摘 要

从21世纪开始，人类对于陆地资源的开发与应用快要超过陆地的承载能力，目前为止，人类对于陆地资源的过度开发已经导致许多自然灾害的发生。而海洋占地球表面积的71%，对人类而言是一个尚未完全开发的资源宝库，对人类的发展至关重要。由于海洋工作环境复杂、恶劣，海洋载人勘测存在一定的危险性，因此水下机器人因其卓越的水下适应能力，以及广阔的工作范围，成为海洋工程机械领域中热门的研究领域。

本文根据设计要求，将进行技术设计，设计关键装置，研究组装制造技术，解决可拆卸组装、水密等问题。关键装置的设计包括AUV耐压壳、AUV的推进系统与舵机，以及电机的选型等问题；针对组装制造技术，将AUV设计分成三个模块，以用来优化组装制造技术；此外还针对AUV各部分进行了水密方式的设计，确保AUV能完成水下作业，达到设计要求。

本次设计将AUV整体7个系统，按照设计要求将7个系统按照重要级别划分为三个模块，重点设计了耐压壳以、推进系统以及舵机。为能与系统与控制系统等设计了搭载空间，共后面的设计进行搭载。

为了更好的研究AUV的性能，保证设计质量，本次设计采用了solidworks软件中的simulationxpress附件对本次AUV设计进行了建模与静态分析，主要针对AUV的耐压壳、电机连接轴以及舵进行了网格划分，然后进行静态分析。

关键词：水下自主航行器；模块化设计；仿真模拟；静态分析

Abstract

From the 21st century, the development and application of land resources by humanity is far beyond the carrying capacity of land. So far the overexploitation of land resources by humanity has led to many natural disasters. The ocean, which accounts for 71% of the surface area of the earth, is a treasure trove of resources that has not yet been fully developed for humanity and is vital to human development. Due to the complex and harsh working environment in the ocean, there are certain risks in marine manned surveys. Therefore, underwater robots have become a hot research field in the field of marine engineering machinery because of their excellent underwater adaptability and wide range of work.

Based on design requirements, this article will carry out technical design, design key devices, study assembly and manufacturing technologies, and solve problems such as detachable assembly and watertightness. The design of key devices includes AUV pressure shells, AUV propulsion systems and steering gears, and the selection of motors; for assembly manufacturing technology, the AUV design is divided into three major modulars to optimize assembly and manufacturing technologies; Each part of AUV is designed in a watertight manner to ensure that AUV can complete underwater operations and meet design requirements.

This design, the overall 7 AUV systems will be divided into three major modulars according to the design requirements` important levels. The pressure shell, the propulsion system and the steering gear are mainly designed. In order to be able to design a mounting space with the system and the control system, a total of the later design will be installed.After determining the design requirements, combined with previous data analysis done, the choice of the optimal design for further research from a variety of designs, and then make a preliminary selection of empirical formulas check, complete the preliminary design

In order to better study the performance of AUV and ensure the design quality, this design uses the simulationxpress accessories in the solidworks software to perform a static analysis of this AUV design, mainly for the AUV pressure shell, the motor connecting shaft and the rudder. Meshing and then static analysis.

Key Words: autonomous underwater vehicle; modular design; simulation; static analysis

目 录

第1章 绪论 6

1.1 研究背景及意义 6

1.2 水下机器人概述 7

1.2.1 水下机器人分类及特征 7

1.2.2 国内外研究现状 9

1.3课题主要内容 12

1.3.1 研究目的 12

1.3.2 研究内容 12

1.3.3拟解决的关键问题 12

1.3.4 研究方法 13

第2章 AUV结构设计 14

2.1 AUV设计参数及设计步骤 14

2.1.1 AUV设计参数 14

2.1.2 AUV设计步骤 15

2.2 AUV耐压壳的设计 15

2.2.1 耐压壳的整体形状设计 15

2.2.2 耐压壳体内部空间划分设计 21

2.2.3 耐压壳体的材料 21

2.2.4 耐压壳体的计算 22

2.2.5 耐压壳体的密封 24

2.3 观察窗的设计 25

2.4本章小结 26

第3章. 动力系统设计 27

3.1 AUV推进系统设计 27

3.1.1 AUV推进装置与舵 27

3.1.2 推进器的排列设计 27

3.1.4 推进系统与舵的设计 31

3.2 能源系统设计 32

图3.10 电池组拉杆固定示意图 33

3.3 AUV防腐蚀 33

3.4 本章小结 33

第4章 关键部分校核与分析 34

4.1 关键部位的校核 34

4.1.1 电机与舵机连接轴的校核 34

4.1.2 稳心的校核 35

4.2 基于solidworks的静态分析 35

4.2.1 solidworks简介 35

4.2.2电机与舵机连接轴的分析 35

4.2.3 AUV耐压壳主体分析 40

4.2.4 AUV舵的分析 42

4.3 本章小结 45

第5章. 总结与展望 46

参考文献 46

致 谢 47

1 绪论

1.1 研究背景及意义

据哈勃望远镜所传回的地球表面的图片显示，地球几乎全部是蓝色的，而事实也正是如此，地球表面积的71%都是海水，是除了陆地之外人类生活的重要支柱，是能源、金属资源和生物资源的重要战略基地，同时也是最具有发展潜力的资源地带。许多国家也将海洋视为自己国土重要的一部分，自21世纪以来，可开发的土地资源几乎被人类开发殆尽，因此海洋资源的开发与利用将成为人类发展重要的一部分^[1]。在资源的勘察与开采上，越早越占据主动，因此各国都很重视海洋资源的勘察和开采。而对海洋资源开采过程中帮助最大的当属海洋工程机械，因此对海洋资源的竞争，就是海洋装备开放的竞争。

海洋是一个国家的蓝色国土，首先是一个国家的门户，是与远方连接的重要途径，是国家安全的重要部分之一，古希腊著名哲学家西塞罗提出“谁控制了海洋，谁就控制了一切”，从很早之前，人类就已经用海洋展开运输活动，来进行贸易，这种运输活动大多是以船舶为主要载体，尤其是石油和矿物资源，因此海洋运输可以说是一个国家的命脉。