CN109533235A - 一种水下船体检测机器人及其工作方法 - Google Patents

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徐敏义
李文祥
王猛
潘新祥
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Dalian Maritime University
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/34—Diving chambers with mechanical link, e.g. cable, to a base
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明公开了一种水下船体检测机器人及其工作方法，所述的机器人包括水上部分和水下部分两部分组成，水下部分包括ROV本体、双目摄像头模块、结构光扫描仪和光端机A；水上部分包括上位机和光端机B；双目摄像头模块和结构光扫描仪组成扫描检测系统，光端机A、光纤和光端机B组成传输系统，上位机负责控制ROV的运动和开启双目摄像头模块以及结构光扫描仪的开启和关闭。本发明在ROV上搭载的扫描检测系统能够拍摄船体的图像。通过对图像的处理构建出清晰准确的船体表面模型。据此可以来检测船体表面的附着物以及裂缝等。本发明的结构光扫描的图像更精细，不仅可以优化三维建模效果，而且在环境比较恶劣的水域仍能有效工作。

Description

一种水下船体检测机器人及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种水下机器人，特别是一种水下船体检测机器人及其工作方法。
背景技术
目前市面上已有多类ROV(水下机器人)产品，ROV分为观察级和作业级。观察级ROV的核心部件是水下推进器和水下控制系统，有时辅以导航、深度传感器等常规传感器，如中国专利CN2008101374105公开的一种船体检测水下机器人；本体尺寸和重量较小，负荷较低，成本较低。作业级ROV用于水下打捞、水下施工等应用，尺寸大，带有水下机械手、液压切割器等作业工具，造价高。目前的摄像头分辨率高，拍摄画面清晰，通过摄像头采集图像，之后将图像中的特征标在三维地图中构建出三维影像。激光扫描仪技术也比较成熟，能够通过激光扫描精确地生成3D和可视化结果。但是这些技术目前没有结合起来应用到水下船体检测。
在海域的船舶船体检测都是派潜水员潜在船体底部进行检测，这样不仅会增加船公司的成本，而且下水检测的人员也存在很大的风险。现在的一些ROV虽然也搭载有摄像头，但是这只摄像头只用于对水下环境的一个基本观测，只负责传输水下的照片，不能对周围的情况以及船体重建三维模型。而且海水往往清晰度不高，甚至会导致这只摄像头的拍照效果非常不好，不能有效判断水下的情况。本发明首先是替代了人工作业，另外本发明能够对周围环境以及船体三维建模，能够提供更多更准确的水下信息。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既能替代人工作业，又能提供更多更准确的水下信息的水下船体检测机器人及其工作方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种水下船体检测机器人，包括水上部分和水下部分两部分，所述的水下部分包括ROV本体、双目摄像头模块、结构光扫描仪和光端机A；所述的水上部分包括上位机和光端机B；所述的双目摄像头模块和结构光扫描仪组成扫描检测系统，所述的光端机A、光纤和光端机B组成传输系统，所述的ROV本体上的推进系统包括六个推进器和控制舱；上位机负责控制ROV的运动和双目摄像头模块以及结构光扫描仪的开启和关闭。
进一步地，所述的ROV本体配备有一个两自由度的机械手，所述的机械手通过上位机控制对船底的情况进行简单操作处理。
一种水下船体检测机器人的工作方法，包括以下步骤：
A、进行船体检测时，将ROV置入水中，通过上位机，控制ROV移动到船体一舷，同时控制双目摄像头模块和结构光扫描仪打开；
B、ROV从一舷开始绕船体缓慢移动，与此同时，双目摄像头和结构光扫描仪都开始采集图像；其中双目摄像头图像用于定位和三维建模；结构光扫描仪扫描的图像对双目摄像头模块采集的图像进行补充，为三维建模提供更多的几何约束，从而提高三维建模的精度；
C、扫描检测系统获取的图像经ROV本体搭载的光端机A转换成光信号，通过光纤传输到陆地上的光端机B，陆地上的光端机B将光信号转化成电信号传输到上位机上；
D、上位机处理扫描检测系统传来的图像实时构建三维模型。
E、当ROV绕船体一周之后，扫描检测系统采集图像完毕，上位机通过构建的三维模型对船体底部以及船体裂缝检查。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明在ROV上搭载的扫描检测系统能够拍摄船体的图像。通过对图像的处理构建出清晰准确的船体表面模型。据此可以来检测船体表面的附着物以及裂缝等。
2、本发明的扫描检测系统搭载了结构光扫描仪，结构光扫描的图像更精细，不仅可以优化三维建模效果，而且结构光扫描仪是通过主动光的发射与接受原理工作的。即使在光线不足的环境中依旧能够准确的扫描出图像。结构光本身受海水温度，盐度，以及光线的影响更小，抗干扰能力强，即使在光线较暗，环境比较恶劣的水域仍能有效工作。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的工作流程示意图。
图中：1、光端机A，2、结构光扫描仪，3、双目摄像头模块，4、ROV本体，5、机械手，6、光纤，7、光端机B，8、上位机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-2所示，一种水下船体检测机器人，包括水上部分和水下部分两部分组成，所述的水下部分包括ROV本体4、双目摄像头模块3、结构光扫描仪2和光端机A1；所述的水上部分包括上位机8和光端机B7；所述的双目摄像头模块3和结构光扫描仪2组成扫描检测系统，双目摄像头模块可以采用锐尔威视公司的RED-1MP2CAM002-V90或3D-1MP02-V92双目摄像头模组，结构光扫描仪可以采用南京威布三维公司的Reeyee Pro手持扫描仪或其他公司的3D扫描仪。
所述的光端机A1、光纤6和光端机B7组成传输系统，所述的ROV本体4的推进系统包括六个推进器和控制舱。上位机8负责控制ROV的运动和开启双目摄像头模块3以及结构光扫描仪2的开启和关闭。
进一步地，所述的ROV本体4配备有一个两自由度的机械手5，所述的机械手5通过上位机8控制对船底的情况进行简单操作处理。
一种水下船体检测机器人的工作方法，包括以下步骤：
A、进行船体检测时，将ROV置入水中，通过上位机8，控制ROV移动到船体一舷，同时控制双目摄像头模块3和结构光扫描仪2打开；
B、ROV从一舷开始绕船体缓慢移动，与此同时，双目摄像头和结构光扫描仪2都开始采集图像；其中双目摄像头图像用于定位和三维建模；结构光扫描仪2扫描的图像对双目摄像头模块3采集的图像进行补充，为三维建模提供更多的几何约束，提高三维建模的精度；
C、扫描检测系统获取的图像经ROV本体4搭载的光端机A1转换成光信号，通过光纤6传输到陆地上的光端机B7，陆地上的光端机B7将光信号转化成电信号传输到上位机8上；
D、上位机8处理扫描检测系统传来的图像实时构建三维模型。
E、当ROV绕船体一周之后，扫描检测系统采集图像完毕，上位机8通过构建的三维模型对船体底部以及船体裂缝检查。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种水下船体检测机器人，其特征在于：包括水上部分和水下部分两部分，所述的水下部分包括ROV本体(4)、双目摄像头模块(3)、结构光扫描仪(2)和光端机A(1)；所述的水上部分包括上位机(8)和光端机B(7)；所述的双目摄像头模块(3)和结构光扫描仪(2)组成扫描检测系统，所述的光端机A(1)、光纤(6)和光端机B(7)组成传输系统，所述的ROV本体(4)的推进系统包括六个推进器和控制舱；上位机(8)负责控制ROV的运动和开启双目摄像头模块(3)以及结构光扫描仪(2)的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的一种水下船体检测机器人，其特征在于所述的ROV本体(4)配备有一个两自由度的机械手(5)，所述的机械手(5)通过上位机(8)控制对船底的情况进行简单操作处理。
3.一种水下船体检测机器人的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、进行船体检测时，将ROV置入水中，通过上位机(8)，控制ROV移动到船体一舷，同时控制双目摄像头模块(3)和结构光扫描仪(2)打开；
B、ROV从一舷开始绕船体缓慢移动，与此同时，双目摄像头和结构光扫描仪(2)都开始采集图像；其中双目摄像头图像用于定位和三维建模；结构光扫描仪(2)扫描的图像对双目摄像头模块(3)采集的图像进行补充，为三维建模提供更多的几何约束，从而提高三维建模的精度；
C、扫描检测系统获取的图像经ROV本体(4)搭载的光端机A(1)转换成光信号，通过光纤(6)传输到陆地上的光端机B(7)，陆地上的光端机B(7)将光信号转化成电信号传输到上位机(8)上；
D、上位机(8)处理扫描检测系统传来的图像实时构建三维模型；
E、当ROV绕船体一周之后，扫描检测系统采集图像完毕，上位机(8)通过构建的三维模型对船体底部以及船体裂缝检查。
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