智能炮管清洗机器人的研制

论文摘要

火炮在发射后会在身管内残留大量的物质,这些物质受高温、高压的作用会与管壁黏贴非常牢固,极不易清除,会导致身管内壁的腐蚀,进而影响炮弹发射的准确性、可靠性并影响身管的使用寿命。这些残留物主要依靠人工和机械擦拭的方法清除,设备笨重、智能化程度低,士兵劳动强度大,效率低,且清洁程度不高,不能满足和适应现代化高科技战争的作战要求。本课题来源于国防预研项目,基于嵌入式控制技术、图像处理技术及模式识别技术,研制了智能炮管清洗机器人,该机器人与火炮身管构成一个柔性封闭系统,可实现清洗的智能化及管内状况的可视化,不仅极大地减轻士兵的劳动强度,而且可以有效提高火炮身管的维护保养水平和寿命,对提高部队战斗力具有较大的军事和经济效益,具有广阔的应用前景。本论文的主要内容安排为:第一章阐述课题的背景与关键技术,介绍了国内外管道机器人的研究现状及发展方向。第二章按照主要性能和技术指标要求,完成了机械总体方案和控制系统总体方案的设计。第三章完成了机器人机械部分主要部件的设计计算。第四章首先根据系统的要求进行了嵌入式处理器的选型,完成了控制系统硬件电路的设计,然后设计了无刷直流电机驱动模块,最后实现了嵌入式操作系统在本处理器上的移植。第五章进行了数字图像采集模块及处理模块的器件选型和硬件设计。第六章介绍了全景环形畸变图像矫正算法,研究了挂铜区域提取算法,并完成了模糊模式识别系统的设计。第七章对智能炮管清洗机器人的研制工作进行了总结,并对进一步的研究做了展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及关键技术
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 课题的关键技术
• 1.2 国内外管道机器人的研究现状和发展方向
• 1.2.1 管道机器人的研究现状
• 1.2.2 管道机器人的发展方向
• 1.3 课题的研究内容和意义
• 1.3.1 课题的研究内容
• 1.3.2 课题的研究意义
• 2 系统总体设计
• 2.1 系统设计要求
• 2.2 机械部分总体设计
• 2.2.1 传动方案确定
• 2.2.2 机械总方案制定
• 2.2.3 摩擦负载的确定
• 2.3 控制系统总体设计
• 2.4 系统功能特点
• 2.5 本章小结
• 3 机械部分设计
• 3.1 驱动电机选择
• 3.2 传动部件的设计
• 3.2.1 同步带轮设计
• 3.2.2 驱动轴设计及校核
• 3.3 本章小结
• 4 控制系统设计
• 4.1 嵌入式控制系统硬件设计
• 4.1.1 嵌入式系统的概述
• 4.1.2 嵌入式处理器选择
• 4.1.3 硬件电路设计
• 4.2 无刷直流电机控制系统设计
• 4.2.1 永磁无刷直流电机控制原理
• 4.2.2 无刷直流电机驱动模块设计
• 4.3 控制系统软件设计
• 4.3.1 嵌入式操作系统
• 4.3.2 uCOS-II的移植
• 4.4 本章小结
• 5 图像采集及处理模块设计
• 5.1 数字图像处理概述
• 5.2 图像采集模块设计
• 5.2.1 照明系统设计
• 5.2.2 图像传感器选择
• 5.2.3 图像采集方案设计
• 5.2.4 无线视频传输
• 5.3 图像处理模块设计
• 5.3.1 视频编解码
• 5.3.2 DSP图像处理
• 5.4 本章小结
• 6 图像处理算法研究及模式识别
• 6.1 图像处理算法研究及实现
• 6.1.1 图像数学模型
• 6.1.2 图像预处理
• 6.1.3 全景成像图像矫正
• 6.1.4 色彩空间变换
• 6.1.5 挂铜区域提取算法研究
• 6.2 模糊模式识别
• 6.2.1 模糊模式识别概述
• 6.2.2 模糊模式识别设计
• 6.3 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 相关工作展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目