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原文传递船舶轴系法兰自动对接系统研发

论文题名：	船舶轴系法兰自动对接系统研发
关键词：	船舶轴系;自动对接系统;并联调姿机构;区域分割;数据融合
摘要：	船舶推进轴系的校中质量，直接影响到船舶航行的安全性。轴系对接作为轴系校中的重要环节，目前采用百分表法定位轴系、千斤顶等设备调整轴系位姿的对接方法，存在占地面积大、操作复杂、效率低、精度差以及对接质量难以溯源等问题。针对以上缺点，本文采用无接触式视觉测量代替百分表测量来对轴系进行定位，通过分布式并联调姿机构代替千斤顶来对轴系进行位姿调整，研发了一套船舶轴系法兰自动对接系统。主要工作如下：　　（1）针对三维扫描中点云数量多、处理速度慢的问题，提出了一种基于先验知识的区域分割方法和边界保持的点云压缩方法。根据法矢量一致性原则分离出法兰外侧环状平面，再依据空间位置关系分离出法兰圆柱面；按照法矢量差异性原则区分环状平面的边界点和面内点，采用K-means聚类算法对环状平面的面内点进行聚类压缩，通过基于空间距离的压缩方法对法兰圆柱面点云进行压缩。通过实验，证明所采用的区域分割和点云压缩算法的有效性和优越性。　　（2）针对轴系法兰对接过程中对接面相互靠近贴合、难以扫描的问题，提出了一种基于数据融合的对接法兰面位姿的间接测量方法。通过奇异值分解法对法兰环状平面进行拟合，利用最小二乘法对法兰圆柱面进行拟合；根据空间位置关系进行了边界剔除；提出了一种改进型空间圆拟合算法，对法兰环状平面的内外边界圆和法兰圆柱面的投影圆环分别进行拟合，得到各圆心坐标。通过对法兰的特征参数分配不同的权重进行对比实验，得到最佳权重配比。　　（3）针对人工调姿存在操作复杂、效率低和精度差的问题，提出了一种基于伺服驱动控制的并联调姿机构。通过两个调姿机构的三自由度运动来实现轴系的五自由度调整。对系统存在的主要误差源进行理论分析，建立扫描仪初始定位误差、机构布放误差、参数测量误差和机构控制误差的映射模型，通过仿真验证误差模型的有效性和正确性。　　（4）搭建船舶轴系对接试验台架对本系统的对接精度进行验证，采用手动扫描和自动扫描两种方式分别进行了轴系对接试验，试验结果表明，通过至多两次位姿测量和调整，船舶轴系对接的位置精度可达0.100mm，角度精度可达0.009°，符合实际应用需要。
作者：	雷盼
专业：	轮机工程
导师：	李维嘉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2021