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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于機(jī)器視覺的飛機(jī)導(dǎo)彈自動掛載系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 為提高飛機(jī)掛載導(dǎo)彈的作業(yè)效率，本作品應(yīng)用圖像處理、自動控制、機(jī)械制造等技術(shù)設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一個基于機(jī)器視覺的輔助掛彈系統(tǒng)的仿真實(shí)體模型，可準(zhǔn)確高效地完成機(jī)翼下多個導(dǎo)彈的掛載任務(wù)。系統(tǒng)采用視覺信息識別方法實(shí)現(xiàn)多組導(dǎo)彈掛架識別和定位；采用自動控制方法控制掛彈機(jī)械裝置托舉導(dǎo)彈到指定掛架位置；完成掛架任務(wù)后，通過無線通信模塊自動更新掛彈狀態(tài)，管理系統(tǒng)完成監(jiān)控和查詢所有掛彈裝置的工作狀態(tài)和掛彈信息的任務(wù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一個基于視覺的輔助掛彈系統(tǒng)實(shí)體模型，設(shè)計了一個機(jī)械裝置，用于托舉導(dǎo)彈至飛機(jī)機(jī)翼下的掛架處，在機(jī)械裝置上加裝攝像頭，采集掛架的視覺信息，并由此實(shí)現(xiàn)對機(jī)翼下的掛點(diǎn)的檢測與定位。同時，引入管理軟件對掛彈作業(yè)和裝置進(jìn)行管理。 為托舉不同型號的導(dǎo)彈，本作品設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了具有四自由度的機(jī)械裝置，裝置可在X軸、Y軸、Z軸以及繞Z軸旋轉(zhuǎn)四個自由度上位移，可托舉導(dǎo)彈到達(dá)空間坐標(biāo)系的任意位置，裝置具有足夠的托舉能力和很高的精度與穩(wěn)定性。 系統(tǒng)提供了DSP和FPGA兩套嵌入式解決方案。在機(jī)翼下掛點(diǎn)的對應(yīng)位置設(shè)置標(biāo)記色塊，用以視覺檢測。攝像頭將采集到的圖像信息傳到處理器中，處理器經(jīng)過算法分析后給出坐標(biāo)信息，驅(qū)動機(jī)械裝置上的步進(jìn)電機(jī)，使導(dǎo)彈運(yùn)動到指定位置，完成掛彈動作。掛彈動作完成之后，觸發(fā)無線傳輸模塊發(fā)送掛彈更新狀態(tài)給管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)自動更新狀態(tài)信息。 用戶可以通過系統(tǒng)提供的管理軟件對掛彈設(shè)備進(jìn)行管理。軟件提供了任務(wù)指派、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、作業(yè)信息查詢、報警等功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計目的:目前的掛彈車大多為人工引導(dǎo)的半自動模式，本作品的設(shè)計目的是設(shè)計一個自動掛彈系統(tǒng)的實(shí)體模型，為掛彈車這一類機(jī)場地勤設(shè)備向高智能化和高機(jī)械化發(fā)展提供一定參考價值。 基本思路:首先設(shè)計并制作四自由度機(jī)械裝置，將攝像頭裝在機(jī)械裝置上，拍攝對機(jī)翼下的顏色標(biāo)記，通過DSP或FPGA處理器對攝像頭采集到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得出坐標(biāo)信息，通過步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械臂進(jìn)行相應(yīng)的位移，引導(dǎo)導(dǎo)彈與飛機(jī)掛點(diǎn)的對接，自動完成掛彈動作，并能將飛機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)，通過無線傳輸模塊傳送至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)裝載狀態(tài)管理。 創(chuàng)新點(diǎn):1）應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)、嵌入式技術(shù)代替人眼完成對掛點(diǎn)的識別，掛彈自動化。2）由三個直線自由度和一個旋轉(zhuǎn)自由度構(gòu)成的機(jī)械裝置，具 有很高的穩(wěn)定性和承載能力。3）控制策略將機(jī)器視覺的信息反饋機(jī)制與目標(biāo)檢測和空間定位的技術(shù)相結(jié)合，將檢測到的標(biāo)記點(diǎn)的位置信息轉(zhuǎn)化為電機(jī)的運(yùn)動。4）可自動更新掛彈狀態(tài)的服務(wù)器系統(tǒng)，引入數(shù)據(jù)庫和應(yīng)急報警機(jī)制。 技術(shù)關(guān)鍵:1）導(dǎo)彈掛點(diǎn)標(biāo)記目標(biāo)的視覺檢測；2）基于現(xiàn)實(shí)立體空間模型的坐標(biāo)映射；3）嵌入式微處理器的掛彈機(jī)械裝置控制；4）高穩(wěn)定性和精度的掛彈機(jī)械裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計；5）多軸機(jī)械臂的運(yùn)動控制策略；6）無線通訊技術(shù)與數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)。 主要技術(shù)指標(biāo)：1）四自由度的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的控制精度。2）掛點(diǎn)標(biāo)記的正確識別。3）多軸電機(jī)控制策略的精度及機(jī)械臂運(yùn)行的穩(wěn)定性。 4）服務(wù)器的狀態(tài)更新的及時性 技術(shù)指標(biāo)：1）兩側(cè)機(jī)翼各可加掛兩個導(dǎo)彈；2）機(jī)械臂達(dá)到毫米級運(yùn)動精度。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性：1）掛彈機(jī)械臂實(shí)體模型的設(shè)計，按照飛機(jī)掛載導(dǎo)彈所需要的功能實(shí)現(xiàn)。2）機(jī)械臂設(shè)計結(jié)構(gòu)的設(shè)計，借鑒了數(shù)控機(jī)床的水平傳動結(jié)構(gòu)，設(shè)計了滾珠絲杠加滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。升降采用的剪叉升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)定位采用周轉(zhuǎn)輪系機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。3）DSP/FPGA具有對機(jī)器視覺數(shù)據(jù)的復(fù)雜算法的高效運(yùn)算能力，并通過用戶擴(kuò)展口對電機(jī)驅(qū)動電路的輸入信號進(jìn)行控制，完成視覺信息處理與控制一體化。4）作品將管理系統(tǒng)設(shè)計成具有中控臺的特點(diǎn)，自動根據(jù)任務(wù)量合理給各個掛彈車分配任務(wù)。 先進(jìn)性：1）基于機(jī)器視覺的掛點(diǎn)位置檢測方法，將機(jī)器視覺的反饋機(jī)制和嵌入式技術(shù)應(yīng)用到目標(biāo)的檢測和空間定位中，進(jìn)行無接觸的檢測。2）四自由度機(jī)械裝置機(jī)械臂，使用各種優(yōu)化的傳動機(jī)制，設(shè)計有多個自由度。3）基于現(xiàn)實(shí)空間模型的建立和目標(biāo)的準(zhǔn)確檢測，機(jī)械臂運(yùn)動的精度在毫米級別。4）將無線傳輸和可視化界面應(yīng)用到掛彈裝置設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中，為掛彈車這一類機(jī)場地勤設(shè)備設(shè)計專用的設(shè)備管理系統(tǒng)行。 參考文獻(xiàn)見設(shè)計報告。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年10月獲本學(xué)院第十九屆“理奧杯”特等獎兩項(xiàng) 2010年12月獲本校第十九屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎一項(xiàng) 2011年6月獲第八屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎一項(xiàng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 系統(tǒng)整體技術(shù)或部分核心技術(shù)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；模型；現(xiàn)場演示；圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：本系統(tǒng)可為飛機(jī)掛多枚導(dǎo)彈，首先服務(wù)器向掛彈車輛指派作業(yè)任務(wù)，然后掛彈車開到機(jī)翼下，開啟掛彈功能，系統(tǒng)自動檢測掛點(diǎn)、機(jī)械裝置的平移、旋轉(zhuǎn)、上升，將導(dǎo)彈與掛點(diǎn)對接，之后機(jī)械臂下降，重復(fù)上述動作，完成其余導(dǎo)彈的掛彈工作，系統(tǒng)掛彈過程中，狀態(tài)監(jiān)測模塊在掛彈結(jié)束后，不斷向服務(wù)器傳送狀態(tài)信息， 有意外或緊急情況發(fā)生時，系統(tǒng)啟動報警功能。 推廣前景：1）本系統(tǒng)集機(jī)械化、自動化和智能化于一體，可以極大地節(jié)約成本提高效率，具有廣闊應(yīng)用前景。2）本系統(tǒng)設(shè)計的機(jī)械裝置具有很高的通用性，其多自由度和高承載能力的特點(diǎn)可使其應(yīng)用在許多場合，如立體貨倉機(jī)器人、檔案圖書管理機(jī)器人等，具有很高的推廣價值。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：本作品提出的“輔助掛彈系統(tǒng)”具體實(shí)施方式，是在現(xiàn)有的掛彈車輛的機(jī)械化基礎(chǔ)上，改造機(jī)械臂，加裝攝像頭、嵌入式開發(fā)板，完成智能化的掛彈任務(wù)。本系統(tǒng)無論是在軍用機(jī)場還是航母上，都有很高的應(yīng)用價值。系統(tǒng)中的機(jī)械臂可以推廣到許多的應(yīng)用場合。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)外許多國家研制出了多種型號的掛彈車輛。按照工作原理和作業(yè)方式，飛機(jī)掛彈設(shè)備大體可分為柔性吊掛設(shè)備和全剛性機(jī)構(gòu)兩類。全剛性機(jī)構(gòu)的掛彈設(shè)備按升降機(jī)構(gòu)的不同，掛彈車又可分為升降臺和升降臂兩類。我國上世紀(jì)80年代初已研制了一種升降臂型掛彈車，作為飛機(jī)掛裝導(dǎo)彈的專用保障設(shè)備。目前國內(nèi)外的掛彈裝備已基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，但由于掛點(diǎn)位置受導(dǎo)彈遮擋不易檢測，所以整個掛彈過程仍需人員參與較為繁瑣的掛點(diǎn)位置判斷及機(jī)械臂動作的手動調(diào)整。 為此，我們設(shè)計了基于機(jī)器視覺的飛機(jī)導(dǎo)彈自動掛在系統(tǒng)。 有關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，國內(nèi)已有利用鋼絲繩進(jìn)行傳動的四自由度機(jī)械臂、利用剛?cè)峤Y(jié)合的并聯(lián)機(jī)構(gòu)提高精度和減小振動的四自由度機(jī)械臂、利用四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，服役彈性阻尼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多維平臺機(jī)構(gòu)、由三個旋轉(zhuǎn)自由度及一個移動自由度構(gòu)成的四自由度機(jī)械裝置、由兩個自由度的直線移動和兩個自由度的轉(zhuǎn)動的四自由度機(jī)械裝置的報道，但均不能滿足掛彈的高精度及高穩(wěn)定性要求。為此，我們采用了由滾珠絲杠副及齒輪傳動、剛性串聯(lián)機(jī)構(gòu)、三個直線自由度及一個旋轉(zhuǎn)自由度構(gòu)成四自由度機(jī)械臂。 有關(guān)基于視覺的目標(biāo)檢測方法，有關(guān)文獻(xiàn)及專利以目標(biāo)紋理、形狀、以及頻域特征匹配，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的目標(biāo)檢測，由于算法的復(fù)雜度直接影響到掛彈速度，為此，本作品采用了便于識別的顏色標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行定位檢測，以降低檢測難度，提高檢測精度。 有關(guān)上下位機(jī)通信及事件狀態(tài)管理系統(tǒng)方面，有利用單片機(jī)、GSM通信的電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)；有基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。但這些無法滿足飛機(jī)掛載導(dǎo)彈狀態(tài)的更新與管理的需要。為此，本作品采用無線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)狀態(tài)自動更新的管理系統(tǒng)。 經(jīng)過查新，以基于機(jī)器視覺的飛機(jī)導(dǎo)彈自動掛載系統(tǒng)尚無與本作品相同或相似的技術(shù)。（詳細(xì)請見查新報告）
