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面向船闸水下检测的柔性机器人系统研究
| 论文题名： | 面向船闸水下检测的柔性机器人系统研究 |
| 关键词： | 船闸水下检测;柔性机器人;结构设计;运动控制 |
| 摘要： | 船闸是内河航运的重要枢纽，随着过闸货运量的逐年增加，部分船闸处于长期超荷运行状况，其应急和日常保障工作是船闸平稳运行的重要保证。论文针对船闸水下设施的检测需求，通过对系统方案确定、机器人本体设计、水下相机及系统集成现场测试等，形成了面向船闸水下检测的柔性机器人系统。 根据船闸水下检测空间狭窄和水体浑浊的现状，提出了可柔顺适应水下狭窄空间的柔性机器人和专用浑水相机的方案，基于气动人工肌肉驱动确定了机器人系统本体结构方案及现场布置方式。面向水下检测需要，设计了基于“柔性驱动+柔性结构”的关节结构，结合气动人工肌肉的力学特性测试和水下检测空间，确定了柔性关节的结构参数。构建了柔性机器人坐标系，由运动学分析得到了机器人末端相机坐标系与基坐标系之间的齐次变换矩阵，与期望位姿矩阵对比得到机器人的关节变量与布置位置。柔性关节的空载、带负载测试和柔性机器人的实验室测试验证了机器人的运动性能。设计了直角坐标机器人和气动夹具，以实现柔性机器人在水下的大范围运动。 根据水下相机方案，结合光源、密封性、水下成像等测试设计了近距和可调焦水下相机，以适应不同浊度时的水下目标检测。构建了浑水测试环境，进行了浑水条件下的成像测试与光线衰减测试，结果表明：绿光衰减最慢，红光次之，衰减最快的是蓝光。设计了基于STM32的LED光源数字控制器，测试结果表明控制器设计的可行性，为浑水环境相机专用光源打下良好基础。 构建了机器人控制系统的软硬件平台，与系统本体集成，形成面向船闸水下检测的柔性机器人系统。在江苏运东船闸、芒稻船闸现场进行了阀门、闸门主轨道等测试，结果表明：柔性机器人系统能柔顺适应狭窄空间，将水下相机以正确位姿送至水下待检处，获得了主轨道等清晰图像，验证了该机器人系统的可行性和实用性。 该柔性机器人系统为船闸水下设施检测提供了一种新的技术手段，在降低检测人员工作强度的同时获得了水下设施的客观性资料，同时也促进柔性机器人的研究与应用。 |
| 作者： | 史丹 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 孙蓓蓓 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2019 |
| 正文语种： | 中文 |
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