本帖最后由 舟航 于 2011-4-21 23:17 編輯
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! S) M8 _! V, k- ~附錄：AUV跨學(xué)科研究，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)之筆記 機(jī)電學(xué)這詞是日本工程師KoKikuchi1969年發(fā)明的。一個(gè)產(chǎn)品集電子學(xué)、信息科學(xué)、機(jī)械學(xué)、電力學(xué)等一身。 看圖2.1-2：基礎(chǔ)系統(tǒng)還是機(jī)械結(jié)構(gòu)，也就是俺說(shuō)的胚子，這個(gè)玩不好，沒(méi)招。然后分兩路：傳感器和執(zhí)行器。前者采集系統(tǒng)的狀態(tài)，并由信息處理系統(tǒng)處理成數(shù)字信號(hào)，然后再由處理系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信號(hào)并轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的動(dòng)作，如此反復(fù)的一個(gè)動(dòng)作循環(huán)系統(tǒng)。 機(jī)電一體化系統(tǒng)逐步取代機(jī)械系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)就不討論了。這里必須提到的一點(diǎn)就是跨學(xué)科的協(xié)作問(wèn)題。 機(jī)器人學(xué)和機(jī)電學(xué)的區(qū)別：裝配線的上的機(jī)械手，步行或輪式移動(dòng)的機(jī)器人能稱為機(jī)電系統(tǒng)。其執(zhí)行器和傳感器的使用是機(jī)電系統(tǒng)的典型應(yīng)用。機(jī)器人是機(jī)電產(chǎn)品的一個(gè)子集。機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)品重要部分為信息處理單元，即基于傳感器的信號(hào)來(lái)控制執(zhí)行器。 機(jī)電產(chǎn)品復(fù)雜五方面，也有其他的分類。 數(shù)值復(fù)雜 關(guān)系/結(jié)構(gòu)復(fù)雜 變量復(fù)雜：一個(gè)模塊適用不同型號(hào)的產(chǎn)品 學(xué)科復(fù)雜：多學(xué)科交叉 組織復(fù)雜：任務(wù)分配 6 g: e, z1 N: ?6 N
跨學(xué)科的交流：術(shù)語(yǔ)的理解，表達(dá)語(yǔ)言的差異，解決問(wèn)題的方法。 ( X& P+ _& E0 e8 m- Q
設(shè)計(jì)的過(guò)程模型(Pahl&Beitz): 任務(wù)說(shuō)明：收集需求，需求清單 概念設(shè)計(jì)：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)功能 具體設(shè)計(jì)：產(chǎn)品布局、形狀等確定 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)：各零部件性能，材料選型、畫圖、產(chǎn)品文檔等 % R# p1 S& ^$ C5 B# @0 _
Eyebot控制器: C和匯編直接編程 采集傳感器的模擬量數(shù)字量信號(hào) 模擬量數(shù)字量信號(hào)輸出給執(zhí)行器 液晶顯示器 支持PC上C++編程，串口上傳 控制器BIOS的具體功能能直接簡(jiǎn)單的編程
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3畢業(yè)生搞的Mako，1.5m，35Kg。2個(gè)PVC殼，保護(hù)電氣件，控制器，迷你PC等，安裝在鋁架上。4個(gè)螺旋槳推進(jìn)器分別安裝在前后和左右兩側(cè)，聲納傳感器測(cè)量離墻面和地面的距離。參加學(xué)校競(jìng)賽，泳池，達(dá)到5m。 ' C) y5 ?+ V9 f8 i/ Q
USAL潛艇：Mako缺點(diǎn)是膨松和重量重，參加各種國(guó)際比賽不現(xiàn)實(shí)，太昂貴。所以要做第二代更小更輕的AUV。由于銷售不成功，USAL公司已經(jīng)不存在了。改造它來(lái)參加自動(dòng)水下競(jìng)賽。任務(wù)列表等，由于作者專業(yè)在機(jī)械方面，其他控制或通訊軟件等均用現(xiàn)成的或簡(jiǎn)化功能。 % Y9 n1 v' s# A, ~0 @
AUV的應(yīng)用：
0 F% x4 o0 y2 u+ R海底地圖 地址采樣 長(zhǎng)期監(jiān)測(cè) 潛艇板外傳感 水礦尋找和處理 船體監(jiān)測(cè) 核電廠視察 水下電纜檢查 , l, p3 n* m4 N5 n. k/ l
AUV形式：見(jiàn)圖5.2-1，7種。幾個(gè)推進(jìn)劑幾個(gè)方向舵的問(wèn)題。其中第5種流體阻力小，常用于商業(yè)的AUV。 1 u0 C; T# C B/ A. \
5.3AUV的物理性質(zhì) 1、坐標(biāo)系 2、浮力、穩(wěn)定性 3、壓力，33頁(yè)第1行，106 Pa后面是否應(yīng)該是10atm？每10m增加1個(gè)大氣壓。競(jìng)賽不要求深于5m。 4、阻力，和海水密度、AUV動(dòng)作速度、面積及阻力系數(shù)有關(guān)。對(duì)于復(fù)雜形狀的AUV，面積和阻力系數(shù)不能通過(guò)表查出，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)或數(shù)值分析工具得出。和速度成平方的關(guān)系，所以一般AUV一般都是低速。形狀平滑可以降低面積和阻力系數(shù)當(dāng)量。 ( g$ e- T, v) h
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6、功能結(jié)構(gòu) 6.1 機(jī)電系統(tǒng)功能建立功能模型的動(dòng)機(jī) 6.2 AUV功能結(jié)構(gòu)的發(fā)展 相當(dāng)于任務(wù)的劃分。
) d% y, X# \; e4 ^7、概念設(shè)計(jì) 對(duì)比Mako-AUV和USAL-潛艇。后者體積小，低能耗。通過(guò)比較，改變?cè)O(shè)計(jì)，綜合Mako-AUV的優(yōu)點(diǎn)，在USAL中間加一部件，支持升沉運(yùn)動(dòng)，并可安裝一些附加傳感器等，但沒(méi)有改變?cè)写w。5種演變模式，經(jīng)過(guò)評(píng)估，第3種得分最高。 7.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 控制方向舵用伺服電機(jī)：標(biāo)準(zhǔn)5V伺服電機(jī)，需要減速箱，方向舵正負(fù)30°工作。 船尾螺旋槳用電動(dòng)機(jī)：12V，電動(dòng)機(jī)通過(guò)功放板來(lái)驅(qū)動(dòng)，有兩路信號(hào)，一路速度，一路方向。 升沉螺旋槳用電動(dòng)機(jī)：這里提到大電流情況下考慮散熱問(wèn)題。 7.4 傳感器 聲納 GPS 壓力傳感器 激光測(cè)距 漿輪傳感器 熱線式和熱膜流速（風(fēng)速）傳感器 陀螺儀 傾角器 皮托管 機(jī)電海流計(jì) 聲學(xué)多普勒傳感器 加速度計(jì)，IMU慣性測(cè)量裝置
' t ~0 c* j6 M' W用來(lái)測(cè)壓力（得深度）、位置、速度 7.4.2.1 壓力傳感器：測(cè)量深度 7.4.2.2 紅外距離傳感器：位置傳感器裝置（PSD），關(guān)于測(cè)量范圍的討論，盲區(qū)怎么處理，怎么得到大范圍的PSD.范圍大的一般是模擬量的，需要數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置。 7.4.2.3 數(shù)字式羅盤：角度的輸入輸出 7.4.2.4 速度傳感器：由于干擾，測(cè)量速度沒(méi)有什么好的辦法。漿輪+鼠標(biāo)的方案能實(shí)現(xiàn)，則速度傳感器沒(méi)有必要了。 7.4.2.5 加速計(jì)：和速度傳感器的信號(hào)來(lái)共同計(jì)算AUV的速度和位置。 7.5 更多的電氣件 7.5.1照相機(jī) 7.5.2 電池：驅(qū)動(dòng)控制器和執(zhí)行器，便宜的鉛酸電池 7.5.3 藍(lán)牙通訊：更新程序、發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制。30CM以內(nèi) 7.5.4 紅外傳感器：通過(guò)它可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電視遙控來(lái)控制AUV控制器 1 v/ c5 s% u; k9 ^ g/ {
8 特定領(lǐng)域設(shè)計(jì) 8.1 機(jī)械設(shè)計(jì) 8.1.1 概括：體現(xiàn)設(shè)計(jì)：清楚、簡(jiǎn)單、安全和其他 8.1.2 AUV的機(jī)械設(shè)計(jì)：在確定了傳感器、執(zhí)行器、電池、控制器等后，開(kāi)始機(jī)械設(shè)計(jì)。 要求： 整重接近浮力 質(zhì)心居中，在電機(jī)的中軸線 質(zhì)心盡可能低 體積中心在電機(jī)中軸線 升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力合力應(yīng)該在中間 8.2 電子設(shè)計(jì) 8．2.1 概括： 8.2．2 AUV的電子設(shè)計(jì) ![]()
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3 C2 M+ k3 A3 M圍繞著核心Eyebot控制器。 8.3 軟件設(shè)計(jì) 8.3.1 概括：機(jī)電基礎(chǔ)做的越穩(wěn)定，軟件可以做的越簡(jiǎn)單 8.3.2 AUV的軟件：對(duì)每個(gè)真實(shí)組件建立軟件類，每個(gè)類里做些算法。類構(gòu)成了實(shí)現(xiàn)C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 9 總結(jié) 設(shè)計(jì)方法在跨學(xué)科的使用？ 接下來(lái)的工作。
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發(fā)表于 2011-4-21 23:07:26
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