基于图像识别的智能炮管清洗机器人设计
徐正迭1，项占1，梅金虎2，朱甫宏2
（1浙江大学现代制造工程研究所，浙江杭州3100272中国人民解放军73021部队，浙江杭州310023）
摘 要：针对当前士兵人工清洗炮管强度大，效率低等问题，以及现有清洗设备在实际应用中存在的体积大、质量重、智能化程度低等不足，基于图像识别技术和模式识剐理论，研制了一种智能炮管清洗机器人。该智能炮管清洗机器人采用嵌入式控制系统，应用图像处理技术，实现了清洗过程的可视化，并通过色彩特征提取算法实现了对炮膛内挂铜区域的提取；利用模糊模式识别方法，根据炮膛内挂铜区域分布的规律性及实际图像处理后得到的信息来实现对炮膛的智能清洗。实际应用表明，此智能炮管清洗机器人鲁棒性强、清洗效率高，具有良好的应用前景。
关键词：炮管；嵌入式；图像识别；模糊模式识别；智能清洗
中图分类号：tp 273 文献标识码：a
1引言
火炮在发射道程中不仅会在炮膛内残余大量的物质，而且火炮炮弹带与身管内壁间亦会产生大量的粘附物。这些物质受高温、高压的作用与管壁黏贴地非常牢固，尤其是线膛炮的“阴线”角落位置的残留物，极不容易清除，对炮管寿命产生很大的影响，当“积留”超过一定程度后，极易产生炸管等事故。
过去主要依靠传统的人工和机械擦拭的方法对炮管进行清洗，参与士兵人数较多，劳动强度大，效率较低。而现有的液压推杆式、螺旋推进式等炮管清洗设备往往携带笨重，智能化程度低。因此，研制一种智能炮管清洗机器人，不仅可以极大地减轻士兵的劳动强度，而且可以有效提高火炮的维护保养水平和身管寿命，对提高部队战斗力具有较大的军事和经济效益。
本文中所研究开发的智能化封闭式柔性炮管清洗机器人，采用嵌入式控制系统，带有图像识别模块，能够针对挂铜区域进行智能清除，与传统的擦洗相比，提高了清洗效率，同时也实现了清洗过程的可视化。
2 系统简介及性能指标
1)系统简介炮管清洗机器人分机械和控制两部分，机械部分主要包括机头部件、端盖部件、齿形带传动部件、刷筒部件及喷头部件。控制部分主要包括直流无刷电机、电磁阀、图像采集模块、图像处理模块及嵌入式控制系统。机器人主机部分纽成，如图1所示。
直流无刷电机驱动主动带轮旋转，通过齿形同步带传动，使固定在同步带上端的刷筒部件在炮管内直线运动，直流无刷电机上装有霍尔传感器，能反馈当前刷筒的位置信息。刷毛和筒芯之间的联接设计为滚动摩擦，从而使刷毛不仅能沿炮膛直线运动，而且能进行周向旋转运动。这样不但提高了清洗效果，而且防止在清洗线膛炮时发生同步带扭转的情况。喷头部件用于向炮膛内喷射清洗液，通过化学方式除铜及除塑。而装载在刷筒后端的图像采集模块将实时采集炮膛内壁的图像信息，提供给液晶模块进行视频显示，同时传送给图像处理模块进行图像识别。
2)系统性能指标系统的具体性能指标如下：
①稳定性，实时性，适应在- 30℃~60℃环境温度下工作，防护等级ip42，防震。尔传感器的信号实现位置及速度的检测。嵌入式系统主模块通过pwm实现对直流电机转速的控制。
②高度集成化便携式设计，完善的系统状态监控及故障自诊断功能，便于维护。
图像处理模块主要完成监控图像的显示以及炮膛内挂铜区域的识别并进行模糊模式识别实现智能清洗。人机交互模块用于控制命令的输入及系统运行
③智自识别，能实现定区域智能清洗。参数显示。（多适合炮管直径：76—155 mm。）
⑤适合炮管长度：6～10 m。
⑥清洗效率高，30~ 50 min/门。
3控制系统硬件设计
控制系统的硬件结构图，如图2所示。
由图可知，系统主要可以分为嵌入式系统主模块、无刷直流电机控制棋块、图像处理模块以及人机交互 |
