本帖最后由 舟航 于 2011-4-21 23:17 編輯
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附錄：AUV跨學科研究，機電一體化系統(tǒng)設計之筆記 機電學這詞是日本工程師KoKikuchi1969年發(fā)明的。一個產品集電子學、信息科學、機械學、電力學等一身。 看圖2.1-2：基礎系統(tǒng)還是機械結構，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)處理成數字信號，然后再由處理系統(tǒng)發(fā)出數字信號并轉換成模擬信號來驅動執(zhí)行器的動作，如此反復的一個動作循環(huán)系統(tǒng)。 機電一體化系統(tǒng)逐步取代機械系統(tǒng)。優(yōu)點就不討論了。這里必須提到的一點就是跨學科的協作問題。 機器人學和機電學的區(qū)別：裝配線的上的機械手，步行或輪式移動的機器人能稱為機電系統(tǒng)。其執(zhí)行器和傳感器的使用是機電系統(tǒng)的典型應用。機器人是機電產品的一個子集。機電系統(tǒng)產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。 機電產品復雜五方面，也有其他的分類。 數值復雜 關系/結構復雜 變量復雜：一個模塊適用不同型號的產品 學科復雜：多學科交叉 組織復雜：任務分配 ! O- w. ?) |( i+ Y& l' u
跨學科的交流：術語的理解，表達語言的差異，解決問題的方法。
& A* S3 a! a: X/ j' [( K設計的過程模型(Pahl&Beitz): 任務說明：收集需求，需求清單 概念設計：發(fā)現問題，設計功能 具體設計：產品布局、形狀等確定 細節(jié)設計：各零部件性能，材料選型、畫圖、產品文檔等
' ?* }5 ?/ D- D6 N6 L3 BEyebot控制器: C和匯編直接編程 采集傳感器的模擬量數字量信號 模擬量數字量信號輸出給執(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 ) L- Z* |: a6 g" t4 t5 P. M2 O
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3畢業(yè)生搞的Mako，1.5m，35Kg。2個PVC殼，保護電氣件，控制器，迷你PC等，安裝在鋁架上。4個螺旋槳推進器分別安裝在前后和左右兩側，聲納傳感器測量離墻面和地面的距離。參加學校競賽，泳池，達到5m。
: G( G& y1 o" c- O) |4 wUSAL潛艇：Mako缺點是膨松和重量重，參加各種國際比賽不現實，太昂貴。所以要做第二代更小更輕的AUV。由于銷售不成功，USAL公司已經不存在了。改造它來參加自動水下競賽。任務列表等，由于作者專業(yè)在機械方面，其他控制或通訊軟件等均用現成的或簡化功能。 * B7 x* @3 g8 X$ h% L
AUV的應用： 1 Q( l5 s* _4 Z6 a; f3 F
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
z. I" H- @# Q9 e9 KAUV形式：見圖5.2-1，7種。幾個推進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。
( f% D1 V0 T- r4 z, ~3 T; t& f5.3AUV的物理性質 1、坐標系 2、浮力、穩(wěn)定性 3、壓力，33頁第1行，106 Pa后面是否應該是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、面積及阻力系數有關。對于復雜形狀的AUV，面積和阻力系數不能通過表查出，需要通過實驗或數值分析工具得出。和速度成平方的關系，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當量。 5 {. ~/ R- h" B7 o& Y( i9 b
, b8 a2 [1 @$ U& d3 p. R3 ^- k6、功能結構 6.1 機電系統(tǒng)功能建立功能模型的動機 6.2 AUV功能結構的發(fā)展 相當于任務的劃分。 6 s% T9 J0 H# Y7 {6 y- a
7、概念設計 對比Mako-AUV和USAL-潛艇。后者體積小，低能耗。通過比較，改變原設計，綜合Mako-AUV的優(yōu)點，在USAL中間加一部件，支持升沉運動，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，經過評估，第3種得分最高。 7.3 執(zhí)行機構 控制方向舵用伺服電機：標準5V伺服電機，需要減速箱，方向舵正負30°工作。 船尾螺旋槳用電動機：12V，電動機通過功放板來驅動，有兩路信號，一路速度，一路方向。 升沉螺旋槳用電動機：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（風速）傳感器 陀螺儀 傾角器 皮托管 機電海流計 聲學多普勒傳感器 加速度計，IMU慣性測量裝置
5 i- }6 a7 {, i- Z# a: R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，需要數模轉換裝置。 7.4.2.3 數字式羅盤：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+鼠標的方案能實現，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 7.5.2 電池：驅動控制器和執(zhí)行器，便宜的鉛酸電池 7.5.3 藍牙通訊：更新程序、發(fā)送傳感器數據、遠程控制。30CM以內 7.5.4 紅外傳感器：通過它可以通過標準電視遙控來控制AUV控制器
( A3 c. D; P( _: ]8 特定領域設計 8.1 機械設計 8.1.1 概括：體現設計：清楚、簡單、安全和其他 8.1.2 AUV的機械設計：在確定了傳感器、執(zhí)行器、電池、控制器等后，開始機械設計。 要求： 整重接近浮力 質心居中，在電機的中軸線 質心盡可能低 體積中心在電機中軸線 升沉運動時的摩擦力合力應該在中間 8.2 電子設計 8．2.1 概括： 8.2．2 AUV的電子設計 ![]() 2 A" L7 {/ q% d: n+ ~% f5 M
圍繞著核心Eyebot控制器。 8.3 軟件設計 8.3.1 概括：機電基礎做的越穩(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。類構成了實現C++面向對象程序設計的基礎。 9 總結 設計方法在跨學科的使用？ 接下來的工作。
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發(fā)表于 2011-4-21 23:07:26
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樓主
發(fā)表于 2011-4-22 09:25:56
