自主型水下巡检系统设计与实现.pdf

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1、硕士学位论文自主型水下巡检系统设计与实现DESIGNANDACHIEVEOFAUTONOMOUSUNDERWATERSURVEYSYSTEM彭俊哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文自主型水下巡检系统设计与实现硕士研究生：彭俊导师：王昕教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242U.D.C:621DissertationfortheMaster’sD

2、egreeofEngineeringDESIGNANDACHIEVEOFAUTONOMOUSUNDERWATERSURVEYSYSTEMCandidate：PengJunSupervisor：Prof.WangXinAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineeringSpeciality：MechanicalElectronicEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2018Degree-Conferring

3、-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要水产养殖对水质的要求严格，检测人员通常采用固定位置安装相应传感器或者人工随机取样等方式对水质进行检查。这些方式存在费用高、耗时长、检测不准等问题。为了解决上述存在的问题，本文研究一款可作为水质检测的平台的水下巡检系统，具有多自由运动功能，采用基于视觉的方式实现巡检系统在水下的自动定位导航。本文首先对巡检系统进行需求分析，给出如下巡检系统需要具备的功能：能够在水下实现四自由度运动，具有检测前进方向上的障碍物的功能，在巡检过程中实现自身运动状态检测，能搭载不同

4、类型的传感器，在水质检测的重点不同时能够实现模块化组装。基于以上巡检系统功能的分析，本文对巡检系统的机械结构以及控制系统进行设计。巡检系统采用四个螺旋桨推进器来实现四自由度运动，并采用模块化的分舱式结构设计，通过视觉方案来实现障碍物的检测，使用挂载板的方式实现多传感器的搭载。同时本文对巡检系统的运动学和动力学进行建模分析，给出了静水状态下运动的流场仿真分析。考虑到巡检系统在水下运动时对航向以及深度的要求，本文还设计了双闭环PID的运动控制方案，使得巡检系统在航向上以及深度上能够分别实现稳定的运动控制。在对上述巡检系统的设计方案与有关理论研究的

5、基础上，研制出水下巡检系统样机，搭建并调试了硬件系统控制平台，编制了相应的软件控制程序，实现了运动控制算法，并进行了相关的水下实验，验证水下巡检系统的功能。实验结果表明，该系统能够实现预期的设计目标。关键词：水下巡检系统；结构设计；运动学和动力学分析；流场仿真；运动控制-I-AbstractAbstractThereareverystrictwaterqualityrequirementforaquaculture.Thecorrespondingsensorareinstalledatafixedpositiontosamplethewat

6、erqualityortheinvestigatorstestthewaterqualitymanuallyrandomly.Thesekindsofmethodshavetheproblemsthatthecostsfordetectionsareexpensive,alotoftimeisspentandthefinalresultofthewaterqualitysurveyisinaccurate.Therefore,thisthesisdesignsanunderwatersurveysystemusedforunderwaterw

7、aterqualitysurveytosolveaboveproblems.Ithasmulti-freedommovementandadoptsthevision-basedmethodtorealizeautomaticlocalizationandnavigation.Inthisthesis,aftertheanalysisoftherequirements,thesystemneedstohavethefollowingfunctions.Itcanrealizefour-degreesoffreedommotion.Ithasth

8、eabilitytodetectobstaclesinthedirectionofadvancementandrealizeself-motiondetection