遥控潜水器基于视觉的轨迹跟踪

发布时间：2021-08-20 23:10

　　遥控潜水器（ROV）与处于运动状态的车库式中继器在水下环境中的对接一般采用人工遥控操作,依赖操作人员的经验,危险性较高。故有必要实现ROV与中继器的自动对接,本文主要针对其中的关键技术进行研究,即ROV自动跟踪中继器运动轨迹的问题,提出了如下方案:基于单目视觉技术估计ROV与中继器相对位置和姿态,再利用滑模变结构控制实现ROV对中继器轨迹的跟踪。该方案具有成本低、精度较高等优点,其中涉及图像处理、控制律设计和建模仿真等技术,本文的主要研究内容如下:基于刚体理论建立了ROV运动学和动力学的一般方程,分析了ROV在运动中的受力情况,并将方程归纳为矩阵形式的系统状态方程。针对11000米“龙皇”号ROV的水动力系数,在V-REP仿真环境中建立了仿真模型,并预留了与外部程序同步仿真的通信接口。针对基于单目视觉获取ROV与中继器相对位置和姿态的问题,基于Visual Studio开发环境,采用阈值处理、形态学操作和边界提取等方法识别中继器上特征光源的位置,并提出了一种判断边界是否为光源边界的方法。通过对真实水下图像的处理,验证了该算法可以准确识别安装于水下结构物上的特征光源。然后采用张正友方法标... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

KAIKO和Nereus潜水器Fig.1-1KAIKOandNereusunderwaterVehicle

捕捉式对接

上海交通大学硕士学位论文Fig.1-2 Docking with passive latch式对接式对接是指对接装置采用导向罩或者笼箱等结构形式对潜水器水器进入对接管或者对接箱笼内完成对接。由于这种方案捕捉装对潜水器有更佳的保护性，故目前国内外学者多采用该种方式。对接，以该方式对接时需要潜水器沿导向罩轴线方向运动，对于了更高的要求。由 Woods Hole 海洋研究所研制的 REMUS 对接装导引罩和圆柱形坞站，基于超短基线引导潜水器进行对接，连接进行充电和信息交互。国内哈尔滨工程大学水下机器人实验室采征点估算 AUV 和对接装置的位姿信息，从而引导 AUV 进行对图。而浙江大学流体动力与机电系统实验室则采用单点光源引导图 1-3 右图。

【参考文献】：
期刊论文
[1]AUV水下对接技术发展现状[J]. 羊云石,顾海东.  声学与电子工程. 2013(02)
[2]ROV的研发现状及发展趋势[J]. 许竞克,王佑君,侯宝科,杨立浩.  四川兵工学报. 2011(04)
[3]基于散射模型的水下图像复原[J]. 边信黔,王晓娟.  机器人. 2010(06)
[4]AUV的研究现状与发展趋势[J]. 马伟锋,胡震.  火力与指挥控制. 2008(06)
[5]航天器交会对接位姿视觉测量迭代算法[J]. 曹喜滨,张世杰.  哈尔滨工业大学学报. 2005(08)
[6]飞行器交会对接相对位置和姿态的估计方法[J]. 费蔚春.  系统工程与电子技术. 2004(09)
[7]计算机视觉的PNP问题的最优解[J]. 徐文立.  自动化学报. 1992(05)

博士论文
[1]深海作业型ROV水动力试验及运动控制技术研究[D]. 范士波.上海交通大学 2013
[2]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

硕士论文
[1]深海作业型ROV建模方法的研究[D]. 周卫祥.哈尔滨工程大学 2015
[2]单目视觉空间目标位姿测量算法研究[D]. 童张海.哈尔滨工业大学 2012



本文编号：3354386