機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: AUV跨學(xué)科研究——回22大俠，期待指教 [打印本頁(yè)]
作者: 舟航    時(shí)間: 2011-4-21 23:07
標(biāo)題: AUV跨學(xué)科研究——回22大俠，期待指教
本帖最后由 舟航 于 2011-4-21 23:39 編輯 7 s" a1 E1 a7 F1 h& l6 a$ N
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申明：本帖有關(guān)圖片及有關(guān)AUV的內(nèi)容均來(lái)源以下文檔，文中不再說(shuō)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大俠發(fā)的文檔，由于專業(yè)和外文水平有限，帖子的說(shuō)法肯定存在諸多不妥，敬請(qǐng)拍磚。
這篇論文是高校競(jìng)賽產(chǎn)品背景下產(chǎn)生的，類似于俺們讀書時(shí)參加的機(jī)器人大賽、機(jī)械創(chuàng)新大賽等等，俺個(gè)人認(rèn)為，水平有一定的局限。當(dāng)然西澳國(guó)際認(rèn)可，比俺們學(xué)校強(qiáng)很多。
前4章基本都是談機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法問(wèn)題。對(duì)于俺們的參考價(jià)值可以說(shuō)沒有，也可以說(shuō)很大，俺周圍的家伙都是不注重文檔、不注重設(shè)計(jì)方法的家伙，但用過(guò)歐美產(chǎn)品的哥們都有體會(huì)，歐美特別注重文檔、注重方法。
從第5章開始討論AUV的設(shè)計(jì)。首先是分析AUV的物理性質(zhì)，含工況參數(shù)的分析。然后再依照環(huán)境的需求，來(lái)確認(rèn)關(guān)鍵零部件及整體設(shè)計(jì)。同時(shí)還得考慮到成本、實(shí)施難易程度等。本論文提到的產(chǎn)品，受到成本的很大限制。
由于機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)品的跨學(xué)科，比較復(fù)雜。任務(wù)的分配及跨學(xué)科之間的交流就顯得很重要。
對(duì)于一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)品來(lái)講，主要分3大塊。即機(jī)、電、軟。這和俺現(xiàn)在做的工作其實(shí)挺像。
還是那句話：機(jī)械是胚子，電子電路是肌肉神經(jīng)、軟件是靈魂。本文主要在原有AUV的基礎(chǔ)上的改造，在USAL潛艇中間加上一部分，以適用于高校競(jìng)賽。
具體一些細(xì)節(jié)，看俺的筆記（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）。哈哈
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作者: 舟航    時(shí)間: 2011-4-21 23:07
本帖最后由 舟航 于 2011-4-21 23:17 編輯 . F1 ~0 b. v' y4 s

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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
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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。
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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
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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。
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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。
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AUV的應(yīng)用：
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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

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AUV形式：見圖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。
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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。

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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。
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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
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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

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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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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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作者: 舟航    時(shí)間: 2011-4-21 23:16
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作者: 2266998    時(shí)間: 2011-4-22 09:25
這是一篇入門級(jí)的文章，不很長(zhǎng)，只有完全讀懂這些東西，才能再讀其它東西，讀文章，一定是先讀這些，上來(lái)就讀計(jì)算公式，是讀不下去的，+ N) y* a, z  R. r1 f9 K
大蝦自己認(rèn)為讀懂了多少？
2 m/ B% ?* `: L, ~2 h/ ^" Y所謂讀懂了，就是把這個(gè)東西合上，假如人家問(wèn)你3個(gè)問(wèn)題，是否可以用自己的語(yǔ)言描述一下。特別是原理與電路部分。
作者: andyany    時(shí)間: 2011-4-22 10:08
本帖最后由 andyany 于 2011-4-22 15:24 編輯
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0 n1 U: B  z" e6 g舟版給力，998大俠的提問(wèn)更給力。搬個(gè)板凳等聽。。。
作者: 曉昀    時(shí)間: 2011-4-22 10:14
有998老師引導(dǎo)讀書，慢慢你也成為大師了
作者: leftwall    時(shí)間: 2011-4-22 20:08
『Eyebot控制器:
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C和匯編直接編程』& J# r: @7 }2 D+ t
X，還用匯編，都是神人啊
作者: leftwall    時(shí)間: 2011-4-22 20:40
外國(guó)的紀(jì)錄片發(fā)現(xiàn)還是比較有內(nèi)容的, B( h; ?: X  m( J. M! y/ Z: Y
剛才在看《偉大工程巡禮-超級(jí)潛艇》，里面提到UUV（無(wú)人水下航行器，包括AUV），提及的型號(hào)是用來(lái)排水雷的，大概也就3米左右，造價(jià)50萬(wàn)美刀，果然不是一般人玩兒的
作者: buttnofly    時(shí)間: 2011-4-23 13:23
leftwall 發(fā)表于 2011-4-22 20:40 1 J# P, ?5 u5 t% b7 Y4 A
外國(guó)的紀(jì)錄片發(fā)現(xiàn)還是比較有內(nèi)容的
4 ^% g! C4 j0 ?- H3 d( V剛才在看《偉大工程巡禮-超級(jí)潛艇》，里面提到UUV（無(wú)人水下航行器，包 ...
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這個(gè)系列很多偉大的工程，可以學(xué)習(xí)一下。沙中取油那個(gè)不錯(cuò)，不知道中國(guó)有沒有搞。3 \- ]0 a+ R0 L9 S3 w3 t4 j* l( b
作者: chenqi0766    時(shí)間: 2011-4-25 13:49
貌似不是很懂，尷尬。。！~哈哈
作者: happqiwei    時(shí)間: 2011-4-26 15:20
我不是貌似不是很懂，就是不懂。尷尬。。！~哈哈
作者: andyany    時(shí)間: 2011-4-26 15:27
學(xué)生躍躍欲試，還未見老師提問(wèn)。
作者: zgxxmu    時(shí)間: 2011-4-26 19:52
著實(shí)費(fèi)力呀       學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)         
作者: 南部    時(shí)間: 2012-3-25 21:31
找到組織了哇{:soso_e152:}
作者: Frankdechao    時(shí)間: 2012-3-28 14:48
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