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鸟」
ι
曲曲#化
2012-11
31(11)
• 66 •
Ordnance
1ndustry
Automation
doi:
1O.3
969/j
.i
ssn.1006-1576.2012.11.018
水下自主导航机器人系统
刘甜甜秦峰朱晓勇气张炜轩
2
陈梦星陈言俊
l
(1.山东大学工程训练中心，济南
250002;
2.
山东大学控制科学与工程学院，济南
250061
;
3.
山东大学电气工程学院，济南
25000
1)
摘要:在水下机器人被广泛应用的背景下，能够实现水下自主导航的机器人具有极高的应用价值。为了打破水
下机器人运行需要人为干预的瓶颈，更好地发挥小型机器人水下的灵活性，设计并制作了一种可自主导航的水下机
器人系统。该系统机械上采用
Pro/E
作为三维造型软件，用快速成型设计并制造了水下机器人的主体;硬件上使用
摄像头采集数据，并使用红外测
E
巨模块及电子罗盘模块实现定位功能;嵌入式软件层将传感器数据进行采集后，对
数据进行相应的图像识别和处理，最终识别障碍物并做出相应动作;同时，数据和视频流可通过无线祺块传送到上
位机，上位机将数据接收后进行相应显示，并可直接显示祝频流，方便调试的同时也可对水下坏境进行实时监控。
该系统实现了自主的水底避障、探测，以及自行返回出发点的完整功能，对于水下探测活动具有一定的实用价值。
关键询
z
自主导航;水下机器人;图像识别
中图分类号
TP242
文献标志码
A
Underwater Autonomous Navigation Robot System
Li
u Ti
antian
1
,
Qin
Feng
l
,
Zhu
Xiaoyong
2
,
Zhang
Weixuan
2
,
Chen
Mengxing
3
,
Chen
Yanjun
l
(1.
Engineering Training Center, Shandong University, Jinan 250002, China;
2. School 01 Control Science
& Engineering, Shandong University, ‘Jinan 250061, China;
3.
School 01 Electrical Engineering, Shandong
Universi
σ
，
Jinan
250061, China)
Abstract:
Under the background that underwater vehicles are widely used, the application
of
underwater autonomous
navigation robot system has great value.
1n
order
to
break the bottleneck that the robot needs human 's operation, and better
use the flexibility
of
mini under robot, design and produce an underwater autonomous navigation robot system. The system
mechanical structure uses Pro/E as 3 dimension
so
丘
ware
，
quickly design and produce main body
of
underwater navigation
robot
, the hardware uses camera head to collect data. Use
in
企
ared
distance measurement module and electronic compass
module to realize orientation function. Embedded software layer collect sensor data
, and carry out corresponding image
recognizing and processing. At last
, the system identifies obstacle and carries out corresponding movement. At the same
time
, data and video stream are sent to upper PC
by
wireless module, the upper PC receives and displays the video streams
in order to debug as well as monitor the underwater environmen
t.
The system finally completes a full function
of
obstacle
avoidance
, underwater surveying and retuming to start point, thus indicating a degree
of
practical significance and
contributing to the underwater activities.
Key
words:
autonomous navigation; underwater vehicle; image recognition
0
引言
水下机器人也称潜水器
(underwater
vehicle)
。
按照水下机器人的控制策略，将其分为遥控水下机
器人
(remotely
operated
vehicles
,
ROV)
和自主水下
机器人
(autonomous
underwater
vehicle
,
AUV)
。笔
者采用
Pro/E
作为三维造型软件，用快速成型设计
并制造了水下机器人的机械主体:硬件上采用飞思
卡尔
9S12
系列单片机作为主控芯片、
OV5116
摄像
头来集数据、夏普
GP2YOA
系列红外传感器以及
GY-26
系列电子罗盘实现水中距离探测及定位，设
计制作了可自主导航的水下机器人系统。
1
机械结构
1.
1
外壳设计
水下机器人的运行阻力较大，因此在外壳设计
收稿日期
2012-06-29;
修回日期
2012-07-26
上采取了潜水艇外观的流线型设计，最大限度减少
其水下的运行阻力，提高平稳性。在机器人水密性
的解决方案中，笔者采用了"整体开放，局部密闭"
的设计思路。即机器人的外壳不做任何水密性处理，
水可以进出机器人内部:而对于必须与水隔离的电
子线路部分，在机器人内部按照功能模块分别独立
密封和固定，连接线则通过密闭的胶皮管连接各模
块。这种设计方案无需考虑外壳的连接紧固性和密
闭性，大大降低了设计难度，提高了设计的灵活性。
内部独立密闭的设计在→定程度上提高了系统的水
密性能，同时使系统具有更好的可维护性。
根据设计方案，使用
Pro/E
作为三维造型软件，
绘制外壳的三维图。外壳的制作采用快速成型的加
工技术，通过三维设计图直接完成水下机器人的主
体的制作。外壳设计造型如图
1
所示。
作者简介:刘甜甜(1
981
二)，男，山东人，硕士研究生，工程师，从事机器人教学与机器人竞赛研究。
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