哲,王祥,司迎利. 传感技术学报. 2018(10)
[3]基于四元数的PID改进型互补滤波算法[J]. 朱科风,周庆华,王广鹏,王乐,林思宇. 智能计算机与应用. 2018(03)
[4]一种二阶互补滤波与卡尔曼滤波的姿态解算方法设计[J]. 黄镇,张浩磊,刘梅,朱健. 电子工艺技术. 2018(03)
[5]有缆遥控水下机器人的研究与发展趋势[J]. 凌宏杰,曾庆军,姚震球. 中外船舶科技. 2018(01)
[6]基于STM32的MPU9255姿态解算算法的实现[J]. 王孚贵,朱兆优,李星,赖云波. 电子世界. 2017(22)
[7]串级PID控制在水下机器人俯仰控制系统中的应用[J]. 王建华,宋燕,魏国亮,袁彬. 上海理工大学学报. 2017(03)
[8]水下机器人运动控制系统设计与实现[J]. 杨建华,田守业. 电子产品世界. 2017(01)
[9]海洋渔业3.0[J]. 孙松. 中国科学院院刊. 2016(12)
[10]国家海洋装备智能化水下机器人试验场启动[J]. 徐承旭. 水产科技情报. 2016(06)
博士论文
[1]多功能自主式水下机器人运动控制研究[D]. 李岳明.哈尔滨工程大学 2013
[2]水下机器人运动控制系统体系结构的研究[D]. 甘永.哈尔滨工程大学 2007
[3]开架式水下机器人辨识与控制技术研究[D]. 于华男.哈尔滨工程大学 2003
硕士论文
[1]水下机器人监控系统的研究与实现[D]. 沈天鹤.扬州大学 2018
[2]水下监测机器人研制[D]. 蔡子渊.南京信息工程大学 2017
[3]水下机器人的几类控制算法研究与实现[D]. 王建华.上海理工大学 2017
[4]基于CC3200的微小型四轴无人机设计与实现[D]. 王磊.苏州大学 2016
[5]基于STM32F407的视频采集与传输系统设计[D]. 曾文兵.华中师范大学 2016
[6]小型水下机器人的运动控制研究[D]. 苗燕楠.华中科技大学 2016
[7]面向水下监测的移动式视频实时传输系统设计与实现[D]. 张志根.浙江大学 2016
[8]水下机器人通信系统的设计与实现[D]. 赵登路.哈尔滨工程大学 2015
[9]水下姿态解算的算法研究[D]. 李向楠.中北大学 2014
[10]多传感器信息融合技术研究[D]. 谢振南.广东工业大学 2013
本文编号：3000557
【文章来源】：东华理工大学江西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 水下机器人分类
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外小型水下机器人的研究现状
1.3.2 国内小型水下机器人的研究现状
1.4 目前研究中存在的问题
1.5 本文主要研究内容
第2章 水下机器人总体方案研究
2.1 水下机器人形体结构
2.2 水下机器人姿态描述
2.2.1 坐标系的建立
2.2.2 姿态描述方法
2.3 水下机器人体系结构
2.4 运动和监控方案
2.4.1 运动方案
2.4.2 监控方案
2.5 本章小结
第3章 系统硬件电路设计
3.1 系统硬件结构
3.2 主控制器的选型与设计
3.3 推进器的选型与设计
3.4 姿态传感器的选型与设计
3.5 浑浊度传感器的选型与设计
3.6 图像传感器的选型与设计
3.7 深度传感器的选型与设计
3.8 存储器电路设计
3.9 通信电路设计
3.10 电源管理电路
3.11 本章小结
第4章 系统软件设计
4.1 系统软件总体框架
4.2 存储器读写
4.2.1 AT24C02 芯片操作
4.2.2 SRAM的读写
4.3 深度信息采集
4.4 浑浊度信息采集
4.5 姿态信息采集
4.6 图像信息采集
4.6.1 摄像头参数配置
4.6.2 图像数据采集
4.7 上位机设计
4.8 通信协议设计
4.8.1 modbus协议简介
4.8.2 水下机器人Modbus协议通信应用
4.9 本章小结
第5章 水下机器人姿态解算和运动控制算法设计
5.1 姿态解算算法设计
5.1.1 MEMS传感器特性分析
5.1.2 基于互补滤波和Mahony滤波的数据融合算法
5.2 运动控制算法设计
5.2.1 PID算法
5.2.2 串级PID控制算法
5.3 Matlab仿真
5.4 本章小结
第6章 系统调试
6.1 直流无刷电机测试
6.2 视频图像测试
6.3 姿态角测试
6.4 整体测试
第7章 总结与展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进Mahony互补滤波算法的三维运动轨迹恢复[J]. 田红丽,孙永全,刘洪普. 传感器与微系统. 2018(12)
[2]捷联惯导互补滤波姿态融合算法设计[J]. 杜瑾,赵华超,郑哲,王祥,司迎利. 传感技术学报. 2018(10)
[3]基于四元数的PID改进型互补滤波算法[J]. 朱科风,周庆华,王广鹏,王乐,林思宇. 智能计算机与应用. 2018(03)
[4]一种二阶互补滤波与卡尔曼滤波的姿态解算方法设计[J]. 黄镇,张浩磊,刘梅,朱健. 电子工艺技术. 2018(03)
[5]有缆遥控水下机器人的研究与发展趋势[J]. 凌宏杰,曾庆军,姚震球. 中外船舶科技. 2018(01)
[6]基于STM32的MPU9255姿态解算算法的实现[J]. 王孚贵,朱兆优,李星,赖云波. 电子世界. 2017(22)
[7]串级PID控制在水下机器人俯仰控制系统中的应用[J]. 王建华,宋燕,魏国亮,袁彬. 上海理工大学学报. 2017(03)
[8]水下机器人运动控制系统设计与实现[J]. 杨建华,田守业. 电子产品世界. 2017(01)
[9]海洋渔业3.0[J]. 孙松. 中国科学院院刊. 2016(12)
[10]国家海洋装备智能化水下机器人试验场启动[J]. 徐承旭. 水产科技情报. 2016(06)
博士论文
[1]多功能自主式水下机器人运动控制研究[D]. 李岳明.哈尔滨工程大学 2013
[2]水下机器人运动控制系统体系结构的研究[D]. 甘永.哈尔滨工程大学 2007
[3]开架式水下机器人辨识与控制技术研究[D]. 于华男.哈尔滨工程大学 2003
硕士论文
[1]水下机器人监控系统的研究与实现[D]. 沈天鹤.扬州大学 2018
[2]水下监测机器人研制[D]. 蔡子渊.南京信息工程大学 2017
[3]水下机器人的几类控制算法研究与实现[D]. 王建华.上海理工大学 2017
[4]基于CC3200的微小型四轴无人机设计与实现[D]. 王磊.苏州大学 2016
[5]基于STM32F407的视频采集与传输系统设计[D]. 曾文兵.华中师范大学 2016
[6]小型水下机器人的运动控制研究[D]. 苗燕楠.华中科技大学 2016
[7]面向水下监测的移动式视频实时传输系统设计与实现[D]. 张志根.浙江大学 2016
[8]水下机器人通信系统的设计与实现[D]. 赵登路.哈尔滨工程大学 2015
[9]水下姿态解算的算法研究[D]. 李向楠.中北大学 2014
[10]多传感器信息融合技术研究[D]. 谢振南.广东工业大学 2013
本文编号：3000557
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3000557.html
