凸輪軸加工及其仿真,凸輪軸,加工,及其,仿真 高級(jí)機(jī)器人技術(shù)和傳感器技術(shù)對美國軍艦 構(gòu)造的維修的應(yīng)用 內(nèi)容摘要 本篇論文將要討論的內(nèi)容是機(jī)器人技術(shù)和高級(jí)傳感器技術(shù)在解決以下重要問題方面的應(yīng)用:在建筑領(lǐng)域，考古學(xué)方面，藝術(shù)品的保存與保藏等方面的運(yùn)用。美國軍艦的構(gòu)造將會(huì)作為一個(gè)典型的示范來論證。此項(xiàng)用于維修與保護(hù)輪船的技術(shù)的三種重要方法將會(huì)被提及。船的龍骨偏斜測量體統(tǒng)的設(shè)計(jì)將會(huì)作為一個(gè)典型的代表來敘述?？傊瑱C(jī)器人技術(shù)和噶及傳感器技術(shù)將會(huì)為解決重要的歷史遺跡和建筑遺跡的保護(hù)與修復(fù)工作提供重要的解決方法。 引言 本篇論文將會(huì)探索近年來機(jī)器人技術(shù)、高級(jí)傳感器技術(shù)與實(shí)時(shí)電腦技術(shù)的發(fā)展在解決建筑領(lǐng)域、考古學(xué)方面和藝術(shù)寶藏的保存與修復(fù)方面的應(yīng)用。 在過去的十年中，人們在機(jī)器人技術(shù)、高級(jí)傳感器技術(shù)和電腦技術(shù)方面已經(jīng)取得重大的成就，尤其對政府部門來說，例如，美國國家宇航局、防御部門和能源部門。此項(xiàng)技術(shù)在歷史遺跡和藝術(shù)寶藏領(lǐng)域的修復(fù)與保存方面將會(huì)有更為廣闊的前景。在特殊的紀(jì)念碑和占地遺址方面的應(yīng)用此技術(shù)更為突出。 維修部門正極力號(hào)召實(shí)施此項(xiàng)技術(shù)。高級(jí)機(jī)器人技術(shù)和傳感器技術(shù)將會(huì)在更廣闊的范圍發(fā)揮日益重要的作用，并且?guī)砀S厚的益處。一些傳統(tǒng)的保存與修復(fù)工作已經(jīng)導(dǎo)致或者不可避免的造成舊址的嚴(yán)重惡化。例如，在一些大型紀(jì)念碑的修復(fù)工作中使用腳手架錨鉆洞來固定紀(jì)念碑，還有一些維修工作，如：繪制出詳細(xì)的遺址圖紙也需要耗費(fèi)大量的繁瑣工作；還有一些修復(fù)工作出于安全方面考慮而受限。事實(shí)上，一些修復(fù)工作僅僅由于安全顧慮和使用途徑的限制而無法實(shí)施。最終，許多切實(shí)可行的修復(fù)程序由于繼續(xù)沿用現(xiàn)行的修復(fù)方法而回耗費(fèi)高額的代價(jià)與投入。先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)和傳感器技術(shù)將能夠解決上述問題中的難題，彌補(bǔ)上述問題存在的缺陷。 和專業(yè)研究者以及保護(hù)與修復(fù)領(lǐng)域的從業(yè)人員一起工作對我們來說是當(dāng)務(wù)之急。一方面，技術(shù)的性能與效力十分重要，另一方面，機(jī)器人技術(shù)和傳感器技術(shù)被這些領(lǐng)域的接受能力將需要一個(gè)更為成功的的可看的見的示范工程來體現(xiàn)。經(jīng)過我們的研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)美國軍艦構(gòu)造可以作為此項(xiàng)示范工程項(xiàng)目的最為理想的代表。我們的初步工作已經(jīng)顯示出，對于輪船的維修比較重要的許多具有潛力的工作任務(wù)，使用高級(jí)技術(shù)解決將會(huì)比現(xiàn)行技術(shù)產(chǎn)生更大的效益。在一些案例中，高級(jí)技術(shù)能夠提供更大的安全保障而且更具有廣闊的發(fā)展?jié)摿εc效益。在本篇論文中，我們將會(huì)論述三種切實(shí)可行的高級(jí)技術(shù)以及解決方法。第一種方法是一種自動(dòng)裝置的原位拱曲測量傳感器系統(tǒng)。當(dāng)穿的龍骨出于水中時(shí)，用此系統(tǒng)來持續(xù)的控制船的龍骨的形狀。第二種方法是用機(jī)器人技術(shù)來探測船內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的腐爛物。最后一種方法是用機(jī)器人設(shè)備來檢查船的桅桿并且給桅桿裝配帆及鎖具防止裝置退化。 應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，高級(jí)技術(shù)在美國軍艦上的示范將會(huì)促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。它將會(huì)為此項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際領(lǐng)域中的應(yīng)用提供更具挑戰(zhàn)性和刺激性的模擬測試。 拱曲測量體系 船的龍骨的形狀由于水的影響和承載量會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化。為了減少船的中部拱起以此來延長船的龍骨使用壽命，有必要精確地知道弧線的形狀。目前，拱曲測量方法包括使用潛水員來人工測量船的龍骨離基準(zhǔn)線的移位?；蛘呤褂瞄g接的方法間接地從船的船身內(nèi)部間接地測量。依據(jù)集散式傳感器技術(shù)，我們已經(jīng)研制出一套更迅速、更精確、更廉價(jià)的系統(tǒng)來測量船的龍骨的形狀。簡單地說，這種系統(tǒng)在龍骨的設(shè)定的一個(gè)位置來測量水的壓力。用一臺(tái)電腦在實(shí)時(shí)時(shí)間從這些測量方法中來推斷船的龍骨形狀。 這種系統(tǒng)能夠依據(jù)Chebyshev理論使用少量的傳感器來為壓力測量測量出最佳的位置。測量出的這些位置可以最大限度的把測量錯(cuò)誤降到最低值。船的龍骨上的水壓可以被固定的龍骨壓力傳感器轉(zhuǎn)化成一種空氣壓力信號(hào)，可以參考圖表2。壓力傳感器緊接著可以測量出船的龍骨處的壓力，這是直接的一種功能。這些壓力傳感器僅僅被暴露在空氣壓力外面而且被固定在船的內(nèi)部的船上測量電腦上。這種設(shè)計(jì)把所有的電的器具設(shè)備都處于一種融合的狀態(tài)與環(huán)境中。這種設(shè)計(jì)業(yè)可使用比較廉價(jià)的商業(yè)元件，而且使維修與校準(zhǔn)變得更方便。 船的龍骨壓力在船的尾部使用這些不同的壓力傳感器可以比作基準(zhǔn)壓力。這使得精確地測量遍布傳感器深度的一小部分范圍內(nèi)。從這些有限的深度測量中，電腦可以精確地計(jì)算出船的龍骨形狀，參看圖表3. 底層壓艙物檢查 船的壓艙物下面的區(qū)域在船的壓在下經(jīng)常會(huì)遭受潮濕。對工作者來說檢查這些區(qū)域是不可能的，尤其是當(dāng)船正在移動(dòng)的時(shí)候，除非是在干船塢的狀況下才能實(shí)現(xiàn)。為了讓檢查工作更便利，為此使用一個(gè)小范圍的區(qū)域自治機(jī)器人來實(shí)施檢查工作的想法正在考慮之中?？梢詤⒖紙D表5.機(jī)器人將會(huì)攜帶一個(gè)攝像機(jī)和傳感器來發(fā)現(xiàn)和探測腐爛物。這種系統(tǒng)在許多方面存在的問題目前還正在研究之中，包括機(jī)械機(jī)器人技術(shù)設(shè)計(jì)、健全的計(jì)算程序計(jì)劃、先進(jìn)的傳感器技術(shù)以及控制系統(tǒng)。這項(xiàng)工作的成果將會(huì)惠及更廣范圍，將會(huì)應(yīng)用于更廣的范圍，包括其他的人機(jī)對話任務(wù)。 船桅和帆纜索具的檢查 最后，船的桅桿也經(jīng)常遭受腐爛，需要經(jīng)常性的進(jìn)行檢查?，F(xiàn)行的檢查方法只要是讓工作人員爬到最高處檢查，或者使用昂貴的起重機(jī)來檢查上面的區(qū)域，參見圖表6.但是，最上面的區(qū)域很難被檢查到。機(jī)器人技術(shù)對解決比問題將會(huì)十分有用。 針對這個(gè)問題，我們現(xiàn)在正在對兩種方法進(jìn)行測驗(yàn)，參見圖表7.第一種方法是用一種攀爬的機(jī)器人理念來對復(fù)雜的帆覽及索具引航并且爬上船桅處。這種方法對現(xiàn)行的方法來說極具挑戰(zhàn)。但是，目前我們已經(jīng)研制出一種簡單的攀爬機(jī)器人，正在研究它對此種工作任務(wù)的發(fā)展?jié)摿?，例如對船桅的檢查工作。第二種方法是使用遠(yuǎn)距離的操縱器來實(shí)施，參見圖表7.遠(yuǎn)距離的操作系統(tǒng)目前存在的問題正在我們的實(shí)驗(yàn)研究之中，我們將于美國宇航局自由空間站攜手研究此問題。 結(jié)論 本篇論文探討的是機(jī)器人技術(shù)，傳感器技術(shù)書和實(shí)時(shí)電腦技術(shù)對解決建筑領(lǐng)域，考古學(xué)方面及藝術(shù)品保藏與維修方面的應(yīng)用。美國軍艦的構(gòu)造將會(huì)作為一個(gè)典型的示范來論證。本篇論文中描述了這種技術(shù)針對輪船的維修的三種極具潛力的方法。 我們深信這種高級(jí)技術(shù)與現(xiàn)行的方法相比，將會(huì)使這些工作任務(wù)變得更有效率，更安全，花費(fèi)也更小。機(jī)器人技術(shù)和高級(jí)傳感器技術(shù)將會(huì)在重要的歷史性建筑遺址和紀(jì)念碑的保存與修復(fù)領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。 4