四旋翼水下航行器的外形优化和上位机界面的设计

发布时间：2020-04-28 18:14

【摘要】：无人水下航行器可运用于海洋资源勘察、水下考古和海洋环境监测,其可高效工作在低温、高压环境下,已经逐渐成为探索蓝色海洋的新工具,吸引了世界各国的目光。本实验室研究的四旋翼水下航行器是一款新型水下航行器,结构类似四旋翼无人机,通过固定于艇身侧的四个推进器的协作运行实现航行器的水下六个自由度的运动。相比传统的鱼雷式推进方式,四旋翼结构的机动性和稳定性得到了明显的增强。本文的主要研究内容分为以下部分:首先,为了满足实际需要,基于设计目标,设计了三款四旋翼结构的水下航行器整体结构,分别为非法兰式、法兰式和翻盖法兰式结构,并对壳体结构和推进器连接进行了详细的设计。然后,针对四旋翼水下航行器的结构特点,采用计算流体力学方法,分析了推进器位置等因素对其所受水阻力的影响,并在满足重力一定量的条件下,对其以减阻为目标进行外形优化仿真计算,得知主要的外形参数。仿真结果表明,利用遗传算法优化设计后的外壳所受水阻力明显降低。最后,针对RS-232的串口,基于Visual Studio平台用C#语言构建了一个上位机界面,满足了串口通信、数据实时显示和控制命令发送功能。实验调试证明该上位机有效实现了航行器与人的互动,保证了航行器可靠有效运动。本文的研究基于以往的理论研究,分析四旋翼结构对其整体外形设计、外形优化,并基于计算机仿真得到的外形参数设计了四旋翼无人水下航行器的整体结构。同时,结合四旋翼航行器的运动特点,编写了上位机的程序。
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各国对水下航行器的运行机理都提出了新的概念和模型。科学家们尝逡逑试研究海生生物的运动方式，模仿其推进方式和外形将其应用于水下航行器上。逡逑新加坡近期研究了一款仿生魔鬼鱼的机器人，如图１．１所示，其内部仅配有一个逡逑马达，，依靠流体和鱼鳍的相互作用来进行水下作业，具有灵活多变、形似真鱼的逡逑特点，可和真鱼一起活动而不被发现。逡逑ｒ逦Ｈ邋Ｐ逡逑＂丨丨丨丨ｔ＿＿丨丨丨＿＿逡逑图１．１新加坡仿生水下机器人逡逑国内外研究人员除了对水下航行器的运行机理有所关注外，也有推进器布置逡逑方式、外形设计和航行器的界面设计等相关研究报道。逡逑３逡逑

１．３．１航行器的推进器布置方式研究现状逡逑有人通过研究水下航行器的推进器布置方式来提高其效率。意大利ＭＡＭ研究逡逑室研制的自主水下航行器“ｔｙｐｈｏｏｎ”，如图１．２所示，艇身配有４个推

本文编号：2643730