AUV跨学科研究——回22大侠，期待指教

舟航 · 发表于 2011-4-21 23:07:26

本帖最后由舟航于 2011-4-21 23:39 编辑

申明：本帖有关图片及有关AUV的内容均来源以下文档，文中不再说明。Bernhard Gerl ，Diploma Thesis / Diplomarbeit. Technische Universität München

Fakultät für Maschinenwesen TheUniversity of Western Australia School of Electrical, Electronic and ComputerEngineering. Development of an Autonomous Underwater Vehicle in anInterdisciplinary Context.2006

匆匆看完22大侠发的文档，由于专业和外文水平有限，帖子的说法肯定存在诸多不妥，敬请拍砖。

这篇论文是高校竞赛产品背景下产生的，类似于俺们读书时参加的机器人大赛、机械创新大赛等等，俺个人认为，水平有一定的局限。当然西澳国际认可，比俺们学校强很多。

前4章基本都是谈机电系统产品的设计方法问题。对于俺们的参考价值可以说没有，也可以说很大，俺周围的家伙都是不注重文档、不注重设计方法的家伙，但用过欧美产品的哥们都有体会，欧美特别注重文档、注重方法。

从第5章开始讨论AUV的设计。首先是分析AUV的物理性质，含工况参数的分析。然后再依照环境的需求，来确认关键零部件及整体设计。同时还得考虑到成本、实施难易程度等。本论文提到的产品，受到成本的很大限制。

由于机电系统产品的跨学科，比较复杂。任务的分配及跨学科之间的交流就显得很重要。

对于一个机电系统产品来讲，主要分3大块。即机、电、软。这和俺现在做的工作其实挺像。

还是那句话：机械是胚子，电子电路是肌肉神经、软件是灵魂。本文主要在原有AUV的基础上的改造，在USAL潜艇中间加上一部分，以适用于高校竞赛。

具体一些细节，看俺的笔记（附录：AUV跨学科研究，机电一体化系统设计之笔记）。哈哈

舟航 · 发表于 2011-4-21 23:07:54

本帖最后由舟航于 2011-4-21 23:17 编辑

附录：AUV跨学科研究，机电一体化系统设计之笔记

机电学这词是日本工程师KoKikuchi1969年发明的。一个产品集电子学、信息科学、机械学、电力学等一身。

看图2.1-2：基础系统还是机械结构，也就是俺说的胚子，这个玩不好，没招。然后分两路：传感器和执行器。前者采集系统的状态，并由信息处理系统处理成数字信号，然后再由处理系统发出数字信号并转换成模拟信号来驱动执行器的动作，如此反复的一个动作循环系统。

机电一体化系统逐步取代机械系统。优点就不讨论了。这里必须提到的一点就是跨学科的协作问题。

机器人学和机电学的区别：装配线的上的机械手，步行或轮式移动的机器人能称为机电系统。其执行器和传感器的使用是机电系统的典型应用。机器人是机电产品的一个子集。机电系统产品重要部分为信息处理单元，即基于传感器的信号来控制执行器。

机电产品复杂五方面，也有其他的分类。

数值复杂

关系/结构复杂

变量复杂：一个模块适用不同型号的产品

学科复杂：多学科交叉

组织复杂：任务分配

跨学科的交流：术语的理解，表达语言的差异，解决问题的方法。

设计的过程模型(Pahl&Beitz):

任务说明：收集需求，需求清单

概念设计：发现问题，设计功能

具体设计：产品布局、形状等确定

细节设计：各零部件性能，材料选型、画图、产品文档等

Eyebot控制器:

C和汇编直接编程

采集传感器的模拟量数字量信号

模拟量数字量信号输出给执行器

液晶显示器

支持PC上C++编程，串口上传

控制器BIOS的具体功能能直接简单的编程

3毕业生搞的Mako，1.5m，35Kg。2个PVC壳，保护电气件，控制器，迷你PC等，安装在铝架上。4个螺旋桨推进器分别安装在前后和左右两侧，声纳传感器测量离墙面和地面的距离。参加学校竞赛，泳池，达到5m。

USAL潜艇：Mako缺点是膨松和重量重，参加各种国际比赛不现实，太昂贵。所以要做第二代更小更轻的AUV。由于销售不成功，USAL公司已经不存在了。改造它来参加自动水下竞赛。任务列表等，由于作者专业在机械方面，其他控制或通讯软件等均用现成的或简化功能。

AUV的应用：

海底地图

地址采样

长期监测

潜艇板外传感

水矿寻找和处理

船体监测

核电厂视察

水下电缆检查

AUV形式：见图5.2-1，7种。几个推进剂几个方向舵的问题。其中第5种流体阻力小，常用于商业的AUV。

5.3AUV的物理性质

1、坐标系

2、浮力、稳定性

3、压力，33页第1行，106 Pa后面是否应该是10atm？每10m增加1个大气压。竞赛不要求深于5m。

4、阻力，和海水密度、AUV动作速度、面积及阻力系数有关。对于复杂形状的AUV，面积和阻力系数不能通过表查出，需要通过实验或数值分析工具得出。和速度成平方的关系，所以一般AUV一般都是低速。形状平滑可以降低面积和阻力系数当量。

6、功能结构

6.1 机电系统功能建立功能模型的动机

6.2 AUV功能结构的发展

相当于任务的划分。

7、概念设计

对比Mako-AUV和USAL-潜艇。后者体积小，低能耗。通过比较，改变原设计，综合Mako-AUV的优点，在USAL中间加一部件，支持升沉运动，并可安装一些附加传感器等，但没有改变原有船体。5种演变模式，经过评估，第3种得分最高。

7.3 执行机构

控制方向舵用伺服电机：标准5V伺服电机，需要减速箱，方向舵正负30°工作。

船尾螺旋桨用电动机：12V，电动机通过功放板来驱动，有两路信号，一路速度，一路方向。

升沉螺旋桨用电动机：这里提到大电流情况下考虑散热问题。

7.4 传感器

声纳

GPS

压力传感器

激光测距

浆轮传感器

热线式和热膜流速（风速）传感器

陀螺仪

倾角器

皮托管

机电海流计

声学多普勒传感器

加速度计，IMU惯性测量装置

用来测压力（得深度）、位置、速度

7.4.2.1 压力传感器：测量深度

7.4.2.2 红外距离传感器：位置传感器装置（PSD），关于测量范围的讨论，盲区怎么处理，怎么得到大范围的PSD.范围大的一般是模拟量的，需要数模转换装置。

7.4.2.3 数字式罗盘：角度的输入输出

7.4.2.4 速度传感器：由于干扰，测量速度没有什么好的办法。浆轮+鼠标的方案能实现，则速度传感器没有必要了。

7.4.2.5 加速计：和速度传感器的信号来共同计算AUV的速度和位置。

7.5 更多的电气件

7.5.1照相机

7.5.2 电池：驱动控制器和执行器，便宜的铅酸电池

7.5.3 蓝牙通讯：更新程序、发送传感器数据、远程控制。30CM以内

7.5.4 红外传感器：通过它可以通过标准电视遥控来控制AUV控制器

8 特定领域设计

8.1 机械设计

8.1.1 概括：体现设计：清楚、简单、安全和其他

8.1.2 AUV的机械设计：在确定了传感器、执行器、电池、控制器等后，开始机械设计。

要求：

整重接近浮力

质心居中，在电机的中轴线

质心尽可能低

体积中心在电机中轴线

升沉运动时的摩擦力合力应该在中间

8.2 电子设计

8．2.1 概括：

8.2．2 AUV的电子设计

围绕着核心Eyebot控制器。

8.3 软件设计

8.3.1 概括：机电基础做的越稳定，软件可以做的越简单

8.3.2 AUV的软件：对每个真实组件建立软件类，每个类里做些算法。类构成了实现C++面向对象程序设计的基础。

9 总结

设计方法在跨学科的使用？

接下来的工作。

舟航 · 发表于 2011-4-21 23:16:47

2266998 · 发表于 2011-4-22 09:25:56

这是一篇入门级的文章，不很长，只有完全读懂这些东西，才能再读其它东西，读文章，一定是先读这些，上来就读计算公式，是读不下去的，
大虾自己认为读懂了多少？
所谓读懂了，就是把这个东西合上，假如人家问你3个问题，是否可以用自己的语言描述一下。特别是原理与电路部分。

andyany · 发表于 2011-4-22 10:08:44

本帖最后由 andyany 于 2011-4-22 15:24 编辑

舟版给力，998大侠的提问更给力。搬个板凳等听。。。

晓昀 · 发表于 2011-4-22 10:14:03

有998老师引导读书，慢慢你也成为大师了

leftwall · 发表于 2011-4-22 20:08:57

『Eyebot控制器:

C和汇编直接编程』
X，还用汇编，都是神人啊

leftwall · 发表于 2011-4-22 20:40:40

外国的纪录片发现还是比较有内容的
刚才在看《伟大工程巡礼-超级潜艇》，里面提到UUV（无人水下航行器，包括AUV），提及的型号是用来排水雷的，大概也就3米左右，造价50万美刀，果然不是一般人玩儿的

buttnofly · 发表于 2011-4-23 13:23:39

leftwall 发表于 2011-4-22 20:40 / Q& Y& I1 d# F V
外国的纪录片发现还是比较有内容的/ R+ Y# `3 n& j1 H( s7 O9 _4 X
刚才在看《伟大工程巡礼-超级潜艇》，里面提到UUV（无人水下航行器，包 ...

这个系列很多伟大的工程，可以学习一下。沙中取油那个不错，不知道中国有没有搞。

chenqi0766 · 发表于 2011-4-25 13:49:54

貌似不是很懂，尴尬。。！~哈哈

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