仿人淚器的機(jī)器人視野清潔技術(shù)分析

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1、ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngTheImitationofHumanLacrimalSystemonRoboticVisionforCleaningTechnologyCandidate:LiuZhaojieSupervisor:Prof.XuHeAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MechatronicEngineeringDateofSubmission:Jan.&2013

2、DateofOralExamination:Man13,2013University:HarbinEngineeringUniversity哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)的引用已在文屮指出，并與參考文獻(xiàn)相對(duì)應(yīng)。除文屮已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者（簽字）:日期：年月曰哈爾濱工程

3、大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明本人完全了解學(xué)校保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有關(guān)規(guī)定，即研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于哈爾濱工程大學(xué)。哈爾濱工程大學(xué)有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件。本人允許哈爾濱工程大學(xué)將論文的部分或全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文，可以公布論文的全部?jī)?nèi)容。同時(shí)木人保證畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫(xiě)的論文一律注明作者第一署名單位為哈爾濱工程大學(xué)。涉密學(xué)位論文待解密后適用木聲明。本論文（□在授予學(xué)位后即可□在授予學(xué)位12個(gè)月后□解密后）由哈爾濱工程大學(xué)

4、送交有關(guān)部門(mén)進(jìn)行保存、匯編等。作者（簽字）：導(dǎo)師（簽字）:年月FI摘要近年來(lái)，隨著監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的增多，對(duì)機(jī)器人的視覺(jué)要求也逐漸提高，但是由于海洋、湖泊環(huán)境的嚴(yán)重污染及水下雜物的存在，使得機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)很容易受到污染，從而影響觀察效果，因此，需要一種能夠進(jìn)行清洗的裝置。本課題在博士點(diǎn)基金的支持下，進(jìn)行機(jī)器人視覺(jué)傳感器視野自動(dòng)清潔罩的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了相關(guān)結(jié)構(gòu)的仿真分析與優(yōu)化。首先，在研究了大量的資料的基礎(chǔ)上，本文依據(jù)人眼淚器的結(jié)構(gòu)提出一種具有仿生特點(diǎn)的視覺(jué)傳感器自動(dòng)清潔裝置的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)分析人眼淚器的生理結(jié)構(gòu)、工作原理及其神經(jīng)控制系統(tǒng)

5、，建立仿人眼淚器的視覺(jué)傳感器清洗系統(tǒng)組成模型，該裝置可以實(shí)現(xiàn)噴嘴陣列的俯仰和軸向偏轉(zhuǎn)，從而對(duì)鏡頭罩上的污物目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生不同的清洗效果。其次，在分析三種空化噴嘴的結(jié)構(gòu)形式及其性能的基礎(chǔ)上，確定本論文所要研究的噴嘴類(lèi)型即角形空化噴嘴。依據(jù)計(jì)算流體力學(xué)理論，通過(guò)GAMBIT和FLUENT軟件對(duì)不同噴嘴進(jìn)行數(shù)值模擬，選用多相流模型，得到各個(gè)角形噴嘴內(nèi)部的壓力和速度分布云圖，壓力和速度曲線圖以及出口的速度值。分析其內(nèi)部的射流速度、壓力等的分布規(guī)律，得到角形空化噴嘴的各個(gè)兒何參數(shù)（圓柱段長(zhǎng)度、擴(kuò)散段長(zhǎng)度、擴(kuò)散角）對(duì)噴嘴性能的影響，選出較優(yōu)

6、值，為設(shè)計(jì)更加合理的空化噴嘴提供依據(jù)。然后，將iSIGHT與流體分析前處理軟件GAMBIT和流體分析軟件FLUENT進(jìn)行集成，將GAMBIT和FLUENT中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到iSIGHT中，選用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，以噴嘴的進(jìn)口直徑、收縮角、圓柱段直徑、圓柱段長(zhǎng)度、擴(kuò)散段長(zhǎng)度及擴(kuò)散角為設(shè)計(jì)變量，確定設(shè)計(jì)變量對(duì)噴嘴空化壓力及出口速度的主效應(yīng)和帕累托貢獻(xiàn)率；以噴嘴出口速度最大、產(chǎn)生的空化壓力最小作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，選用可實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化的非劣分層遺傳算法?II（NSGA-II）,對(duì)噴嘴的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。第四，對(duì)不同組合方式（不同的噴嘴數(shù)目，

7、不同的噴嘴與被清洗表面Z間的夾角，不同的噴嘴軸向偏角）的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模、劃分網(wǎng)格、定義邊界條件；然后用FLUENT進(jìn)行仿真計(jì)算，通過(guò)對(duì)各仿真結(jié)果的對(duì)比分析，找出一種組合方式，使Z既能達(dá)到較佳的清洗效果還可以減少能源的消耗。最后，選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器，對(duì)鏡頭進(jìn)行除污實(shí)驗(yàn)，得出各種情況下的除污吋間，便于以后的實(shí)際指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：機(jī)器人視野清潔；空化射流；FLUENT仿真；多目標(biāo)優(yōu)化ABSTRACTInrecentyears,withtheincreasingprojectsonsurveillanceandmonitoringpurpo

8、ses,therequirementofvisualsystemapparatusespeciallyonrobotutilizationhasimproved.However,duetotheseriouslydamageenvironmentalconditionwhic