水下机械手信息融合及作业规划研究

论文摘要

人类正面临着三大难题:人口、资源和环境,随着各国经济的飞速发展和世界人口的不断增加,陆地上的资源枯竭问题日益严重。为了生存和发展,人类开始向覆盖了地球表面积71%的海洋进军。海洋蕴藏着丰富的矿物资源、海洋生物资源和能源。使用水下机器人和作业机械手代替人类去观测海洋、调查海底地质和采掘资源,已成为海洋开发的重要手段。装配作业机械手的水下智能机器人将在各种非军事应用诸如海洋科学、油气探测、水下考察、钻井及采矿支持、管道维护、水下电缆铺设及军事应用中发挥重要的作用。水下机械手是水下机器人的重要组成部分,一个国家的海洋高科技发展水平在很大程度上由具有作业能力的水下机器人技术决定。本文结合国防基础科研项目“微小型作业工具”的“微小型机器人”研究专题,对水下机械手信息融合及作业规划开展了一系列的研究设计工作,但很多技术还有待完善。论文共分为六章:第一章介绍了本论文的研究背景和意义,国内外研究现状并引出了本论文的主要研究内容;第二章介绍了水下机械手的组成,概述了水下机械手控制系统的硬件体系结构和软件体系结构;第三章针对水下机械手的多传感器信息融合进行了研究,包括对接近觉传感器信息的处理、视觉传感器信息的处理,并对目标物体的坐标转换问题进行了详细分析。最后,设计了基于视觉、接近觉的信息融合的具体方案;第四章为水下机械手的作业规划研究,设计了机械手的两种控制方式,并具体分析了机械手各种遥控方式下的作业规划方案;第五章对水下机械手整体系统做了一系列的相关试验;第六章为对本论文进行的总结和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 课题背景及课题来源
• 1.3 水下机器人及机械手的国内外研究现状
• 1.4 信息融合的国内外研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容及工作
• 2 水下机械手本体及控制系统
• 2.1 水下作业机械手的组成
• 2.2 控制系统硬件体系结构
• 2.3 控制系统软件体系结构
• 2.4 本章小结
• 3 水下机械手信息融合研究
• 3.1 多传感器信息融合概述
• 3.2 水下机械手多传感器信息融合
• 3.3 水下机械手多传感器信息融合具体方案
• 3.4 本章小结
• 4 水下机械手作业规划研究
• 4.1 水下机械手控制方式
• 4.2 遥控方式作业规划
• 4.3 自控方式作业规划
• 4.4 本章小结
• 5 实验
• 5.1 水下机械手控制实验
• 5.2 视觉接近觉实验
• 5.3 系统整体实验
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2 自主控制作业模块规划流程图