AUV探测段的模块化设计

章远香

(中船重工715所,浙江杭州 310012)

AUV探测段的模块化设计

章远香

(中船重工715所,浙江杭州 310012)

本文介绍了AUV探测段的结构组成,为了实现各项探测功能,对探测段的进行了功能分解,对各部分进行了模块化设计,各模块和平台间采用相同的标准接口,可根据探测任务的需求,对各种模块进行加载,这样既能保证完成探测任务,又能满足平台的加载能力。

AUV 探测段 模块化

1 引言

近年来，由于海洋工程和近海石油开发的需要，代表水下机器人发展方向的AUV得到了快速发展，AUV广泛应用于海洋救助与打捞、海洋资源调查、海洋石油开采、水下工程施工、军事国防建设等诸多方面，已产生了巨大的经济效益和社会效益，具有潜在的应用前景。从长远目光看，AUV向着智能化、远程化迈进，作为海洋开发的重要工具，要保证能够在复杂的海洋环境中高效、安全的工作，设计开放式AUV平台，各种功能模块化加载，就能使AUV平台能实现不同的探测任务，从而有效地降低了成本，本文应用模块化设计理念，实现了AUV探测段的模块化设计。

2 模块化设计理念

产品模块化设计就是将产品分成几个模块，每个模块具有独立的功能，具有一致的几何连接接口和一致输入、输出接口的单元，相同种类的模块在产品族中可以重用和互换，相关模块的排列组合就可以形成最终的产品，通过模块的组合配置，就可以创建不同需求的产品，满足客户的定制要求，相似性的重用，可以使整个产品生命周期中的采购、物流、制造和服务资源简化。

图1 AUV探测段模型集成图

图2 AUV探测段组成示意图

图3 AUV探测段模型示意图

表1 AUV模块重力、浮力、重心、浮心表

AUV探测段是加载到AUV平台上的，平台为其提供功率，由于探测任务的多样化，探测段加载的模块就具有多样性，全部集成在一起，会导致探测的尺寸和功率都比较大，而导致整个AUV的尺寸和所需功率的增大，因此对AUV探测段提出模块化设计，将AUV探测段模型分成多个模块，而根据探测任务的需要，加装相关的模块。

如图1所示，假设AUV探测段模型1有4个模块(A、B、C、D)，可以通过对这4个模块的操作重新构成另一个具有不同任务要求的AUV探测段模型2，图1显示了每个操作对模块化系统的影响，模型1中模块A在模型2中被沿用并成为模型2的一部分；由于探测任务的不同，模型1中模块B被去除；3个可互相替代的因素构成了模块系列C，考虑成本等因素，可选择模块C系列中的1个作为AUV探测段模型2的一部分，考虑到探测任务的不同，在模块2中增加了模块E，模块D在模型2种的用途被改变了。

3 探测段的模块化设计

3.1 探测段的组成

探测段是AUV的负载段，实现探测功能，平台总体技术主要研究微小空间总体结构布局及设计、小型航行体流体动力外形设计、大深度承压密封设计等内容。重点解决平台模块化、接口标准化设计，以构建开放式AUV平台，实现平台功能扩展性和执行多样性探测任务。

探测段采用干式结构，壳体为耐压壳体，用来装置电子元器件及探测设备，以保证它们不会因为海水的压力和腐蚀而损坏，因此耐压壳体要有足够的强度和可靠的密封，同时，耐压壳体也是浮力的主要提供者，而它的重量也占可AUV重量的很大比例，所以耐压壳体的结构形式，强度和密封，对AUV是至关重要的。探测段耐压壳体采用铸铝成型。各模块间采用不锈钢环箍，模块连接采用O形圈静密封。拆卸简单、快捷。

如图2所示，探测段按功能分成4个模块，各个模块相对独立，具有标准的接口，模块A主要安装避碰声纳、水密插座、UTD等，模块B是探测段的控制中心，模块C安装了侧扫声纳，模块D安装了多波束声纳。

3.2 探测段的模块化设计

探测段与平台实现模块化接口，探测段本身需加载多波束、侧扫，避碰等负载，考虑到整个AUV的性能，将各个负载分成不同的模块，根据探测任务的需要，将不同的模块进行加装。如图3所示，AUV探测段模型1加装了模块A、B、C；模型2加装了模块A、B、D，模型1能实现避碰、侧扫等功能，模型2能实现避碰、多波束等功能。

为了保证AUV稳定运行，应保证有一定的稳心高度，一般水下机器人稳心高度应大于7厘米，在模块化设计中，要计算出各个模块的重心、浮心，设计中使各个模块的重浮心基本上都能满足要求，并在合适的位置预留配重空间，将各个模块的重浮心列成表格，以方便配置模型时与平台总体进行核算。

各个模块分别以各模块前端中心点为原点，轴向朝后为x方向，竖直向上为z方向，右手定则水平方向为y方向。如表1所示，分别列出了各个模块的重力、浮力、重心、浮心。

模型的重心、浮心按下列公式计算：

重心位置：

浮心位置：

需要注意的是，计算模型重浮心时，须将坐标系合成统一的坐标系。

4 结语

本文将产品模块化设计理念运用到AUV探测段的设计中，对AUV探测段实现了模块化设计，使AUV平台成为了一个开放式平台，探测段模块化设计，使平台的负载能力得到了充分的利用，也为平台的负载能力扩展提供了空间。

[1]蒋新松等编著.水下机器人.辽宁科学技术出版社,2000.11.