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研究生: 張瑞東
Rui-Dong Chang
論文名稱: 具觀測能力無線遙控微小水下載具之研發
The Develop of Meso-scale Radio-Remote-Controlled Underwater Vehicle with Visual Capability
指導教授: 鄭逸琳
Yih-Lin Cheng
口試委員: 林其禹
Chyi-Yeu Lin
郭 振 華
Jen-hwa Guo
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 136
中文關鍵詞: 水下載具微小化R/CSDM層加工
外文關鍵詞: Underwater vehicle, meso-scale, R/C, SDM, layered manufacturing
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目前各國所發展的小型水下載具,其功能是作水下資源探測或生態觀察與追蹤等任務。在微小水下載具方面,其功能仍停留在動力發展階段。本研究研發以無線遙控方式控制四個動力源的微小水下載具之深度、推進與轉速,並裝置無線微型攝影機進行水下觀測,藉由觀測之影像,傳達給操作者以R/C(Radio Remote Control)無線遙控器控制微小水下載具的運動狀態。本研究著重在探討微小水下載具製作的可行性以及整體系統之整合,首先定義微小水下載具之尺寸與功能評估,挑選合適的微型攝影機、馬達、單晶片與電源,並設計與製作無線搖控模組接收電路。
首先將水下載具之尺寸定義在150×70×70mm左右,微小水下載具之設計是依據內部電子元件之尺寸所建構,並使用FLUENT計算流體力學軟體,探討數值模擬分析與結果,修改出較佳的外形,並進行水下載具內部結構及各組件之設計。為了製作微小水下載具,本論文選擇層加工製程中的SDM(Shape Deposition Manufacturing)製程,使用高分子材料為主要材料以及蠟為支撐材料進行沉積,並搭配高速CNC雕銑機以高速切削(High Speed Cutting)方式加工,可獲得高精度、光滑表面之功能性元件。
本研究成功地研發出,具有觀測能力的無線遙控為小水下載具。組裝完成後之微小水下載具尺寸為14.2cm×7.4cm×5.0cm,重量為233 g,本系統整合可應用在其他相似尺寸的水下載具。


Small-scale underwater vehicles have been mainly developed for underwater exploration or ecological observation and tracking. As the size goes down to meso-scale, due to the limited space, the vehicles have very limited functions and stay wired powered and controlled. In this research, a remote-controlled maneuverable meso-scale underwater vehicle with vision capability was developed. The vehicle equipped a micro wireless video camera and four rotors— two for propulsion and two for depth control. By transmitting the underwater image to the operator, the vehicle can have better movement control and observe the target objects.
The feasibility of system integration and fabrication were investigated. First of all, the size of the meso-scale underwater vehicle was limited within 150mm×70mm×70mm. Suitable micro wireless video camera, motor, single chip, and power source were selected. The I/O circuits of R/C (Radio Remote Control) module were then designed and fabricated. According to the size of selected components, modules, and designed internal circuits, the external shape of the vehicle was determined with the help of FLUENT software for simulation and analysis. Rotors and hull components of the meso-scale underwater vehicle prototype were manufactured by SDM (Shape Deposition Manufacturing) process, a layered manufacturing technique. Three-axis CNC machine was utilized in SDM to define the geometry of each layer after polymer part material or wax support material was cast. At last, the vehicle was assembled and tested to perform moving forward/ backward, turning right/left, climbing/diving, and observing the target.
This research has successfully developed a remote-controlled meso-scale underwater vehicle with vision capability and maneuverability. The assembled prototype is 14.2cm×7.4cm×5.0cm in dimension and weights 233g. The system integration is applicable to other similar scale vehicles.

摘要 I Abstract II 目錄 III 圗目錄 V 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 論文架構 4 第二章 文獻探討 6 2.1小型與微小水下載具之發展現況 6 2.2 層加工法 9 2.3 高速切削 15 第三章 無線視覺及操控模組之電路設計與製作 17 3.1 系統規劃 17 3.2 模組介紹 19 3.3 直流馬達驅動 22 3.3.1 直流馬達之選用 22 3.3.2 直流馬達轉向控制 23 3.3.3 馬達控制用橋式驅動IC TA7279P 24 3.3.4 馬達轉速PWM控制 27 3.4 單晶片微處理機 28 3.4.1 單晶片的選擇 28 3.4.2 單晶片發展系統 30 3.5電源 33 3.6無線遙控模組電路之製作 34 3.6.1 R/C無線電馬達控制系統 35 3.6.2 電路板製作 39 3.6.3 程式設計流程 43 第四章 微小水下載具之設計 46 4.1 水下載具之初步設計與建構 47 4.2 螺旋槳之設計與建構 49 4.2.1 螺旋槳之設計 49 4.2.2 螺旋槳之建構 51 4.3 水下載具外型流場之模擬 53 4.3.1 計算流體力學軟體之介紹 53 4.3.2 數值網格之建構 56 4.3.3 數值模擬分析與結果 60 4.4 水下載具組件與內部結構之設計 67 4.4.1載具本體組件與內部結構之設計 67 4.4.2推進器組件與內部結構之設計 69 4.5 水下載具之組裝設計 70 第五章 微小水下載具之製作 72 5.1 SDM分層規劃 72 5.2 SDM實驗設備與材料 76 5.2.1 SDM實驗設備 76 5.2.2 SDM建構材料 79 5.3水下載具本體之製作 82 5.3.1本體SDM製程之分層規劃 82 5.3.2本體SDM製作流程 89 5.4水下載具推進器之製作 100 5.4.1 推進器SDM製程之分層規劃 100 5.4.2 推進器SDM製作流程 103 5.4.3 螺旋槳SDM製程之分層規劃 106 5.4.4 螺旋槳SDM製作流程 107 第六章 系統整合與水下測試 108 6.1無線遙控接收電路之封裝 108 6.2 微小水下載具之組裝 111 6.3水下性能測試 113 6.4視覺觀測 121 6.5推力測試 123 第七章 結論與未來研究方向 127 7.1 結論 127 7.2 未來研究方向 129 參考文獻 130 附錄1 主要材料性質資料表 134 附錄2 BIOACT 280材料性質資料表 136

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無法下載圖示 全文公開日期 2010/07/30 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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