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研究生:吳長恩
研究生(外文):Zhang-en Wu
論文名稱:虛擬實境技術於水下載具操縱模擬之應用
論文名稱(外文):The Application of Virtual Reality Technique on the Maneuvering Simulation of Underwater Remotely Operated Vehicle
指導教授:方銘川方銘川引用關係
指導教授(外文):Ming-Chung Fang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:系統及船舶機電工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:143
中文關鍵詞:虛擬實境洋流臍帶電纜潛航器PMM 試驗六度運動
外文關鍵詞:virtual realityROVPlanar Motion Mechanismcable
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本論文之研究目的,建立一套潛航器之虛擬實境操縱系統,並利用已研發成功之現有ROV(海峸貳號)為研究對象。其方法是經由PMM 試驗量測ROV 之操縱性導數,以及侯章祥【20】所建構潛航器之運動電腦模擬程式來進行數值模擬,為了達到即時模擬,本文研發出一套簡易近似公式使其達到可行。藉由直行、上浮、下潛、側移等操控方式,分別探討潛航器在靜水、洋流環境下及受到臍帶電纜力量影響後之運動性能分析。
虛擬實境之操潛航器系統主要以VB 軟體為傳輸介面,由3D Studio Max軟體事先建造模型後匯入EON,及Fortran 軟體計算船體六度運動,以及EON 虛擬互動式軟體來呈現輸出效果。並透過單槍投影機、背投影螢幕、潛航器岸上操控平台等周邊硬體設備來達到擬真效果,將來再以此為基礎進一步可開發出更優良的虛擬實境之操潛航器系統。
臍帶電纜對於繫纜之潛航器是一個極為重要的環節,它為潛航器提供動力和傳輸訊息,因為數值計算複雜會給潛航器的即時模擬訓練應用帶來麻煩,故本文所發展之纜繩張力之簡易近似公式,可即時模擬水下載具之航行,對初步實現操縱人員之訓練應有實質幫助。
The main purpose of the present thesis is to establish the ship steering system by virtual reality technique and research on the ROV of this system.Using PMM testing to finish the Hydrodynamic Derivatives measuring and calculating the strain of cable under each speed by computer imitative program of the ROV made by zhang xiang-hou【20】 to develop a real time virtual reality simulation experienced formula. Control it by advance、float、drop、side to analyze the motion of ROV effected after the power of cable in motionless water and ocean current environment.
The ship steering system by virtual reality transmission interface is using VB software. Prior constructed model by 3D Studio Max software import it into EON. Calculate the six degrees of freedom motion platform and EON virtual reality interaction software to present output effect.
The simulation system for the ROV maneuvering developed here can be extended to meet the IMO requirement and will be helpful to the related navigation training.
Cable is the important section to the ROV that can provide power and transmit data, but the complicated mathematics computation will be trouble of the ROV in the real time training , therefore the present thesis is try to develop a
formula that simple and easy for the cable , it possible to simulation of the ROV’s navigation, preliminary accomplished operator training.
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 IX
圖目錄 X
符號說明 XVIII
第一章 緒論 1
1-1 引言 1
1-2 研究動機與目的 2
1-3 文獻回顧 3
1-4 論文架構 6
第二章 潛航器動態方程式描述 7
2-1 大地座標系統與潛航器座標轉換關係式 8
2-2 潛航器所受之外力 11
2-3 臍帶電纜之放長模式 13
2-4 推進器所造成的力及力矩 13
2-5 洋流(Ocean Currents) 17
第三章 平面運動機構(PMM)試驗量測分析 18
3-1 PMM 系統架構與功能 18
3-2 PMM 軟、硬體系統 18
3-3 流體動力係數計算流程 20
3-4 PMM 試驗種類介紹 22
3-5 實驗儀器設備與ROV 模型 26
3-5.1 水槽 26
3-5.2 潛航器(ROV)模型 27
3-5.3 拖航台車 28
3-5.4 三分力矩 29
3-5.5 注意事項 29
3-6 PMM 量測實驗 31
3-6.1 ROV+支柱量測的四種模式 31
3-6.2 支柱量測的四種模式 35
第四章 潛航器(ROV)流體動力係數分析與探討 38
4-1 PMM 測試運動與流體動力係數之關係 38
4-2 動態分析(Analysis of Dynamic Test) 39
4-2.1 運動方程式(Equations of Motion) 39
4-2.2 數學模式(Mathmatical Model) 40
4-3 流體動力係數( hydrodynamic derivatives) 41
4-3.1 平擺模式 43
4-3.2 縱搖模式 50
4-3.3 橫搖模式 58
第五章 纜繩張力簡易近似公式 65
5-1 ROV 在無洋流下探討有臍帶電纜的影響 66
5-1.1 基本假設 66
5-1.2 直線航行運動 66
5-1.3 後退航行運動 67
5-1.4 純側移運動 67
5-1.5 下潛運動 68
5-1.6 上浮移運動 68
5-2 纜繩近似簡易公式 69
第六章 潛航器( ROV) 動態數值模擬與計算流程 83
6-1 矩陣各項係數的設定 85
6-2 計算流程介紹 86
第七章 虛擬實境技術於水下載具操縱模擬之應用 90
7-1 虛擬實境之架構 90
7-2 硬體架構介紹 91
7-2.1 模擬平台 91
7-2.2 操控平台 91
7-2.3 傳輸平台 92
7-3 軟體架構 96
7-4 系統使用 97
7-5 系統使用 101
第八章 模擬結果與探討 104
8-1 ROV 在無洋流下探討有臍帶電纜的影響 104
8-1.1 基本假設 104
8-1.2 直線航行運動 104
8-1.3 後退航行運動 105
8-1.4 純側移運動 105
8-1.5 下潛運動 106
8-1.6 上浮移運動 107
8-1.7 設定路徑運動 107
8-2 ROV 在均勻洋流下探討有臍帶電纜的影響(洋流=0.1m/s) 108
8-2.1 基本假設 108
8-2.2 直線航行運動 108
8-2.3 後退航行運動 109
8-2.4 純側移運動 110
8-2.5 下潛運動 111
8-2.6 上浮移運動 112
8-2.7 設定路徑運動 113
8-3 模擬運動於虛擬實境 113
第九章 結論與未來展望 137
9-1 應用至自行研發潛航器上 137
9-2 未來展望 138
參考文獻 140
自述 143
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