本帖最后由 舟航 于 2011-4-21 23:17 編輯 $ v8 h6 I0 N8 n. R( c
6 x/ L2 O8 W- T- O8 \2 U附錄：AUV跨學科研究，機電一體化系統設計之筆記 機電學這詞是日本工程師KoKikuchi1969年發明的。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：傳感器和執行器。前者采集系統的狀態，并由信息處理系統處理成數字信號，然后再由處理系統發出數字信號并轉換成模擬信號來驅動執行器的動作，如此反復的一個動作循環系統。 機電一體化系統逐步取代機械系統。優點就不討論了。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。其執行器和傳感器的使用是機電系統的典型應用。機器人是機電產品的一個子集。機電系統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 " D' _# A$ y- `" B* W9 K/ a
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。
8 u' @9 ?; f) Z. }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：發現問題，設計功能 具體設計：產品布局、形狀等確定 細節設計：各零部件性能，材料選型、畫圖、產品文檔等 " J# t- n- k2 ^7 |+ u, [+ |
Eyebot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 8 Z& G) c. }8 a/ {. L
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3畢業生搞的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。 ' Y% }" d _4 I. {
USAL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。
$ n: F. `: l F( F$ [% RAUV的應用：
/ e1 w% j" J6 A; d/ M' Y9 F海底地圖 地址采樣 長期監測 潛艇板外傳感 水礦尋找和處理 船體監測 核電廠視察 水下電纜檢查
) h4 L# f9 K1 d" YAUV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，常用于商業的AUV。 . L: ~5 i6 M# K% E9 m/ {! P
5.3AUV的物理性質 1、坐標系 2、浮力、穩定性 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。
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6、功能結構 6.1 機電系統功能建立功能模型的動機 6.2 AUV功能結構的發展 相當于任務的劃分。 $ ~ @' d2 T; t( A. q& p4 [
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
8 _1 H2 i n# ~) y4 ?* ^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：驅動控制器和執行器，便宜的鉛酸電池 7.5.3 藍牙通訊：更新程序、發送傳感器數據、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 \3 n% ^/ u% ]1 T# h; W) w
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 ![]() 8 U' R9 f! |" \
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。 5 s1 O! N/ D# S9 q4 C+ ]! C
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發表于 2011-4-21 23:07:26
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