船舶机舱巡检机器人系统方案设计开题报告

全文总字数：5460字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 目的及意义

随着经济全球化和世界经济一体化趋势不断增强，航运业以成本低、可长距离大批量货运的优势成为世界航运大国最重要的运输手段。船舶机舱是船舶的心脏，集中了全船绝大多数的机械设备，为船舶提供动力，保障全船的正常运行。随着科学技术的飞速发展，船舶机舱设备越来越智能化、复杂化，需要机舱管理人员及时、准确地掌握机舱各设备的运行状况，分析、预测和解决潜在的安全隐患，对轮机员的技术水平提出了更高的要求^[1]。

当前，通过轮机员对船舶机舱的实时监测和定期巡检仍然是世界各国船舶机舱巡检的主要形式^[2]，但是这种方式存在着许多不足：首先，轮机员的人力成本高，劳动强度大，劳动效率较低；其次，数据的记录存档及应用相对繁琐，需要人工读取的仪器仪表数据受到观测角度等影响，客观性难以保证，准确性、可靠性不高；此外，对于不易察觉的缺陷特征，轮机员仅凭感官难以及时准确地发现问题并做出判断，很可能造成一定的生命财产损失；最后，相关研究表明：机舱工作环境恶劣，对轮机员身心健康损害尤为严重^[3]。

近年来，我们国家在机器人的发展研究进行了大量的投入。经过电站智能巡检机器人发展和逐渐普及，利用巡检机器人执行变电站和配电房的日常巡检工作，不仅具有较高的经济效益，同时也会产生一定的社会效益，极大地提高了国内变电站的自动化水平和数字化管理水平^[4]。当前，由于国际经济形势持续不振，近年来世界海运市场深陷调整期，加之国民经济快速发展，生产技术不断进步和劳动力成本不断上升，在船舶行业使用机械、自动化技术代替人力不仅是国内各大船厂生产加工的重要手段，也成为船舶机舱机务管理的必然趋势。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究基本内容

本设计的主要内容包括：

1. 船舶机舱巡检机器人的系统方案设计；

2. 船舶机舱巡检机器人的硬件布置设计；

3. 船舶机舱巡检机器人的重要部件选型。

2.2 研究目标

设计船舶机舱巡检机器人的系统方案，其中包括：1）机器人系统构架设计：机器人主体设计、接口通信层设计、终端显示层设计；2）巡检机器人功能模块设计：主要为自主导航与定位功能、巡检功能、可见光检测功能和红外检测功能。

进行机舱巡检机器人硬件系统布置设计，包括导航定位系统、运动控制系统、信号识别与采集系统和无线通信系统。

了解巡检机器人重要部件的功能、特征及生产厂商等信息并作出分类整理，完成重要部件的系统选型工作。

2.3 拟采用的技术路线和措施

1. 本研究拟采用的技术路线是：

首先，分析船舶机舱需求，确定实现船舶机舱巡检机器人功能和性能所需要的技术系统，实现产品的功能与性能到技术系统的映像，完成船舶机舱巡检机器人系统的总体方案设计。其次，利用建模软件进行硬件布置设计，初步构建船舶机舱巡检机器人的实体模型。最后，针对定位导航系统、信号采集系统、图像识别系统、运动控制系统以及无线通信系统开展重要部件选型。

具体的技术路线如图所示。

（2）完成本研究拟采取的的措施如下：

首先，学习研究船舶机舱的结构特征，根据《轮机工程手册》学习轮机员的日常工作内容，并广泛收集当前巡检机器人的技术资料，确定巡检对象以及巡检流程，构建系统框架，划分功能模块，根据技术要求对船舶机舱巡检机器人进行总体方案设计。

其次，学习机器人硬件系统理论，了解当前机器人硬件系统实现方法及特征，根据要求的导航定位功能、运动控制功能、图像识别功能以及无线通信功能确定需要的硬件设施，学习SolidWorks软件并基于当前的船舶机舱消防机器人与电力巡检机器人产品建立实体模型，实现船舶机舱巡检机器人的硬件布置设计。

最后，由于当前国内尚未形成统一的国家标准，在确定该系统主要功能和技术之后，了解机器人相关的行业标准，了解国内主流机器人生产厂家的产品和配件，针对智能传感器、高清可见光摄像机、红外摄像仪等重要部件，研究比对不同设备型号和具体功能与特征，完成重要部件选型。

3. 研究计划与安排

第1周至第2周：查阅不少于20篇的相关资料，其中英文文献不少于5篇，完成开题报告；

第3周：翻译英文资料（不少于5000汉字）并交予指导老师检查；

第4周至第7周：了解船舶机舱结构特征，了解轮机员日常工作，确定巡检对象，完成总体方案设计；

4. 参考文献（12篇以上）

1. 王玉姣. 船舶机舱监控报警系统的研究与设计[d].武汉理工大学,2012.

2. iraklis lazakis;konstantinos dikis;annalito michala;gerasimos theotokatos.advanced ship systems condition monitoringfor enhanced inspection, maintenance and decision making in shipoperations[j].transport research arena tra2016.2016：1679-1688.

3. n. endrina, d. konovessis, o. sourina,g. krishnan, influence of ship design and operational factors on humanperformance and evaluation of effects and sensitivity using risk models[j].ocean engineering,2019 (15):143–158.

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