基于圖像識別無人自主巡游航行器獲獎科研報告

基于圖像識別無人自主巡游航行器獲獎科研報告摘

要：越障機器人是機器人領(lǐng)域的一個重要分支，主要憑借傳感器等設(shè)備在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境里進行自主決策及動作執(zhí)行，多運用于地形檢測，災(zāi)害搜救等方面。本文將對越障機器人背景進行簡單介紹，并將對其組成原理和市場應(yīng)用進行進行分析

關(guān)鍵詞：巡游航行器：圖像識別：組成原理和市場應(yīng)用

1背景

隨著智能控制和傳感器的發(fā)展，水下機器人在完成水下作業(yè)方面扮演著越來越重要的角色。尤其是在未知的水下環(huán)境，機器人的承受能力大大超過人工，能完成許多潛水員無法完成的工作。目前一些水下機器人雖具有觀察能力和一定的水下簡單作業(yè)能力，但是平臺和設(shè)備比較固定，價格昂貴，許多機器人的本體只是推進器和防水攝像機的簡單組裝，通過岸上的電纜線控制，適用場合受限，可拓展性不強。

據(jù)了解，目前螺旋槳推進器作為動力裝置廣泛應(yīng)用于船舶和水下機械。

我們決定提高水中推進操控性能和水環(huán)境交互性能，可用于軍用潛艇，魚雷;實現(xiàn)靜態(tài)觀測;結(jié)合圖像處理，智能決策等技術(shù)，完成水中目標追蹤，水中救援等任務(wù)，可進行戶外水中探測或水中檢測，或進行擴展開發(fā)，完成路徑規(guī)劃，任務(wù)分配，姿態(tài)控制等任務(wù)的研究與試驗。擴大水下機器人的應(yīng)用領(lǐng)域，促進水下機器人技術(shù)蓬勃發(fā)展，使水下機器人創(chuàng)造更多的價值。

2原理

該水下巡游航行器將仿生、機械、電子、人工智能相結(jié)合。采用無刷正反槳推進方式，自抵自旋，減少水中阻力，提高行進方式具有優(yōu)良的水中推進操控性能和水環(huán)境交互功能。結(jié)合圖像處理、智能決策等技術(shù)可以完成水中目標追蹤、水中救援等任務(wù)，可進行戶外水中探測或水中監(jiān)測或進行擴展開發(fā)完成路徑規(guī)劃、任務(wù)分配、姿態(tài)控制等任務(wù)的研究與試驗。

水下推進原理

水下推進系統(tǒng)主要由驅(qū)動電路，直流電機，單片機和螺旋槳組成。使用驅(qū)動電路的模塊對電機進行驅(qū)動，電機一端連接螺旋槳，通過STM32單片機編程實現(xiàn)PWM控制電機轉(zhuǎn)速從而控制螺旋槳的推進。制作水下推進系統(tǒng)時，需要選擇電機的種類，驅(qū)動電路的搭建，以及螺旋槳的選擇和最終的連接。最需要注意的是電機的防水問題，我們采用無刷電機作為動力部分，其沒有電刷，可以在水下進行工作，但因為海水的腐蝕性，我們對無刷電機的線圈和軸承部分做了特殊處理，使其壽命更長。

3應(yīng)用

3.1水環(huán)境監(jiān)測，數(shù)據(jù)收集

可搭載相關(guān)儀器設(shè)備進行經(jīng)常性水質(zhì)監(jiān)測，對地表水及地下水進行經(jīng)常性監(jiān)測，監(jiān)視和測定水體中污染物的種類、各類污染物的濃度及變化趨勢，監(jiān)測水中色度、濁度、電導率、懸浮物和溶解氧等指標，評價水質(zhì)狀況;

3.2漁業(yè)養(yǎng)殖，水生物研究

可以滿足經(jīng)常性工作，例如檢查水質(zhì)的溫度、鹽度、PH值和溶解氧等，以及魚類、貝類和海參等的生存狀況觀察。另一方面，通過對水生物的觀察可獲得其生活大數(shù)據(jù)，進而可以對其進行精準化養(yǎng)殖，提高產(chǎn)量和質(zhì)量。

3.3娛樂活動，水下拍攝。

可以用于水下拍攝，其配備的六軸陀螺儀可以確保機器人在水下保持高度平衡狀態(tài)，LED前燈可以照亮視野，液位變送器可以讓機器人準確停留在所需水下深度。使用者可以用計算設(shè)備上的開源軟件對機器人進行控制，最高時速能夠達到2m/s，續(xù)航時長2小時以上。

3.4水下搜索救援與觀察

攝像頭獲取的圖像信息經(jīng)過后臺算法處理可以得到關(guān)鍵信息，可用于檢查大壩、橋墩結(jié)構(gòu)好壞情況，遙控偵察、危險品靠近檢查，水下基陣協(xié)助安裝/拆卸，船側(cè)、船底走私物品檢測（公安、海關(guān)），水下目標觀察，廢墟、坍塌礦井搜救等，搜尋水下證據(jù)（公安、海關(guān)），海上救助打撈、近海搜索等。

3.5管道檢查

可用于市政飲用水系統(tǒng)中水罐、水管、水庫檢查;排污/排澇管道、下水道檢查;洋輸油管道檢查;跨江、跨河管道檢查;船舶河道海洋石油;船體檢修;水下錨、推進器、船底探查;碼頭及碼頭樁基、橋梁、大壩水下部分檢查;航道排障、港口作業(yè);鉆井平臺水下結(jié)構(gòu)檢修、海洋石油工程。

3.6科研教學、考古

可為水環(huán)境、水下生物等課題的研究和教學提供極大的便利。還可進行海洋考察、冰下觀察、水下考古、水下沉船考察等學術(shù)性觀測和研究，為海洋科學、考古工作者提供有利條件。

3..7服務(wù)于能源產(chǎn)業(yè)

在人為檢查