仿人泪器的机器人视野清洁技术分析

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1、ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngTheImitationofHumanLacrimalSystemonRoboticVisionforCleaningTechnologyCandidate:LiuZhaojieSupervisor:Prof.XuHeAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MechatronicEngineeringDateofSubmission:Jan.&2013

2、DateofOralExamination:Man13,2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文屮指出，并与参考文献相对应。除文屮已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）:日期：年月曰哈尔滨工程

3、大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时木人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用木声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学

4、送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）:年月FI摘要近年来，随着监测项目的增多，对机器人的视觉要求也逐渐提高，但是由于海洋、湖泊环境的严重污染及水下杂物的存在，使得机器人的视觉系统很容易受到污染，从而影响观察效果，因此，需要一种能够进行清洗的装置。本课题在博士点基金的支持下，进行机器人视觉传感器视野自动清洁罩的设计并进行了相关结构的仿真分析与优化。首先，在研究了大量的资料的基础上，本文依据人眼泪器的结构提出一种具有仿生特点的视觉传感器自动清洁装置的设计方案。通过分析人眼泪器的生理结构、工作原理及其神经控制系统

5、，建立仿人眼泪器的视觉传感器清洗系统组成模型，该装置可以实现喷嘴阵列的俯仰和轴向偏转，从而对镜头罩上的污物目标区域产生不同的清洗效果。其次，在分析三种空化喷嘴的结构形式及其性能的基础上，确定本论文所要研究的喷嘴类型即角形空化喷嘴。依据计算流体力学理论，通过GAMBIT和FLUENT软件对不同喷嘴进行数值模拟，选用多相流模型，得到各个角形喷嘴内部的压力和速度分布云图，压力和速度曲线图以及出口的速度值。分析其内部的射流速度、压力等的分布规律，得到角形空化喷嘴的各个儿何参数（圆柱段长度、扩散段长度、扩散角）对喷嘴性能的影响，选出较优

6、值，为设计更加合理的空化喷嘴提供依据。然后，将iSIGHT与流体分析前处理软件GAMBIT和流体分析软件FLUENT进行集成，将GAMBIT和FLUENT中的数据导入到iSIGHT中，选用正交试验设计方法，以喷嘴的进口直径、收缩角、圆柱段直径、圆柱段长度、扩散段长度及扩散角为设计变量，确定设计变量对喷嘴空化压力及出口速度的主效应和帕累托贡献率；以喷嘴出口速度最大、产生的空化压力最小作为优化目标函数，选用可实现全局优化的非劣分层遗传算法・II（NSGA-II）,对喷嘴的各个结构参数进行优化。第四，对不同组合方式（不同的喷嘴数目，

7、不同的喷嘴与被清洗表面Z间的夹角，不同的喷嘴轴向偏角）的结构进行建模、划分网格、定义边界条件；然后用FLUENT进行仿真计算，通过对各仿真结果的对比分析，找出一种组合方式，使Z既能达到较佳的清洗效果还可以减少能源的消耗。最后，选择相应的实验仪器，对镜头进行除污实验，得出各种情况下的除污吋间，便于以后的实际指导。关键词：机器人视野清洁；空化射流；FLUENT仿真；多目标优化ABSTRACTInrecentyears,withtheincreasingprojectsonsurveillanceandmonitoringpurpo

8、ses,therequirementofvisualsystemapparatusespeciallyonrobotutilizationhasimproved.However,duetotheseriouslydamageenvironmentalconditionwhic