水下机器人设计毕业论文

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1、 目录 第一章绪论 .1第二章ROV 简介 .2（一）ROV 的概念和结构组成 .2（二）ROV 的特点 .4（三）ROV 的功能和应用 .4（四）ROV 的应用分类 .6（五）ROV 的关键技术 .8第三章总体设计 .10（一）系统的总体架构 .10（二）ROV 控制系统结构及发展 .10（三）数据库设计 .11（四）运行设计 .12第四章详细设计 .14（一）整体软件设计 .14（二）上位机软件设计 .14（三）下位机软件设计 .52第五章软件测试 .61（一）测试目的 .61（二）测试方法和效果 .611第一章 绪论21 世纪是人类向海洋进军的世纪。深海作为人类尚未开发的宝地和高技术领域

2、之一，已经成为各国的重要战略目标，也是近几年国际上竞争的焦点之一。水下机器人作为一种高技术手段在海洋开发和利用领域的重要性日渐重要。当今，在一些国家的水下机器人技术已经日趋成熟，并在许多场合的应用中体现出了良好的效果。随着产业的发展，迫切需要大量适用于作业的各式各样的水下机器人。世界上许多国正在大力加强水下机器人的研究，我国力争在不久的将来，推出大量实用的机器人，以使自己的机器人技术和产品在国际上占有一席之地。随着科学技术的不断发展，水下机器人从无智能走向智能化发展。具有智能的机器人应用于深海作业中，极大地提高了人类对海洋的探测。重要的是水下机器人在海洋开发各个领域都有着广泛的应用，代替人在那

3、些人类无法工作的深海环境条件下完成任务作业。这将极大地扩展人类科学研究活动的范围，提高人类创造性科学的探究和发展。2第二章 ROV 简介（一）ROV 的概念和结构组成1、 ROV 的 概 念ROV， 即 水 下 机 器 人 （ Remote Operated Vehicle ） ， 是 一种 可 在 水 下 移 动 、 具 有 视 觉 和 感 知 系 统 、 通 过 遥 控 或 自 主 操 作 方式 、 使 用 机 械 手 或 其 他 工 具 代 替 或 辅 助 人 去 完 成 水 下 作 业 任 务 的机 电 装 置 。2、 ROV 的 结 构 组 成（ 1） ROV 系 统 组 成 包 括

4、 ： 动 力 推 进 器 、 遥 控 电 子 通 讯 装 置 、黑 白 或 彩 色 摄 像 头 、 摄 像 俯 仰 云 台 、 用 户 外 围 传 感 器 接 口 、 实 时在 线 显 示 单 元 、 导 航 定 位 装 置 、 自 动 舵 手 导 航 单 元 、 辅 助 照 明 灯和 凯 夫 拉 零 浮 力 拖缆等单元部件。如下图是一个中型的 ROV：（2）机器人框架规格说明表3序号 名称 技术要求1 水下机器人外形结构与尺寸结构：框架式尺寸：约 400mm 高 450mm 宽700mm长根据具体订做规格要求尺寸会在此基础上有所变动2 照明系统3 组 50w 的高光通量卤素灯，固定在框架中，

5、灯光可覆盖俯仰 140 度范围。与摄像系统配合使用，能清晰观看约 5米以外的物体，可调节亮度。3 摄像系统530 线变焦彩色 CCD 摄像机，1.2Lux，F1.2 光圈，PAL 制式，可电动变焦，与照明系统配合使用，能清晰观看约 5 米以外的物体4 云台系统 俯仰 140 度，配合摄像系统使用，运动灵活5 推进器系统4 个有刷电机推进器。水平方向：两个推进器，呈 V 字形排列，V 字角度可调。垂直方向：两个推进器，呈 V 字形排列，V 字角度可调。航行速度约 3 节（在 0节水流状态下） 。能升降、前进、后退、横移以及转弯等运动，运动自如；能稳定在某一深度（定深） 。6 基本传感器用于航行自

6、动控制的三轴磁罗经传感器1 个，精确度 0.3 度，三轴倾斜传感器 1个，精确度 0.1 度，深度传感器 1 个，精确度 0.1m。7 配重配重采用挂载机构设计，机体中装有挂载平台，上面带有各种安装孔，同时预备有各种重量的配重块，通过安装孔将各种配重块安装到挂载平台中。框架中带有配重悬架，根据携带的传感器重量不同，可方便安装和拆卸配重块。8 浮体深水浮体，耐压强度可达 40MPa。满足主机重量 22kg 内、有效载重至少2kg 的机器在水下姿态平衡的要求，颜色为黄色。9 电缆密度约 0.95kg/dm3，浮力为相对偏向正浮力，直径 12mm 左右，牵引力达到100KG，电缆内部带有纺轮编织抗拉

7、层。4此外动力线一组，超五类双绞线两组。10 地面控制系统配备专用操作控制台和增强型的软件控制系统，专用控制台和计算机软件多模式操作；控制台配备摇杆手柄和按钮。软件采用全图形界面设计。内容包括：图像捕捉，云台控制，照片存储管理，整个系统自检，照明灯控制（开、关、调节亮度） ，显示潜水导航参数，各种信息指示等。显示配备 10 寸液晶屏。带 sony 游戏手柄，控制机器运动，笔记本电脑由用户自配。11 供电系统 输入交流电 100-270VAC，50/60Hz， 整个水下机器人的功率约为 800W。12 最大下潜深度 根据客户要求定制13 水下机器人在空气中重量以及有效载重 水下机器人在空气中重量

8、约为 22KG，有效载重 2kg14 保修期 两年（二）ROV 的特点水 下 机 器 人 小 巧 灵 活 、 操 作 简 便 (通 过 控 制 台 上 的 多 个 旋 钮即 可 控 制 机 器 人 前 进 、 后 退 、 转 弯 、 上 升 、 下 沉 ； 灯 光 强 弱 和 摄像 头 焦 距 ； 云 台 俯 仰 等 )； 机 器 人 可 携 带 定 位 声 纳 、 图 像 扫 描 声 纳 、多 参 数 水 质 检 测 传 感 器 (YSI)、 辐 射 传 感 器 、 机 械 手 、 金 属 测 厚计 等 ； 可 实 时 进 行 水 下 视 频 检 测 和 观 测 。 概 括 为 以 下 四

9、点 ：1、 可 移 动 性移 动 是 指 水 下 机 器 人 在 海 底 爬 行 、 附 着 在 结 构 物 上 行 进 或 在海 水 中 浮 游 。2、 能 够 感 知 机 器 人 的 外 部 和 内 部 环 境 特 性3、 拥 有 完 成 使 命 所 需 的 执 行 机 构 4、 能 自 主 地 或 在 人 的 参 与 下 完 成 水 下 作 业5（三）ROV 的功能和应用无 人 有 缆 水 下 机 器 人 ROV 的 优 点 在 于 动 力 充 足 ， 可 以 支 撑 复杂 的 探 测 设 备 和 较 大 的 机 械 作 业 用 电 ， 信 息 和 数 据 的 传 递 和 交 换快 捷

10、方 便 、 数 据 量 大 ， 其 总 体 决 策 水 平 较 高 ， 因 此 应 用 广 泛 。 目前 ， 小 型 遥 控 水 下 机 器 人 已 广 泛 用 于 ：1、 管 道 容 器 检 查市 政 饮 用 水 系 统 中 水 罐 、 水 管 、 水 库 检 查 ； 排 污 /排 涝 管 道 、 下 水 道 检 查 ； 洋 输 油 管 道 检 查 ； 跨 江 、 跨 河 管 道 检 查 ；2、 船 舶 河 道 海 洋 石 油船 体 检 修 ； 水 下 锚 、 推 进 器 、 船 底 探 查 ； 码 头 及 码 头 桩 基 、 桥 梁 、 大 坝 水 下 部 分 检 查 ； 航 道 排 障

11、、 港 口 作 业 ； 钻 井 平 台 水 下 结 构 检 修 、 海 洋 石 油 工 程 ；3、 科 学 研 究 教 学水 环 境 、 水 下 生 物 的 观 测 、 研 究 和 教 学 ； 海 洋 考 察 ； 冰 下 观 察 ；4、 水 下 娱 乐水 下 电 视 拍 摄 、 水 下 摄 影 ； 潜 水 、 划 船 、 游 艇 ； 看 护 潜 水 员 ,潜 水 前 合 适 地 点 的 选 择 ；5、 能 源核 电 站 反 应 器 检 查 、 管 道 检 查 、 异 物 探 测 和 取 出 ； 水 电 站 船 闸 检 修 ； 水 电 大 坝 、 水 库 堤 坝 检 修 (排 沙 洞 口 、 拦

12、 污 栅 、 泄 水 道 检 修 )；6、 安 全6检 查 大 坝 、 桥 墩 上 是 否 安 装 爆 炸 物 以 及 结 构 好 坏 情 况 ； 遥 控 侦 察 、 危 险 品 靠 近 检 查 ； 水 下 基 阵 协 助 安 装 /拆 卸 ； 船 侧 、 船 底 走 私 物 品 检 测 (公 安 、 海 关 )； 水 下 目 标 观 察 ， 废 墟 、 坍 塌 矿 井 搜 救 等 ； 搜 寻 水 下 证 据 (公 安 、 海 关 )； 海 上 救 助 打 捞 、 近 海 搜 索 ；7、 考 古水 下 考 古 、 水 下 沉 船 考 察 ；8、 渔 业深 水 网 箱 渔 业 养 殖 ， 人 工

13、 渔 礁 调 查（四）ROV 的应用分类水 下 机 器 人 应 用 分 为 军 用 和 民 用 两 类 。1、 军 用 有 缆 水 下 机 器 人美 国 海 军 的 ROV-CURV 最 引 人 注 目 。 它 是 专 门 用 于 美 国 海 军 实验 中 心 打 捞 沉 没 于 水 中 的 武 器 ， 其 作 业 深 度 610m， 1958 年 建 成 。在 最 初 服 役 的 6 年 中 ， 平 均 每 年 回 收 约 100 个 鱼 雷 及 其 他 装 置 。茬 CURV 的 基 础 上 ， 美 国 海 军 后 来 又 改 迸 建 造 了 一 艘 CURV2 和 一艘 CURV3， 它 们 的 作 业 深 度 分 别 增 至 为 762m 和 2300m。 这 类 水 下机 器 人 的 另 一 个 重 要 作 用 是 协 助 潜 水 员 执 行 打 捞 作 业 。 I973 年8 月 CURV3 和 载 人 水 下 机 器 人 PISCES V 共 同 打 捞 起 另 一 艘 沉 没 的载 人 潜 水 器 PISCES III。 2、 军 用 无 缆 水 下 机 器 人 AUV 可 用 来 辅 助 军 用 潜 艇 ， 作 为 它 的 体 外 传 感 器 ， 为 它 护 航 和警 戒 ， 以 及 为 它 引 开 敌 方 攻 击 充 当 假 目 标 。