单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究【图纸丢失，只有论文】

买文档就送您 01339828或 11970985 单位代码        10006        学     号                    1 分 类 号            毕业设计 (论文 ) 单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的  设计与 研究  学院名称  机械工程及自动化学院  专业名称  机械制造  学生姓名    指导教师    2014 年  6 月   买文档就送您 01339828或 11970985 北京航空航天大学  本科生毕业设 计 （论文 ） 任务书   、毕业设计（论文）题目：  单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与 研究                 、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：  单关节尾鳍推进式仿生机器鱼是由电机、舵机及其控制部分组成的机电一体化仿生设备。  1）完成前进、左右转弯和上浮下潜；（ 2）用遥控器控制，三档调速；（ 3）电池可充电。 2. 性能指标： （ 1）体积：3000050 2）最大前进速度 200mm/s；（ 3）最大下潜深度500 4）续航能力 2h；（ 5）转弯半径 400                                                         、毕业设计（论文）工作内容：  1、了解国内外仿生机器鱼的研究现状，完成调研报告。                  2、进行市场 调研，完成电机、电池、舵机、遥控器等部件的选型。        3、对机器鱼各功能单元进行划分和设计，完成机器鱼机械结构的三维建模。  4、完成需加工零件的二维图纸，并完成零部件加工。                    5、零部件装配，调试及测试  。                                       6、完成多种尾鳍外形、多种频率的驱动效率的实验研究 。                买文档就送您 01339828或 11970985 、主要参考资料：  1于凯 J2007, 35(11):117   2 刘军考 , 陈 在 礼 . 水 下 机 器 人 新 型 仿 鱼 鳍 推 进 器 J. 机器人 ,2000,22(5):427                                             3梁建宏 鱼类推进机理 J002,24(2):107                                          4 梁建宏 I小型实验机器鱼的研制 J002,24(3):234                                                    机械工程及自动化  学院（系）   机械制造   专业类         班  学生            毕业设计（论文）时间：    2014 年  3 月  4 日至  2015 年  6 月  11 日  答辩时间：       年     月     日  成     绩：                 指导教师：          兼职教师或答疑教师（并指出所负责部分）：  系（教研室）  主任（签字）：                    注：任务书应该附在已完成的毕业设计（论文 ）的首页。买文档就送您 01339828或 11970985 本人声明  我声明，本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。  作者：   签字：  时间： 2014 年  6 月  买文档就送您 01339828或 11970985 单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与 研究  学     生：        指导老师：        摘     要  本文模仿自然界中真实鱼类尾鳍摆动模式，自主设计研发一套单关节尾鳍推进式的小型机器鱼系统，满足设计功能和性能指标，其具人机进行交互性和观赏性。  整个设计过程分为机 械结构设计，软 /硬件设计。本文借助三维设计软件 对机械结构做干涉检验以及运动仿真，借助 成开发编译环境，编写控制程序，并选用配套硬件电路板完成电机控制、遥控通信等任务。  经多次实验优化，最终开发出较高推进效率的尾鳍，并测试高效尾鳍推进下机器鱼的最大航行速度、转弯半径、最大上浮 /下潜速度等性能指标，同时选用合适的遥控通信技术，实现了机器鱼在一定水深范围内的自由遥控控制。  此外，对机器鱼外壳做了美化处理，并对其他项目指标进行测试，如浸泡密封测试、续航时间测试等 。测试表明，所有功能和性能均满足设计要求。  关键词： 机器鱼，观赏型，遥控，尾鳍推进买文档就送您 01339828或 11970985 on a                          of of in a To of it a is is is is is to is at of of of is At we of to of of is is as a of of  01339828或 11970985 目        录  1 绪论  . 1 题背景及目的  . 1 内外研究现状  . 1 外研究现状  . 1 内研究概况  . 2 题研究方法  . 3 文构成及研究内容  . 3 2 机器鱼机械结构设计  . 5 类推进机理分析  . 5 动器的选择  . 5 动机构的选择  . 6 动器的选型  . 8 机的选型  . 8 机的选型  . 10 体机械结构的设计  . 11 鳍驱动机构设计  . 11 鳍驱动机构设计  . 12 器鱼的外壳设计  . 13 形设计  . 13 内结构设计  . 15 封设计  . 16 鳍设计  . 18 他附件设计  . 18 观扣件设计  . 18 鳍设计  . 19 买文档就送您 01339828或 11970985 章小结  . 19 3 硬件电路设计与程序编写  . 21 件电路设计  . 21 电系统设计  . 21 机驱动模块选型  . 23 控器的选择  . 24 控板选择  . 25 序设计  . 26 动模式分析  . 26 序编写工具  . 26 序模块划分  . 27 章小结  . 29 4 零部件装配及调试  . 30 械结构装配调试  . 30 序调试  . 30 统总装配调试  . 32 器鱼配重  . 32 大直游速度测试与改进  . 33 他游动性能测试  . 38 章小结  . 39 结论  . 41 致谢  . 42 参考文献  . 43 买文档就送您 01339828或 11970985 1 绪论  题背景及目的  在能源日益短缺的今天，各国都在寻找提高能源利用效率的方法。在船舶行业，螺旋桨推进是当下最普遍 的 推进方式，但螺旋桨在水中转动时，侧面会产生涡流，增加动力消耗，降低游动速度。另外，螺旋桨式推进器一般通过改变舵角实现转弯，结果往往是转弯半径大，机动性差。水下螺旋桨 推进式探测器同样亦存在推进效率低，机动性差，隐蔽性差等缺陷，而且螺旋桨容易被水藻等水生植物缠绕，导致桨叶受损，甚至螺旋桨无法运转。  反观鱼类，作为自然界最早出现的脊椎动物，经过亿万年的物竞天择，进化出非凡的水中运动能力。与人工的水中或水下航行器相比，鱼类的游动具有推进效率高、隐蔽性好、机动性好等优点 1,2。  伴随仿生学和机器人技术的发展，仿生机器鱼的研制与开发已具备了先决的技术条件，目前，仿生机器鱼已成为水下航行器的一大重要研究方向，其良好的机动性、节能性、隐蔽性，具有重要的研究价值和应用前景。  内外 研究现状  国内外开展机器鱼的研究由来已久，不过从仿生学的角度设计机器鱼实体，方始于上世纪九十年代。随着电子技术与材料科学的发展，机器鱼的设计越来越成熟，以下对小型机器鱼的研究现状做一个简单的综述 3,4,5。  外研究现状  1. 2000 年，日本国家海洋中心 为了研究机器鱼的转弯原理，开发了 鱼长约 部中电池组与伺服电机各一个。另一个伺服电机位于尾部。用木头做成漂浮于水面的天线，可以与外界实现无线通信，如 图 未找到引用源。 所示。  买文档就送您 01339828或 11970985 图 未找到引用源。  器鱼   2. 2003 年，英国 学机器鱼课题组开始研制一系列机器鱼，主要工作集中在实现仿鱼游动，特别是非稳定游动方面。机器鱼身长 52用多电机 多关节尾部结构，通过对多电机协调控制，使得该机器鱼的游动姿态与真鱼极其相似。 图 未找到引用源。 为机器鱼 实物图。  图 未找到引用源。  学 器鱼  内研究概况  未找到引用源。 为北京大学工学院于 2001 年开发的机器鱼，鱼体长约45个鱼身有四个关节串联而成，可以更真实的模拟鱼的运动姿态。前侧鱼鳍控制机器鱼沉浮。鱼体中安 装了摄像头与压力传感器，便于进行控制与信息采集。  图 未找到引用源。  北京大学机器鱼  2. 哈尔滨工程大学郭书祥教授课题组于 2008 年攻克了水中微型机器人的核心技术买文档就送您 01339828或 11970985 离子聚合物 制作工艺，成功研制出生物型驱动器，并应用于机器鱼中。该机器鱼的特点之一是控板充当鱼骨架，鱼分成鱼身、尾鳍、胸鳍三部分；特点之二是该鱼尺度小，体长仅约 9约 5约 3约 60g，可以逼真的模拟鱼的游动姿态，如 图  图 未找到引用源。 。  红 外 传 感 器胸 鳍I P M  板电 池P V C 薄 片P V C 薄 片尾 鳍图 工程机器鱼结构示意图  P V C 薄 片 尾 鳍胸 鳍（ 两 侧 ）I P M C 驱 动 器红 外 避 障传 感 器仿 鲫 鱼 外 形图 未找到引用源。  哈工程机器鱼实物图  题研究方法  本课题的机械设计主要借助 维建模工具来实现。主要研究思路是首先提出总体方案，根据性能指标参数并结合工程经验，对电机等部件进行选型，然后展开设计。  程序设计部分借助 成开发环境来进行程序的编写与调试，利用 高编程效率。  课题的研究充分体现了机械设计的特点，即在给定参数下，粗略计算主要参数后开始设计，然后再对原来的设计进行验算，对其修改完善，在一个设计 修改 再设计 再修改的循环中，不断 完善设计，最终达到预期的设计目的。  文构成及研究内容  须要指出，由于空间的限制，观赏机器鱼一般以小型为宜。减小机器鱼的体长面临买文档就送您 01339828或 11970985 一些难点，例如对空间布置、能源、密封、水中的平衡和稳定技术等等需要特殊考虑。所以，体长 50上的机器鱼（电机驱动）通常比较好做。图 工程的机器鱼不属于电机驱动，所以体长较短。北航机器人研究所研究机器鱼已有十年以上的历史，尚无制作小型机器鱼的实践。本论文试图通过对鱼类体型与运动模式的生物学仿真，设计并制作小型机器鱼的本体，再配以控制系统软硬件、装配调试、下水实验等环节，积累小型仿生机器鱼制作方面的技术经验。  本文主要在以下几个方面开展研究：  1，机器鱼机械结构，主要包括传动机构的设计，以及防水结构的设计。  2，机器鱼外观，包括头部、鱼身、鱼鳍的外观设计，达到所需的流线曲线，起到降低航行阻力、逼真美观的效果。  3，硬件电路搭建和程序编写。借助现有的开发板、机驱动板模块，搭建合理的硬件电路，并编写控制程序。  4，下水实验，观察和测试游动效果，获得实验数据，并针对问题加以改进，最后对实验结果进行分析。买文档就送您 01339828或 11970985 2 机器鱼机械结构设计  类推进机理分析  自然界中鱼类的推进机理对于机器鱼的机械结构 设计起到了决定性作用。在本章开篇，首先对鱼类的推进机理做简要分析。  就推进机理而言，根据鱼类游动动力的产生部位不同，可以分为两类 6：  （ 1）大多数的鱼类通常是通过扭动身体并同时摆动尾鳍 的 方式来产生推进力，向前运动的，称此为 动模式；  （ 2）另一些鱼类，则是通过中间鳍和对鳍的运动来产生推进力的，称此为 动模式。其中，中间鳍有背鳍和臀鳍；对鳍包括胸鳍和腹鳍。  重点关注 进模式，又包括 4 种波动推进模 式（鳗鲡模式、亚鲹科模式、鲹科模式、金枪鱼模式）和 1 种摆动推进模式。唯独摆动推进模式保持整个身体不动，只通过硬尾鳍如时钟般的摆动来产生推力。  由 “ 摆动推进模式 ” 得到仿生机理的启发，本机器鱼采用单关节尾鳍驱动方式，整个身体保持不动，仅由尾鳍摆动产生前进和转弯动力，同时，鱼体由胸鳍产生上浮 /下潜的动力。可以想见，机器鱼无法实现后退。  动器的选择  将上述仿生机理抽象和简化，实际上，机器鱼仅需要两个驱动器，分别用于尾鳍和胸鳍的驱动，即可实现鱼类 “ 摆动推进模式 ” 运动。尾鳍提供主要动力，所以它的驱动器的选型为本节的重 点。为了能够选择合适的驱动器，首先需要对各种驱动方式的优劣加以比较，如 表 错误 !未找到引用源。  功能材料一般体积都较小，驱动力 /重量比较大，可以用来设计微型的机器鱼，鱼体长度可缩减至几厘米。但是对于功能材料的研究还处于比较初级的阶段。另外，新功能材料驱动的机器鱼游速低，造价也高。  由表  知，传统驱动方式成熟，驱动力比较大，机器鱼游 速 较高。三种传统的驱动方式中，电机驱动精度高、响应快，与液压 /气动相比最容易实现小型化，因买文档就送您 01339828或 11970985 而电机 驱动适合本机器鱼的驱动需求。  表 错误 !未找到引用源。 统驱动方式比较  驱动方式  优点  缺点  电机驱动  技术成熟、精度较高、成本低  转动转化为尾鳍摆动有些难度  液压驱动  输出力矩 /重量比大、反应灵敏、承载能力大  需要恒压泵，移动件容易漏油，污染环境  气压驱动  实现高速直线运动，空气可压缩性容易实现力与缓冲控制  高精度位置与速度控制都困难，刚性较差；排气噪音较大，产生大量气泡  表 纳了新功能材料驱动方式的优劣。  表 功能材料驱动方式比较  驱动方式  优点  缺点  形状记忆合金  驱动力 /重量比大、变形量大、结构简单、驱动电压低  重复多次记忆效应会退化、对该材料的研究尚属初步、材料难获取、价格贵  压电陶瓷  变形精度、响应极快  形变增大，输出力矩变小、对外界干扰力敏感、变形量小于千分之一、驱动电压超过 100V 人造肌肉  能耗低、无噪声、变形量大  输出力矩小、频率低  显然，在机器鱼系统中，交流电源难以获取，只能选择直流电机。直流电机又可分为有刷电机和无刷电机，后者无需电刷结构，寿命长，输出力矩大。但需要专用的驱动电路，且体积较大。  考虑上述因素，本文选用直流有刷电机驱动尾鳍，至于胸鳍由于属于间歇转动，剩下来只需保持某个角度即可，因而选用较为廉价的舵机。  动机构的选择  确定驱动器为直流有刷电机，其输出运动为圆周转动，而机器鱼尾鳍的运动方式为往复摆动。因此，必须将电机的转动转化为尾鳍的摆动。有两种方式实现转化，第一是机械方式，采用曲柄摇杆机构，曲柄作为原动件，由电机驱动，摇杆与尾鳍固连，于是尾鳍做摆动运动；第二是电气控制方式，即通过 控制 电机正 反转，实现尾鳍的摆动。  上述两套方案的运动简图分别如 图 未找到引用源。 、 图 未找到引用买文档就送您 01339828或 11970985 源。 所示。  12鱼 身中 轴 线图 未找到引用源。  曲柄摇杆机构运动简图  在图 ，电机通过一级 2:1 锥齿轮减速后带动曲柄 a 转动，进而摇杆 c（即尾鳍）实现两个极限位置 1 与 2 之间的往复摆动。  21尾 鳍电 机转 轴鱼 身 中轴 线图 未找到引用源。  电机直驱机构运动简图  在图 ，电机通过一级 2:1 锥齿轮减速后直接带动尾鳍的实现位置 1 与位置 2之间的往复摆动。  两种驱动机构的比较如表  表 动机构比较  驱动机构  优点  缺点  密封件  曲柄摇杆机构  电机整轴转动，控制简单  机械结构 复杂，加工相对困难，尾鳍的摆幅不可调  定做风琴套，价格略高  电机直接驱动  机械结构简单，尾鳍摆幅可调  控制复杂，对控制电路要求较高  多款格莱圈可选，价格便宜  图 未找到引用源。 和图 出两种驱动机构具体的密封方案。在图 出，曲柄摇杆机构摆杆的动密封部分是一个扇形窗口，需要用到风琴套。反观 图 机直接驱动密封部位为轴 封表面外形简单、规则，格莱圈就是一种技术成熟的水下动密封件，密封可靠、结构简洁、价格低廉，完全能满足使用要求。  买文档就送您 01339828或 11970985 图 楚地描述出摇杆运动扫过的扇形区。只有在机器鱼壳体上预留出相应大小形状的窗口，在运动过程中摇杆才不至于与壳体发生干涉，为此较为可靠和美观的密封方案就是用风琴套将壳体尾部与尾鳍整个包覆密封，不少机器鱼都采用这样的设计但是市场中没有合适规格的风琴套，只能开模具定做，价格贵且加工周期长。  再看曲柄摇杆机构，它有 4 个转动副，在加工和装配中要求各转动副中心距保持高精度，否则摇杆摆动的两个极限位置可能与鱼身的中心线发生偏离，从而导致尾鳍划动的推进力与鱼身中心线形成不重合，结果机器鱼无法完成直线巡游。另外转动副个数越多 ，机构的可靠性越低。  综上所述，电机直接驱动的机械结构简单可靠，加工方便，成本低，密封可 靠，尾鳍的摆幅可调，给后续尚有变数的机器鱼游动调试带来很大的方便，因而本文选用电机直接驱动尾鳍的驱动机构。  动器的选型  机的选型  采用电机直驱尾鳍方式，则电机的负载转矩  1 2 3 M M (式中：机负载转矩；  1M锥齿轮传动阻力矩；  2M密封件转动阻力矩；  尾 鳍外 壳动 密 封部 位曲 柄连 架 杆摇 杆转 轴图 未找到引用源。  曲柄摇杆机构密封部位示意图  外 壳尾 鳍 架轴 出 孔需 动 密 封转 轴电 机 输出 轴图 未找到引用源。  电机直接驱动密封部位示意图  买文档就送您 01339828或 11970985 3M尾鳍摆动阻力矩。  锥齿轮传动效率较高，传动阻力较小，故可忽略（ 的1M；根据密封件厂家提供的数据，估计转动密封件的阻力矩2M=20m。  对于尾鳍所受的阻力矩，按照如下方法进行估算。   根据机器鱼的整体尺寸，假设并简化机器鱼尾鳍为 图 未找到引用源。 所示的 500 高）的刚性尾鳍薄片。  尾 鳍 薄 片X / m  m 9 0x图 未找到引用源。  刚性尾鳍薄片  尾鳍薄片绕 Z 轴转动，可沿 X 轴取一微段（宽为 x ，高为 h），它在运动到中位位置时速度最大，根据工程经验，设电机经减速器以及 2:1 锥齿轮减速后，输出最大转速为 150r/ 5/s ，根据流体力学阻力计算经验公式212 dF u   (式中： F运动物体所受阻力；  水的密度；  u物体在静水中的运动速度；  S物体沿速度方向的投影面积；  力系数，根据经验取值为 1。  可以计算中位全速摆动时，宽度为 x 微段的尾鳍薄片所受水阻力为  2211 ()22u S C x x h C (该阻力对 Z 轴的转矩为  买文档就送您 01339828或 11970985 21 ()2  x x x h C x (于是整个尾鳍薄片对 Z 的转矩为  2 2 2 4 2311 11( ) |28x xd d x h C x x h C x  (式中 0mm,0 将相应数据代入式（   2 4 2311 | 0 . 0 6 7 N m 6 7 m N m8 h C x ( 由以上计算分析得到  1 2 3 0 2 0 6 7 8 7 m N  M M (根据524流电机，参数如表   表 524额定功率  额定电压  额定转速  额定转矩  尺寸（  重量  V 10100r/m 15   21g 选用减速比 19:1 的行星减速箱，加一级 2:1 的锥齿轮减速，驱动尾巴的扭矩可达95m，满足驱动力矩要求。  机的选型  舵机的作用是使得胸鳍与前进方向产生一定的角度，以产生上浮或下潜的力，若将鱼胸鳍简化看为一个长方形薄片，舵机转动轴与正方形薄片中心线相连，如图 示。  在理想的水流状况下，即水流速沿胸鳍方向均匀分布，当胸鳍与机器鱼前进方向有一定角度时，即与水流方向存在一定攻角时，水流对 胸鳍的阻力对转轴中心的阻力矩为零。胸鳍的受力如图 示。  买文档就送您 01339828或 11970985 胸 鳍舵 机前 进方 向胸 鳍输 出转 轴外 壳水 流水 流图 未找到引用源。  胸鳍结构示意图  转 轴中 心水 流水 流胸 鳍图 未找到引用源。 胸鳍受力分析图  因此，我们不再校核舵机的输出扭矩，仅根据鱼的设计尺寸 选择合适大小的舵机。选用 燕舵机，其参数如表 示 。  表 型号  工作电压 /V 扭矩 /Kg度  尺寸 /量 /g  V）  0  32 24 中， 输出扭矩为 以承受水流扰动产生的扭矩。同时，胸鳍受到的弯矩由轴与外壳的配合处的轴 承承受，舵机不承受胸鳍所受弯矩。  体机械结构的设计  鳍驱动机构设计  由目 标 要求可知，机器鱼长宽高三个尺寸分别为 3005000而电机的全长（算编码器、减速器及其出轴在内）是 机器鱼外壳按照仿生原理设计成流线型， 鱼尾部的 高度小于 100尺寸限制，不允许电机立放，因而电机采用水平放置。  当电机采用水平放置时，电机轴与尾鳍摆动的中心轴线将存在 90夹角，因而选用圆锥直齿轮来实现转动的传递。  买文档就送您 01339828或 11970985 转轴与电机座和骨架的转动副并不选取轴承，因为 转 轴较 细 ，若选用滚珠轴承，则其尺寸 也较小，损坏，不易装配，选用铜套代替轴承，即用滑动配合代替滚动配合。铜套外径与电机固定板、骨架采用过盈配合，其内径与转轴为间隙配合，方便转轴的转动。  显然，若使尾鳍自如摆动，则首先转轴必须能够自如转动， 这就 要求上、下两个铜套同心度要好。由加工工艺学相关知识可知，若加工过程中两个孔采用一次走刀或采用同一定位基准加工，则其同心度高。若采用一次走刀加工两个孔，则要求电机固定板与骨架为一体结构，即先加工一个长通孔，然后铣掉多余材料。但若电机固定板与骨架为一体结构，装配时铜套与转轴安装困难。  所以，采用固定板与骨架分 离式结构，装配方便，而且节省材料。但是对于骨架以及电机固定板这两个零件的两个安装铜套的孔的位置尺寸精度要求较高。  转轴、尾鳍轴套、尾鳍架之间的连接均采用方孔与方轴配合连接，相比圆孔与圆轴连接可以更好的传递扭矩，同时采用紧定螺钉固定，以免各零件沿轴向蹿动  鳍驱动机构设计  舵机的作用是产生胸鳍转动的力矩，由于机器鱼两侧各有一个胸鳍，因而需要两个舵机驱动，如图 示，但是两个舵机的并列放置无疑会增加机器鱼的宽度方向的尺寸。为了使得机器鱼胸鳍能产生尽可能大的俯仰力，必须使其尺寸在机器鱼要求的尺寸范围内尽可能的 大，所以应尽量缩小机器鱼胸腹部宽度。故去掉一个舵机，只采用一个舵机驱动两片胸鳍，通过 U 型架来连接两个胸鳍轴，使得舵机可以同时驱动两片胸鳍的转动。  舵 机U 型 架舵 盘胸 鳍 轴图 未找到引用源。  胸鳍驱动机构示意图  舵机与电机均固定于机器鱼骨架上，该机械结构布置方式，机器鱼的内部零件，甚至包括硬件电路均固定于同一个骨架上，然后骨架与外壳装配固定即可。所以采用骨架买文档就送您 01339828或 11970985 结构有利于装配 ，同时由于舵机，电机固定于同一骨架上，其相装配时的相对位置精度较高。  由于舵机要通过 U 型架同时带动两个胸鳍轴转动，所以两个胸鳍轴理论上要求同心度较高。为了使得两个胸鳍轴达到较高的同心度，先将 U 型架设计如下：  燕舵机配有塑料舵盘，其上 8 个孔可以拧入自攻钉，一端有与舵机出轴配合的花键，另外一端有一 圆柱凸台。因此在 U 型架中，与舵盘配合面上加工 的子口，用于定位，只要保证子口与胸鳍轴安装孔同轴度，则可保证靠近舵盘一侧的胸鳍轴与舵机出轴的同轴度，而另外一侧的胸鳍轴的安装孔则靠 U 型架的加工精度保证其与舵机轴的同心度。注意到，为了 U 型架上与舵盘配合的子口加工方便， U 型架被拆做两个零件加工，然后装配起来。同时 U 型架均采用铝合金材料，壁厚为 2此，若两个胸鳍轴的同心度不高， U 型架可以通过自身的变形来满足转动要求。  根据以上设计分析，机器鱼的机械结构装配图如图 示。  转 轴舵 机 锥 齿 轮电 机骨 架电 机 固 定 板胸 鳍 架铜 套尾 鳍 架尾 鳍 轴 套图 未找到引用源。  内部机械结构装配图  器鱼的外壳设计  形设计  外壳的设计应该遵循以下原则：  （ 1）必须满足浮力要求，即外