基于双目视觉的水下连接器位姿测量方法

水下连接器的对接作业是水下工程作业的重要环节,针对目前依靠摄像机传回视频进行作业过程中存在的操作难度大、依赖操作员经验的问题,设计基于双目视觉的水下连接器位姿测量方法。该方法首先根据水下连接器的颜色特征确定检测范围,之后在检测范围中以水下连接器为模板进行初步定位,然后根据水下连接器端面的成像特点检测椭圆特征,并进行双目匹配获得相关三维点坐标,最后计算得出水下连接器的位姿。实验表明,该方法位置测量平均误差1.3%,姿态测量平均误差3.5°,可以较好地为水下连接器对接作业提供参考。     

基于神经网络的水下对接引导算法

针对水下机器人对接过程中近距离引导定位的问题,为实现准确可靠的水下对接,设计了一种基于神经网络的水下对接引导算法。算法主要分为两部分:1)检测部分,该检测算法区别于传统的图像处理,基于YOLOv3的神经网络,加入DenseNet思想,实现了一种鲁棒性强,可靠以及准确率高的目标检测算法。区分了目标物与无关背景信息,用于提供水下对接站在二维图像下的位置信息。2)位姿估计部分,用于恢复水下机器人与中继器之间的相对位置信息,从而能够根据相对位置信息,完成近距离的水下对接引导。经过实验对比分析,验证了算法的可行性,并证明了改进的目标检测算法能够更精确地完成对中继器的位置检测,提高了对位姿估计的准确率。     

基于单双目切换的自主式水下机器人视觉定位方法

为了解决以双目视觉为主导的自主式水下机器人（AUV）对接回收过程中出现的单一摄像机遭受遮挡或因水下环境特殊而发生故障的问题，提出一种基于单双目切换的AUV视觉定位方法。该方法通过自适应阈值法区分图像中的光源与背景，通过中心加权质心检测法提取光源中心，并以光源中心点数量为判定条件选取单目或双目视觉定位，添加水体折射参数提高定位精度。试验结果显示，采用该方法的定位耗时相比以往减少约70%，定位结果输出稳定，对接精度在允许范围内。该方法在AUV回收对接过程中通过牺牲部分定位精度来提高对接的实时性和鲁棒性，保障AUV成功对接回收。     

基于视觉的集装箱海上并靠吊装位姿识别

舰船在远海进行并靠补给时受波浪影响两船之间会产生无规律的相对运动，给补给集装箱吊装工作带来了很大挑战，急需一种能够在较高海况下辅助人工的自动化吊装系统。针对这一问题，本文提出了一种基于单目视觉和ArUco标志点相结合的集装箱位姿检测方法。首先，介绍了带有视觉系统的并联吊装系统主要组成部分，简要分析了控制流程及方法；然后，根据实际集装箱码放流程，设计了适用的ArUco标志点布放和检测方案，介绍了相机标定、ArUco标志点检测及集装箱位姿估计方法；最后，搭建模拟试验平台测试视觉位姿识别的精度、速度和不同光照条件下的鲁棒性。试验结果表明，在普通工控PC平台上，最低识别速度在15Hz以上，姿态角平均误差为 ，位移量平均误差为 ，可以满足并靠吊装要求。     

基于蠕动原理拱泥机器人方案研究

本文针对目前沉般打捞作业中潜水员手工攻打千斤洞的现状，首次提出了拱泥机器人的概念。它基于蚯蚓在泥土中爬行的运动机理，可以在水下泥土环境中按预定轨迹从沉船底部一侧向另一侧蠕动爬行，并随时根据检测到的位置和力信息调整运动位置和姿态。将地下穿孔机的冲击原理与蚯蚓的蠕动机理相结合，提出了一种头部冲击式的拱泥机器人的方案。研究了拱泥机器人的运动控制与位姿检测方案，并建立了拱泥机器人在水下泥土环境中作业的力学模型。     

基于PLC的大型船体分段合拢对接控制系统

设计一种基于PLC的大型船体分段液压自动对中合拢控制系统,能够快速准确地进行船体分段的顶升、平移、位姿调整及行走对接,从而实现了船体分段合拢对接作业的自动化,可减少大型吊车的占用时间,提高作业效率,并具有安全、可靠、低作业成本等优点.     

一种激光雷达与双目相机外参数标定方法

针对异质传感器坐标系融合的准确性问题，提出一种利用圆柱面标定物以离线方式计算激光雷达与双目相机的外参数标定方法。通过分析圆柱面点云的三维几何特性，二维化圆柱面点集，并拟合多个平面椭圆实现圆柱面的检测，识别圆柱面图像的棋盘格角点并进行角点三维重建，利用基于邻域法向量的拟合算法拟合圆柱面，并根据最小化投影距离约束条件对激光雷达与双目相机的位姿关系进行计算。仿真与试验结果表明：激光雷达识别圆柱面的半径误差最大为8mm，双目相机识别圆柱面的半径误差最大为40 mm；且根据外参数标定结果，圆柱面圆度值符合误差特性，这验证了圆柱面标定物应用于激光雷达与双目相机外参数标定的有效性与准确性。     

超短基线测量技术在铺排施工中的应用

利用超短基线测量技术进行水下铺排施工的定位控制与检测是一项全新的应用技术。文中结合长江南京以下12.5 m深水航道建设工程白茆沙I标铺排工程,简要阐述了超短基线测量技术在铺排施工检测中的作业工艺;通过与传统作业方法的比对分析,提出利用超短基线进行水下排体的施工检测是可行的,测量手段便捷,测量成果准确,建议推广应用。     

水下动平台与无人航行器的对接路径生成方法

分析水下运动平台回收无人航行器对接过程所处的环境特点与运动姿态特征,建立水下动平台与无人航行器回收过程模型,将回收过程分为跟随段、调整段、对接段和回收段。根据调整对接的水下导引控制特性,提出无人航行器对接路径基准轨迹生成模型,建立无人航行器回收对接航路点生成方法,并采用三次插值对航路点进行平滑,形成了水下动平台与无人航行器的对接路径,通过案例仿真计算分析,表明提出方法的有效性。     

海空背景下基于双目视觉的目标测距新方法

结合海空背景特点和双目视觉测量需求,提出一种基于海天线的双目图像校准方法。采用Sobel算子对图像进行边缘检测并作二值化处理,利用Hough变换算法提取和定位海天线,根据参数空间返回的参数值对图像进行旋转和平移变换。试验结果表明:运用该方法能有效实现双目图像对的行对准。在此基础上,基于双目视差测距原理完成海面目标距离的测量,测距结果表明:对于500 m远的目标,相对测距误差5%,能够满足一定场合的应用需求。     

基于频域特征的水下高速目标瞬态信号检测

水下高速目标出管瞬态信号低频特征明显。介绍了Power-Law瞬态信号检测器,针对水下高速目标的出管噪声特点,提出了基于频域特征的瞬态信号检测方法。若中高频部分能量变化明显,直接判断为非水下高速目标。利用该方法对鲸鱼的鸣叫声和实测某水下高速目标出管噪声进行了信号检测,结果表明该方法可有效对水下高速目标出管噪声进行检测,并在一定程度上降低了虚警概率。     

潜器对接装置的设计与分析

随着海洋开发和研究的深入以及国防方面的需要,潜器对接技术在诸如海底探测、沉船打捞、水下工厂、海洋工作站、援潜救生和军事等领域得到了广泛应用.在对国内外潜器对接装置研究的基础上,提出了活动转裙的结构设计方案,其中包括装置的平面设计和三维装配设计.装配设计表明该结构能够满足对接时潜器出入门的工作空间,并可证明无干涉现象;建立了活动转裙的运动学方程,进行了装置的运动仿真分析和对接口的可达空间模拟,显示该装置能够实现各种位姿变化.从理论上分析了该装置能够实现对接时所需大纵横倾角的要求,为装置控制系统设计打下基础.本研究可为潜器对接装置的工程化设计提供参考.     

AUV水下对接的发展与应用现状

为了更好地了解AUV水下对接技术,本文对AUV水下对接技术的现状进行梳理,介绍各个国家对于AUV水下对接系统的研究成果。同时,为进一步阐明AUV水下对接系统的结构,按照自动化实现难度对国内外的AUV水下对接系统进行归类总结。根据整个对接过程中使用的传感器、水下环境和需要的定位信息等因素,对国内外AUV水下对接系统的对接阶段进行划分,并分别讨论各个阶段所需要的导航传感器和定位信息。对于对接精度问题,从对接干扰、对接失误等方面阐述了AUV水下对接时存在的问题和解决方案,并归纳对接控制策略。最后结合AUV对接技术的最新成果,从多个方向探讨了其发展趋势。     

拱泥机器人原理样机的研制

研制了一台拱泥机器人原理样机，针对洪泥机器人在泥土环境中前进时转向阻力矩大的特点，设计了一种简单灵活的转向机构，采用充气胶囊作为支撑，提高了蠕动爬行机构的驱动能力。提出了拱泥机器人传感器检测系统的方案，解决了拱泥机器人水下位姿的检测问题，进行了原理样机控制系统设计和作业流程设计。最后在实验室环境中完成了原理样机的蠕动爬行实验，验证了总体方案的可行性。     

水下安全检测与作业型机器人控制系统

[目的]针对船体、大坝、水下钢结构等表面附着物的安全检测,以及附着物清除作业的要求,需要研制一款新型水下安全检测和作业型带缆遥控水下机器人(ROV)。此类ROV需针对不同作业任务更换机械手,实现抓取、切割的功能,从而保证去除结构物上的附着物。[方法]阐述水下安全检测和作业型机器人的整套系统组成及原理。该系统以Arduino单片机为控制面板信号采集工具、以水面监控系统开发工控机为平台,零浮力脐带缆以2对双绞线、1对电源线为信号电力传输线,水下控制系统以ARM嵌入式为主控单元。建立ROV动力学模型,设计ROV艏向控制的广义预测控制器。经过系统调试,进行水池试验和湖上试验。[结果]试验证明,该系统运行正常,整套控制系统的稳定性、可靠性、实时性均达到设计要求,满足水下安全检测及作业要求。[结论]该系统设计方案和控制算法对于其他水下机器人的控制系统研究均有借鉴意义。     

改进深度学习的无人船目标光视觉跟踪研究

传统无人船目标光视觉跟踪方法面对复杂的海域条件时,容易忽略极小障碍物的特征,导致出现大范围识别或忽视极小障碍物的情况,因此研究基于改进深度学习的无人船目标光视觉跟踪。该方法根据单目视觉测量目标物的位姿,通过提取目标光视觉动态特征,实现改进深度学习算法控制下的目标跟踪任务。与2组传统跟踪方法相比,此次研究的方法能够识别出体积差异量极大的障碍物信息,极大程度上提高了目标光视觉跟踪结果的可靠性。     

水下连接器金属密封圈裂纹故障对密封性能的影响

密封圈是水下连接器上的全金属结构,其性能优劣将影响连接器密封功能的实现。为保证密封圈的性能,需要进行裂纹故障对其性能影响的研究。根据水下连接器的两种工作状态,利用ABAQUS有限元法对无裂纹密封圈进行强度计算,通过最大等效应力结果与最大等效塑性应变结果找到易产生裂纹的区域;之后在该区域预置了不同深度、位置、角度的裂纹,探讨了三个因素对密封圈密封性能和结构性能的影响。结果表明:水下连接器金属密封圈在工作时,与毂座的接触面为应力集中区域,处于塑性变形状态,容易产生横向裂纹;裂纹前期对密封圈密封性能影响不大,但使得密封圈结构性能变差,长期使用会导致裂纹扩展,从而使结构断裂,密封发生失效。     

SIWR-Ⅱ型水下作业机械手与工具自动对接研究

针对SIWR-Ⅱ型水下作业机械手与自动工具库对接中存在的关键问题,在分析现有系统的基础上,对油路系统和对接机构进行了改进,实现了作业工具的自动换接操作.     

基于测距声纳与光视觉的水下目标定位方法研究

针对无人水下航行器作业环境的特殊性以及任务需求,为提高光视觉的定位精度,提出了一种基于测距声纳与光视觉的水下目标定位方法。该方法根据摄像机成像的特点,利用测距声纳与摄像机的几何关系设计水下目标定位算法。本文针对规则的水下目标进行定位算法设计,然后通过对水池试验采集的图像中的目标进行定位验证以及误差分析,证明了该定位系统具有较高的定位精度,满足水下作业的需求。     

舰船电磁特征信号的预测与抑制

通过建立舰船的电子模型，可以对水下电磁特征信号进行前期预测，这个模型囊括子舰船的几何形状，阴极保护系统电流，阳极布置，海水盐度和海床的导电性，通过逐次逼近法对这些参数进行调整，确定它们对整个特征信号的影响，在舰船设计中采用电子模型可使舰船满足特征信号的约束条件；模拟水雷杀伤的效果；预测对抗措施的效能；估算探测距离，该模型的基础是几个简单偶极子的适当组合，采用邱引偶极子对某个水下电场传感器的范围进行测量的方法来验证该模型，这种方法类似对舰船特征信号的测量。