模块化微小型水下航行器的布局研究.pdf

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1、模块化微小型水下航行器的布局研究王耀华，崔泽，华晓青(上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)ResearchontheRe——arrangementsofaModularizedSub——miniROVWANGYao—hua，CUIZe，HUAXiao—qing(SchoolofMechatronicsEngineeringandAutomation，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)摘要：提出一种用于浅水水域工作的微小型水型的模块，组合成适用于不同作业环境和目标任务下航行器模块化布局方法

2、，将耐压主舱、动力推进系的M—RoV系统。统、传感器系统、视觉系统以及浮力系统等分别设计1微小型水下航行器的模块划分成独立模块。通过将各种模块按一定要求进行布局，可快速构造适用于不同场合、不同需求的微小型模块化机器人的组合不单单是简单的机械重水下航行器，并给出一个3D虚拟仿真实例。构，还应包括控制系统的重构，因为各模块本身就是关键词：微小型水下航行器；模块化设计；推进一种集通讯、控制和传动为一体的单元_】]。系统1．1耐压主舱模块中图分类号：TH39耐压主舱作为水下航行器的主体，需要内置大文献标识码：A部分的电气模块以及传感器模块，可靠性是其设

3、计文章编号：1001—2257(2011)05—0009—05的主要目标。在设计过程中要考虑到壳体的强度、Abstract：Amodularizeddesignofasub—mini稳定性、密封、浮力一重力比以及水阻力等多种因素。underwatervehicleusinginshallowwaterisput对于潜深不大的潜水器，耐压主舱通常采用圆柱形forward．Themainpressurehull，thepropulsion壳加两端半球观察窗的形式，其强度和稳定性容易system，thesensingsystem，themachine

4、visionsys—满足要求，同时还具有容易加工、内部空间大以及运ternandthebuoyancysystemaredesignedassin—动阻力小等优点。考虑到模块化设计中，需预留大glemodulesrespectively．DifferentkindsofROV量能够可靠水密封的机械及电气接口，故可将圆柱systemsfordifferentusagescanbeachieved壳其中一端的半球观察窗改进为平面封头的结构形throughre—arrangementsoftheabovemodules．式，这样能在平端面上方便地留出

5、水密接口，实现机Andavirtual3一Ddesignedexampleisgiven．械和电气的快速重构。Keywords：sub—miniunderwatervehicle；1．2动力推进模块modularizeddesign；propulsionsystem为了减小阻力，推进模块总体结构可采用近纺锤体的流线型，迎水端面应尽量使用大圆弧过渡；为0引言了提高效率，可在尾部加装螺旋桨整流罩，据相关文献介绍_2]，低速状态下导管螺旋桨可提高效率微小型水下航行器重量轻、能耗小、机动灵活和携带方便，但国内至今尚无完全自主研发的商业化20，特别适用于

6、微小型水下航行器；为了减小尺寸，可以设置减速机构配合小型直流电机，达到足够产品提供，而进口的水下机器人往往价格昂贵、任务的输出扭矩。在平端面留出电气出口，采用水密接单一和维修困难，在实际使用中造成了一定的不便。在研究过程中，本文欲设计一种用于浅水水域作业头引出供电和控制线路，线路终端采用与耐压壳电气接口相配合的水密接头，并可设计通用的连接结的微小型有缆水下航行器(以下简称M—ROV)，并构作为推进器安装的挂载机构，实现模块的安装和采用模块化的设计思想，这样，可以通过选用不同类布局。目前，市场上也有许多模块化推进器售卖，但收稿日期：2010—12

7、—10是能满足10m下潜深且尺寸微小的推力器很少。《机械与电子)201l(5)·9’小型1．3传感器模块2．1模块布局与自由度传感器模块是将一些常用的传感器通过电路板对于水下航行器，推进器的数量直接影响到航集成一体，如电子罗盘、陀螺仪、深度、倾角以及航速行器运动的自由度数。由于作业任务的不同，M—传感器等，用以实现基本的运动控制和反馈。电路R0V对需要实现的自由度数的要求也不尽相同。系统集成设计时还可以预留声纳、短基线定位和惯一般说来，M—R0V主要要求有巡航、搜索和悬停3性导航仪等传感器的扩展接口，方便增设新模块。种水下运行方式。通常有以下3

8、种方式来确定动力在设计时还需特别注意传感器之间的干扰和发热问推进模块的数量r2]：题。传感器及接口电路可以置于专门设计的轻型框a．推进器的数量大于等于