本帖最后由 舟航 于 2011-4-21 23:17 編輯
$ S- j( N* E" Q9 Q5 [7 z6 T
2 {7 ]; O9 K+ I2 C/ u附錄：AUV跨學(xué)科研究，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計之筆記 機(jī)電學(xué)這詞是日本工程師KoKikuchi1969年發(fā)明的。一個產(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)，也就是俺說的胚子，這個玩不好，沒招。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，然后再由處理系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信號并轉(zhuǎn)換成模擬信號來驅(qū)動執(zhí)行器的動作，如此反復(fù)的一個動作循環(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)點就不討論了。這里必須提到的一點就是跨學(xué)科的協(xié)作問題。 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來控制執(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：一個模塊適用不同型號的產(chǎn)品 學(xué)科復(fù)雜：多學(xué)科交叉 組織復(fù)雜：任務(wù)分配
1 c+ m! p3 A( o/ A跨學(xué)科的交流：術(shù)語的理解，表達(dá)語言的差異，解決問題的方法。 + @# w0 a5 { L: s
設(shè)計的過程模型(Pahl&Beitz): 任務(wù)說明：收集需求，需求清單 概念設(shè)計：發(fā)現(xiàn)問題，設(shè)計功能 具體設(shè)計：產(chǎn)品布局、形狀等確定 細(xì)節(jié)設(shè)計：各零部件性能，材料選型、畫圖、產(chǎn)品文檔等 $ Q! ` U% b8 W# N, Y
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 模擬量數(shù)字量信號輸出給執(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單的編程
7 Y3 ?" O+ T0 F. y0 B. b+ p7 a% T& C) i. e# z( F, Y5 i8 T
3畢業(yè)生搞的Mako，1.5m，35Kg。2個PVC殼，保護(hù)電氣件，控制器，迷你PC等，安裝在鋁架上。4個螺旋槳推進(jìn)器分別安裝在前后和左右兩側(cè)，聲納傳感器測量離墻面和地面的距離。參加學(xué)校競賽，泳池，達(dá)到5m。 ) l- F& A/ [5 a, P n
USAL潛艇：Mako缺點是膨松和重量重，參加各種國際比賽不現(xiàn)實，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。改造它來參加自動水下競賽。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)成的或簡化功能。 7 ]3 d5 e9 z3 ~/ S# g" w$ {
AUV的應(yīng)用：
) L+ H, C Q8 J8 v6 b海底地圖 地址采樣 長期監(jiān)測 潛艇板外傳感 水礦尋找和處理 船體監(jiān)測 核電廠視察 水下電纜檢查
5 i" M7 e$ c" V4 k$ a0 c, \6 w/ }AUV形式：見圖5.2-1，7種。幾個推進(jìn)劑幾個方向舵的問題。其中第5種流體阻力小，常用于商業(yè)的AUV。 8 f7 G0 V+ h8 F0 n7 Z
5.3AUV的物理性質(zhì) 1、坐標(biāo)系 2、浮力、穩(wěn)定性 3、壓力，33頁第1行，106 Pa后面是否應(yīng)該是10atm？每10m增加1個大氣壓。競賽不要求深于5m。 4、阻力，和海水密度、AUV動作速度、面積及阻力系數(shù)有關(guān)。對于復(fù)雜形狀的AUV，面積和阻力系數(shù)不能通過表查出，需要通過實驗或數(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。
7 N9 r0 Z' w" j( T! A. O
# ^9 P1 C4 M2 n) ~: z: `6 X6、功能結(jié)構(gòu) 6.1 機(jī)電系統(tǒng)功能建立功能模型的動機(jī) 6.2 AUV功能結(jié)構(gòu)的發(fā)展 相當(dāng)于任務(wù)的劃分。 0 w) C* ?) L6 H' O( _2 E
7、概念設(shè)計 對比Mako-AUV和USAL-潛艇。后者體積小，低能耗。通過比較，改變原設(shè)計，綜合Mako-AUV的優(yōu)點，在USAL中間加一部件，支持升沉運(yùn)動，并可安裝一些附加傳感器等，但沒有改變原有船體。5種演變模式，經(jīng)過評估，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。 船尾螺旋槳用電動機(jī)：12V，電動機(jī)通過功放板來驅(qū)動，有兩路信號，一路速度，一路方向。 升沉螺旋槳用電動機(jī)：這里提到大電流情況下考慮散熱問題。 7.4 傳感器 聲納 GPS 壓力傳感器 激光測距 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 聲學(xué)多普勒傳感器 加速度計，IMU慣性測量裝置
7 E) x0 z! I9 \9 [用來測壓力（得深度）、位置、速度 7.4.2.1 壓力傳感器：測量深度 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，測量速度沒有什么好的辦法。漿輪+鼠標(biāo)的方案能實現(xiàn)，則速度傳感器沒有必要了。 7.4.2.5 加速計：和速度傳感器的信號來共同計算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：通過它可以通過標(biāo)準(zhǔn)電視遙控來控制AUV控制器 4 X9 i& O. a- d* V% Y" y; H
8 特定領(lǐng)域設(shè)計 8.1 機(jī)械設(shè)計 8.1.1 概括：體現(xiàn)設(shè)計：清楚、簡單、安全和其他 8.1.2 AUV的機(jī)械設(shè)計：在確定了傳感器、執(zhí)行器、電池、控制器等后，開始機(jī)械設(shè)計。 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)動時的摩擦力合力應(yīng)該在中間 8.2 電子設(shè)計 8．2.1 概括： 8.2．2 AUV的電子設(shè)計 ![]()
1 V, e* {7 l1 H" A V* q% q
圍繞著核心Eyebot控制器。 8.3 軟件設(shè)計 8.3.1 概括：機(jī)電基礎(chǔ)做的越穩(wěn)定，軟件可以做的越簡單 8.3.2 AUV的軟件：對每個真實組件建立軟件類，每個類里做些算法。類構(gòu)成了實現(xiàn)C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基礎(chǔ)。 9 總結(jié) 設(shè)計方法在跨學(xué)科的使用？ 接下來的工作。
9 \- t+ i0 T+ ]! Z) n4 Z n | 
發(fā)表于 2011-4-21 23:07:26
QQ好友和群
QQ空間
發(fā)表于 2011-4-22 09:25:56
