水下检测与作业机器人ROV水面控制系统设计+程序(2)

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2.2.2总体结构组成..7

2.2.3控制系统结构..9

2.2.4样机研制..11

2.3本章小结.12

第3章水下机器人ROV水面控制系统硬件设计.13

3.1水面控制箱设计13

3.1.1水面控制箱面板设计13

3.1.2Arduino平台设计选型..15

3.2电源箱选型16

3.3本章小结.17

第4章水下机器人ROV水面控制系统软件设计.18

4.1引言18

4.2系统监控软件设计18

4.2.1件工作流程19

4.2.2软件界面设计.20

4.3通讯接口方案..21

4.3.1串口通信功能测试21

4.3.2工控机与Ardunio平台通信..22

4.3.3RS485简介.25

4.3.4上下位机通信.26

4.4本章小结.30

第5章水下机器人ROV陆上和水池测试.31

5.1ROV陆上测试..31

5.2ROV水池实验..32

5.3本章小结.34

总结与展望.35

致谢.36

参考文献..37

第 1 章绪论 1.1 研究背景及意义远洋运输事业的飞速发展使得作为海上交通运输工具之一的船舶发挥着越来越重大的作用[1]。在航行过程中，若遇到螺旋桨被海中诸如绳索和网具之类的悬浮物缠住时，目前的处理方法是停机停航，派潜水员下海用刀切割缠绕物，还没有更好的办法[2]。而且，必须定期对船体水下部分做结构检测，这严重影响了船舶的航行效率。不仅如此，长期在海水浸泡的海洋设备平台，以及部分受到船舶的碰撞，其结构容易产生空洞、断裂、开裂和变形等现象。所以，必需经常对船舶和平台的水下结构进行检测和相关作业，如果单靠人工来完成这部分工作是非常困难且危险的，为了更安全、高效地完成水下检测与作业任务就应该应用相关的科学探测设备，水下机器人作为典型的代表设备，为我国海洋事业的提供强有力的支持。按照水下机器人的工作方式，一般可以将水下机器人分为以下三类：载人水下机器人（HOV），源[自-751*`论/文'网·www.751com.cn/
自治无人水下机器人（AUV），带缆遥控水下机器人（ROV），如图1.1所示。载人水下机器人（HOV），如图 1.2 所示。是由驾驶员在潜水器内部操纵运行的，载人水下机器人一般体积比较大，其工作水域较深，可在深海作业，但受到人类的生理极限的限制，和保护驾驶员的人身安全，一般 HOV必须配备水下救生系统，持续工作时间也不能太长，使用成本相对较高。AUV 自治无人水下机器人（AUV），如图 1.3 所示。AUV 属于无人无缆遥控水下机器人一般带有铅汞蓄电池，电解电池等能源来维持它的运动和作业。一般工作模式是根据既定程序或者自主选择控制自身的运转而不是人为。有缆遥控水下机器人（ROV），如图 1.4 所示。是一种有缆的、由地面或母船提供能量和信号的水下机器人，同时也通过脐带缆向地面计算机回传传感器和 ROV本体的相关数据，主要由水面控制系统和水下机器人本体组成。工作人员只需在水面上就可以实时了解水下信息，并对 ROV进行相关的操作。图1.4 ROV 根据不同的任务要求，可以在ROV本体上配备各种不同的检测、作业设备，其效率比潜水员下水直接作业要高得多，而且更加安全。水下机器人作业精度可能无法比拟人类，但是它的一个最重要的作用就是可以配合各种探测设备（视频、声纳、金属探伤仪等）对水下目标结构进行近距离观察，以便给水面人员判断提供第一手的准确的资料[3]。
1.2 国内外研究现状遥控式潜水器具有体积小、活动灵活的特点，装备相应的动力供应和控制系统，可以替代潜水员在一些危险的环境下检测和相关作业，激发了各国对 ROV的研制热情。国外在20世纪 50年代就开始着手研制 ROV了，并在较短的时间内取得了不错的成果。并在1960 年，由美国研制出了第一台 ROV——“CURV 1”号，如图 1.5。它在西班牙海成功的收回了一颗氢弹，引起世界各国的重视，最终开创了水下机器人的发展，极具里程碑式意义[4]。