一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像識(shí)別領(lǐng)域，尤其涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，存在多種水下設(shè)備需要進(jìn)行水下焊接，焊接首先要尋找到焊縫位置，這決定了焊接的準(zhǔn)確性和焊接的質(zhì)量，對(duì)于無法焊接的焊縫，需要及時(shí)報(bào)警，同時(shí)，在執(zhí)行水下焊接時(shí)，由于水下這一特殊的工作環(huán)境，對(duì)焊接人員的要求很高。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中一般采用焊接人員目測(cè)的方式進(jìn)行焊縫的定位，然而，人工目測(cè)方式在水下執(zhí)行困難，定位焊縫并不理想，同時(shí)，焊接人員在水下無法執(zhí)行可持續(xù)焊接。
[0004]為此，需要一種機(jī)械化的執(zhí)行水下焊縫定位的技術(shù)方案，采用水下機(jī)器人焊接的方式替代水下焊接人員焊接，并能夠自動(dòng)提供出準(zhǔn)確的焊縫位置，以方便水下機(jī)器人按照焊縫執(zhí)行焊接操作，提高焊接質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤器，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別技術(shù)和多重濾波的圖像預(yù)處理技術(shù)對(duì)焊縫類型和焊縫位置進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)改造水下焊接設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)以及改造水下機(jī)器人的具體結(jié)構(gòu)，使其適合于水下焊接。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤方法，該方法包括:1)提供一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤器，所述跟蹤器包括水下機(jī)器人主體、特征提取設(shè)備和焊縫類型識(shí)別設(shè)備，所述特征提取設(shè)備和所述焊縫類型識(shí)別設(shè)備都位于所述水下機(jī)器人主體上，用于分別提取水下焊縫特征和確定焊縫類型，并在確定焊縫類型為無法焊接類型時(shí)發(fā)出相關(guān)報(bào)警信息；2)運(yùn)行所述跟蹤器。
[0007]更具體地，在所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤器中，還包括:電焊鉗，用于固定焊條，所述焊條為濕法涂料焊條，材料為低碳鋼；安全開關(guān)，其負(fù)極導(dǎo)線連接到所述電焊鉗；接地夾，被固定在待焊接工件上；電焊機(jī)，負(fù)極連接至所述電焊鉗，正極接地；電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備，與所述電焊鉗連接，用于根據(jù)電焊鉗驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述電焊鉗前往待焊接工件的焊縫位置；電焊鉗驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為一直流電機(jī)，為所述電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備對(duì)所述電焊鉗的驅(qū)動(dòng)提供動(dòng)力；所述水下機(jī)器人主體包括驅(qū)動(dòng)設(shè)備和機(jī)器人機(jī)械架構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)控制器、左舷直流減速電機(jī)、右舷直流減速電機(jī)、沉浮電機(jī)、正螺旋槳、反螺旋槳、附帶螺旋槳和聯(lián)軸器，所述左舷直流減速電機(jī)、所述右舷直流減速電機(jī)和所述沉浮電機(jī)分別通過所述聯(lián)軸器與所述正螺旋槳、所述反螺旋槳和所述附帶螺旋槳連接，所述驅(qū)動(dòng)控制器接收所述水上處理設(shè)備發(fā)送的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，以根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)的內(nèi)容驅(qū)動(dòng)所述左舷直流減速電機(jī)和所述右舷直流減速電機(jī)以分別控制所述正螺旋槳和所述反螺旋槳，驅(qū)動(dòng)水下機(jī)器人主體實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和左右動(dòng)作，還用于根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)的內(nèi)容驅(qū)動(dòng)所述沉浮電機(jī)以控制所述附帶螺旋槳，驅(qū)動(dòng)水下機(jī)器人主體實(shí)現(xiàn)上升與下潛動(dòng)作；水下攝像設(shè)備，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體上，包括半球形防水透明罩、輔助照明子設(shè)備和CMOS攝像頭，所述半球形防水透明罩用于容納所述輔助照明子設(shè)備和所述CMOS攝像頭，所述輔助照明子設(shè)備為所述CMOS攝像頭的水下拍攝提供輔助照明，所述CMOS攝像頭對(duì)前方目標(biāo)拍攝以獲得包含前方目標(biāo)的水下圖像；預(yù)處理設(shè)備，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體上，與所述CMOS攝像頭連接，包括中值濾波子設(shè)備、低通濾波子設(shè)備和同態(tài)濾波子設(shè)備；所述中值濾波子設(shè)備與所述CMOS攝像頭連接，用于對(duì)所述水下圖像執(zhí)行中值濾波，以濾除所述水下圖像中的點(diǎn)噪聲，獲得第一濾波圖像；所述低通濾波子設(shè)備與所述中值濾波子設(shè)備連接，用于去除所述第一濾波圖像中的隨機(jī)噪聲，獲得第二濾波圖像；所述同態(tài)濾波子設(shè)備與所述低通濾波子設(shè)備連接，用于對(duì)所述第二濾波圖像執(zhí)行圖像增強(qiáng)，以獲得增強(qiáng)水下圖像；特征提取設(shè)備，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體上，與所述預(yù)處理設(shè)備連接，包括圖像分割子設(shè)備和特征向量識(shí)別子設(shè)備，所述圖像分割子設(shè)備基于焊縫圖像灰度閾值范圍將所述增強(qiáng)水下圖像中的焊縫目標(biāo)識(shí)別出來以獲得水下焊縫圖像；所述特征向量識(shí)別子設(shè)備與所述圖像分割子設(shè)備連接，基于所述水下焊縫圖像確定水下焊縫目標(biāo)的8個(gè)幾何特征:歐拉孔數(shù)、圓度、角點(diǎn)數(shù)、凸凹度、光滑度、長徑比、緊密度和主軸角度，并將所述8個(gè)幾何特征組成特征向量；焊縫類型識(shí)別設(shè)備，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體上，與所述特征提取設(shè)備連接，采用8輸入2輸出的單隱層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以水下焊縫目標(biāo)的8個(gè)幾何特征作為輸入層神經(jīng)元，輸出層為水下焊縫類型，所述水下焊縫類型包括常規(guī)焊接類型和無法焊接類型；水上浮標(biāo)，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體的上方水面上；供電設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，包括防水密封罩、太陽能供電器件、蓄電池、切換開關(guān)和電壓轉(zhuǎn)換器，所述防水密封罩用于容納所述太陽能供電器件、所述蓄電池、所述切換開關(guān)和所述電壓轉(zhuǎn)換器，所述切換開關(guān)與所述太陽能供電器件和所述蓄電池分別連接，根據(jù)蓄電池的剩余電量決定是否切換到所述太陽能供電器件以由所述太陽能供電器件供電，所述電壓轉(zhuǎn)換器與所述切換開關(guān)連接，以將通過切換開關(guān)輸入的5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓；北斗星定位設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，由所述供電設(shè)備提供電力供應(yīng)，用于接收北斗星衛(wèi)星發(fā)送的北斗星定位數(shù)據(jù)；聲納探測(cè)設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，由所述供電設(shè)備提供電力供應(yīng)，用于探測(cè)所述潛水器主體到所述水上浮標(biāo)的相對(duì)距離，并作為第一相對(duì)距離輸出；超聲波測(cè)距設(shè)備，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體上，用于測(cè)量所述水下機(jī)器人主體距離前方焊縫目標(biāo)的距離，并作為第二相對(duì)距離輸出；單片機(jī)，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體上，與所述焊縫類型識(shí)別設(shè)備、所述北斗星定位設(shè)備、所述聲納探測(cè)設(shè)備和所述超聲波測(cè)距設(shè)備分別連接，基于所述北斗星定位數(shù)據(jù)、所述第一相對(duì)距離和所述第二相對(duì)距離計(jì)算焊縫定位數(shù)據(jù)，并當(dāng)接收到所述水下焊縫類型為無法焊接類型時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)接收到所述水下焊縫類型為常規(guī)焊接類型時(shí)，根據(jù)水下焊縫圖像在增強(qiáng)水下圖像的相對(duì)位置確定電焊鉗驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0008]更具體地，在所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤器中，所述跟蹤器還包括:水下電纜，用于將所述單片機(jī)與水上焊接處理中心連接，將所述報(bào)警信號(hào)和所述焊縫定位數(shù)據(jù)發(fā)送到所述水上焊接處理中心。
[0009]更具體地，在所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤器中:所述單片機(jī)為AT89C51。
[0010]更具體地，在所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤器中:所述機(jī)器人機(jī)械架構(gòu)包括支架、左壓力克透明筒、右壓力克透明筒、連接箍、儲(chǔ)物臺(tái)、機(jī)械臂、機(jī)械手和隔水密封筒O
【附圖說明】
[0011]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0012]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤器的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0013]附圖標(biāo)記:1水下機(jī)器人主體；2水下焊縫識(shí)別設(shè)備；3電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤器的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015]水下焊接是固定水下設(shè)備的必要工序，其焊接質(zhì)量好壞直接決定了水下設(shè)備的牢固度，然而，現(xiàn)有技術(shù)中尚不存在能夠適應(yīng)水下作業(yè)環(huán)境、能夠自動(dòng)完成焊縫定位、焊接操作的智能化設(shè)備，對(duì)于無法焊接的焊縫類型，也無法進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。
[0016]為了克服上述不足，本發(fā)明搭建了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下焊縫跟蹤器，以水下機(jī)器人為操作平臺(tái)，引入各種能夠適應(yīng)水下工作環(huán)境的定位識(shí)別設(shè)備，從而能夠?qū)崿F(xiàn)水下焊縫類型、并自適應(yīng)地進(jìn)行