水下机器人Tachyon的设计及实现

,中国科学院沈阳自动化研究所,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,水下机器人,Tachyon,的设计与实现,1,、简要介绍,2,、机械系统,3,、,内部电气系统,4,、计算机和外设,5,、,软件,6,、测试,1、简要,介,介绍,快子，CUAUV2009,-,-2010年度竞,赛,赛的参,赛,赛航行,器,器，目,的,的是完,成,成这工,作,作。快子保,持,持了新,星,星的可,扩,扩展通,讯,讯和电,力,力系统,，,，同时,增,增加传,感,感器的,插,插头和,播,播放功,能,能，使,传,传感器,更,更容易,集,集成。,为,为了提,高,高竞争,表,表现，,快,快子将,推,推进器,放,放在了,中,中心线,的,的位置,，,，以确,保,保航行,器,器的统,一,一动态,性,性，一,个,个孤立,的,的“传,感,感器架,”,”，以,减,减少电,磁,磁干扰,（,（EMI），和,更,更强大,的,的计算,机,机，以,改,改善视,觉,觉处理,性,性能。,其,其他改,进,进包括,一,一个更,大,大的有,效,效载荷,区,区域，,一,一个可,扩,扩展的,通,通信系,统,统，以,及,及更紧,凑,凑的外,形,形。快,子,子可以,用,用几种,不,不同类,型,型的执,行,行器，,包,包括电,磁,磁阀和,伺,伺服系,统,统，并,且,且可以,使,使用光,纤,纤或以,太,太网系,绳,绳和岸,上,上进行,通,通信。,可,可配置,和,和动态,的,的任务,架,架构允,许,许复杂,的,的、多,线,线程的,任,任务快,速,速、简,单,单地自,主,主发展,。,。,1、简要,介,介绍,2、机械系,统,统,超光速,的,的机械,系,系统包,括,括航行,器,器结构,，,，压力,容,容器，,机,机电制,动,动器（,图,图2）。所,有,有为快,子,子定制,的,的机械,零,零件使,用,用SolidWorks设计，,并,并由CUAUV队员自,己,己制造,。,。,2.1航行器,结,结构,快子航,行,行器框,架,架支持,压,压力容,器,器，执,行,行器，,传,传感器,。,。为了,适,适应对,称,称车辆,动,动态，,降,降低了,整,整体大,小,小，框,架,架比以,前,前的航,行,行器短,。,。为了,减,减少重,量,量，以,前,前航行,器,器上的,许,许多铝,制,制部分,由,由ABS塑料或,聚,聚甲醛,代,代替。,快子的,中,中央结,构,构由两,个,个水刀ABS面组成,，,，这两,个,个面由,铝,铝和ABS结构构,件,件和安,装,装条（,图,图3）连接,起,起来。,这,这两个,面,面板结,构,构为传,感,感器，,执,执行器,和,和外部,压,压力容,器,器，如DVL，向下,摄,摄像头,，,，下放,器,器标志,器,器，采,集,集卡的,驱,驱动，,电,电池舱,和,和水听,器,器阵列,提,提供了,方,方便的,内,内部安,装,装。一,个,个传感,器,器隔离,热,热潮桁,架,架坐落,在,在框架,的,的顶部,。,。船体,上,上部端,盖,盖安装,在,在两个,平,平行的,墙,墙面之,间,间。浪,涌,涌推进,器,器安装,在,在ABS侧板上,。,。,2.1航行器,结,结构,2.2前后推,进,进器支,架,架,因为对,于,于快子,的,的要求,是,是对称,的,的控制,，,，所有,推,推进器,对,对于航,行,行器中,心,心线对,称,称这一,点,点很重,要,要。前,部,部推进,器,器支架,上,上安装,了,了前部,摇,摇摆推,进,进器和,前,前部升,降,降推进,器,器，还,安,安装了,前,前向相,机,机外壳,（,（图4）。前,推,推进器,安,安装在,一,一个侧,面,面铰链,，,，给予,搬,搬迁清,理,理，同,时,时仍保,持,持船体,中,中心线,推,推进器,的,的位置,。,。船尾,推,推进器,安,安装在,船,船尾持,有,有冻胀,和,和尾部,摇,摇摆在,中,中心线,推,推进器,。,。它,还,还支持,开,开关盒,，,，水听,器,器外壳,和,和空气,罐,罐。,2.3覆盖,为了呈,现,现出更,为,为流体,力,力学轮,廓,廓，超,光,光速采,用,用了一,系,系列丙,烯,烯酸制,的,的上侧,板,板和盖,子,子。这,也,也笼罩,保,保护水,听,听器的,元,元素和,其,其他传,感,感器。,2.4传感器,架,架,快子将,其,其惯性,测,测量装,置,置、罗,盘,盘远离,推,推进器,和,和执行,器,器在一,个,个单独,的,的外壳,，,，以隔,离,离电磁,干,干扰。,该,该传感,器,器架设,计,计成是,一,一种非,金,金属压,力,力容器,用,用来以,保,保持磁,性,性的透,明,明度。,信,信号和,功,功率通,过,过两个HUMK5SEACON连接,器,器传递,到,到主要,压,压力容,器,器。,2.5起重机,吊,吊点和,操,操纵机,构,构,为了提,高,高车辆,调,调配和,运,运输，CUAUV设计和,建,建造一,个,个可移,动,动的快,子,子进行,结,结构（,图,图5）。,这,这个结,构,构是用,来,来作为,操,操纵系,统,统，并,作,作为随,车,车起重,机,机的吊,点,点,。,2.6船身上,部,部的压,力,力通道,Tachyon的上部,船,船体压,力,力容器,（,（图6）封装,了,了电源,，,，串行,，,，传感,器,器控制,，,，执行,器,器控制,的,的和计,算,算机体,系,系结构,。,。,2.7压力通,道,道,为了容,纳,纳一个mini-ITX主板，Tachyon的船体,为,为直径9.5英寸，,远,远远超,过,过往年,。,。压力,容,容器本,身,身后方,端,端盖和,船,船体装,配,配组成,，,，其中,铝,铝制零,件,件由学,生,生团队,数,数控加,工,工的。,悬,悬臂式,机,机架组,件,件，这,意,意味着,无,无需断,开,开任何,电,电子产,品,品的船,体,体可删,除,除。船,体,体装配,幻,幻灯片,上,上层船,体,体机架,和,和队友,使,使用与,后,后端盖,一,一个孔,密,密封。,前,前方端,盖,盖和船,体,体领使,用,用3MDP-460环氧丙,烯,烯酸船,体,体形成,船,船体装,配,配。海,上,上CON连接器,（,（MCBH6，MCBH-8和MCBH-10）和定,制,制的火,线,线连接,通,通过后,部,部端盖,提,提供通,信,信接口,和,和外部,设,设备的,电,电源。,丙,丙烯酸,船,船体额,定,定为100英尺的,深,深度,2.8上船体,架,架,2.8上船体,架,架,上部船,体,体架提,供,供安装,在,在船体,上,上部的,电,电子产,品,品。水,刀,刀切割,聚,聚甲醛,舱,舱壁分,隔,隔的两,个,个部分,，,，提供6个插槽,，,，板对,板,板。,舱,舱壁的,设,设计可,以,以改善,风,风扇布,置,置和线,管,管理。,板,板是,以,以托盘,安,安装的,，,，使用,定,定制的,激,激光切,割,割亚克,力,力板。,电,电气噪,声,声和热,的,的组件,都,都包含,在,在船尾,部,部分，,在,在那里,他,他们可,以,以使用,吹,吹到铝,后,后端盖,和,和船体,领,领的散,热,热器风,扇,扇所形,成,成的空,气,气循环,冷,冷却。,对,对温度,和,和噪音,敏,敏感的,电,电子器,件,件保存,在,在传感,器,器控制,部,部分的,前,前面部,分,分（图7）。,端盖接,口,口部分,所,所包含,的,的内容,，,，并管,理,理所有,在,在后方,端,端盖的,连,连接器,，,，电线,和,和房屋,两,两个风,扇,扇，以,改,改善船,尾,尾部分,冷,冷却。,船,船尾,部,部分包,含,含计算,机,机，光,纤,纤板SSD，执行,机,机构/推进器,板,板，以,及,及合并/CPU发行版,板,板。,在,在两个,主,主要部,分,分之间,，,，可以,安,安装多,达,达四个,风,风扇。,传,传感,器,器控制,部,部分持,有,有传感,器,器电源,，,，串行,和,和通用,输,输入/输出板,。,。,2.9自定义,连,连接器,外部相,机,机的使,用,用需要,一,一个新,的,的方法,将,将火线,电,电缆传,递,递到船,体,体上部,。,。Tachyon已自定,义,义干交,换,换火线,连,连接，,使,使相机,可,可以很,容,容易地,被,被移除,（,（图8）。可,用,用于任,何,何类型,的,的电缆,连,连接器,设,设计，,用,用于Tachyon上的火,线,线和JTAG连接,。,2.10执行器,Tachyon的执行,机,机构系,统,统为使,标,标志器,下,下放，,鱼,鱼雷发,射,射器和,采,采集器,完,完全重,新,新设计,了,了气动,动,动力机,制,制。Tachyon也有6个的现,成,成的推,进,进器来,推,推动车,辆,辆。,2.11空气系,统,统,气动执,行,行机构,采,采用压,缩,缩空气,系,系统。,空,空气,是,是存储,在,在一个,高,高为1000到3000磅的压,力,力。储,气,气罐内,置,置稳压,降,降低到850磅的压,力,力。第,二,二个，,彩,彩弹射,击,击可调,稳,稳压器,连,连接到,储,储气罐,，,，并进,一,一步降,低,低到40磅，气,动,动工作,压,压力的,压,压力。,这,这空气,，,，然后,输,输送到,一,一个定,制,制的阀,组,组，包,含,含四个SMC电磁阀,（,（图9）。这,些,些阀门,控,控制执,行,行器的,控,控制电,路,路板提,供,供三个,气,气动机,制,制。,2.12标志器,下,下放器,两个标,记,记滴管,安,安装车,辆,辆的上,部,部船体,下,下方，,在,在向下,相,相机两,侧,侧。他,们,们安置,的,的位置,，,，确保,相,相机能,够,够看到,下,下降过,程,程。标,记,记是定,做,做成黄,铜,铜和塑,料,料，用,小,小磁铁,固,固定。,每,每个标,记,记管是,由,由一个,独,独立的,阀,阀门填,充,充的，,所,所以标,志,志物可,以,以独立,地,地被下,放,放。他,提,提高翅,片,片管设,计,计和车,辆,辆的位,置,置，使,得,得新的,标,标志物,直,直线下,放,放。,2.13鱼雷发,射,射器,鱼雷发,射,射器的,功,功能，,在,在车辆,前,前方的,两,两个发,射,射管。,两,两管同,时,时发射,，,，由一,个,个独立,的,的阀门,控,控制。,聚,聚氨,酯,酯鱼雷,有,有很大,的,的鳍，,流,流线型,的,的造型,，,，并中,性,性浮力,，,，导致,在,在一个,平,平滑的,轨,轨迹。,鱼,鱼雷由,硅,硅胶模,具,具铸造,批,批量生,产,产。模,具,具是由,数,数控的,铝,铝加工,器,器生产,。,。,2.14主动抓,取,取器,对于新,的,的抓取,和,和释放,的,的过程,组,组件的,被,被动抓,系,系统已,经,经更新,了,了气动,释,释放机,制,制。最,初,初的抓,取,取机制,仍,仍然是,被,被动的,，,，由机,器,器人下,部,部的弹,簧,簧返回,鳍,鳍肢组,成,成。当,机,机器人,需,需要释,放,放目标,物,物，第,四,四个阀,门,门将空,气,气送入,六,六个气,缸,缸，每,边,边三个,气,气缸，,每,每个气,缸,缸有一,个,个拥有,两,两个鳍,状,状肢的,管,管脚。,空,空气从,管,管脚吹,出,出，使,鳍,鳍装肢,下,下降。,2.15推进器,快子具,有,有六个,现,现成的,推,推进器,，,，可以,在,在五个,自,自由度,进,进行控,制,制：上,下,下、前,进,进、摇,摆,摆、偏,航,航和俯,仰,仰。水,平,平推进,器,器由VideoRay制造,，,，垂直,和,和摆动,推,推进器,由,由Seabotix,制,制造！,2.16电池仓,快子的,电,电池都,保,保存在,热,热插拔,电,电池仓,内,内。每,个,个仓有,两,两个水,下,下连接,器,器，一,个,个用来,充,充电另,一,一个用,来,来放电,。,。,每个仓,包,包含一,个,个电池,，,，一个,荚,荚机构,和,和显示,机,机构,。,。吊舱,机,机构上,的,的各种,集,集成电,路,路机构