前沿｜PaddlePaddle开源项目DeepNav“无人船”炼成记（二）

前言：本篇继续讲述DeepNav自动驾驶船项目，本次讲解无人船的设计思路和硬件搭建过程。文章素材来源于百度美国研究院王益老师的知乎专栏，欢迎小伙伴们持续关注。

设计意图

我们希望我们的船

1 足够平稳和可靠，从而可以承载研究人员和设备。

2 尽量小巧，方便搬运和组装，也不要消耗太多能源来推进。

3 可拆装，这样可以装在我的皮卡上，运到水边再组装起来。

4 安静，这样方便未来帮助斯坦福大学的生物学家们去观测水生动植物。

设计概要

对皮卡的大小和运载能力感兴趣的同学们，可以看看我的皮卡的介绍：王益：为什么美国销量前三的车都是皮卡？

（https://www.zhihu.com/question/31129937/answer/190521680）

这篇文章里大家可以看到，我有一个双人划艇，平时就架在我的皮卡车顶上，这样车厢（bed）里可以放其他的东西。从可拆装和便于运输的角度出发，我们自然就想到利用这条划艇了。

不过划艇很窄，很容易翻船。实际上，划艇有两种：我的是 sit-on-top，相对稳定，用来钓鱼；还有一种叫 site-inside，是专门设计为容易翻船，也容易用船桨一拨就正过来的，用来搞飞身跃下瀑布和倒立观察鱼群等刺激玩法的。

为了有一个稳定的平台，让我们可以自信地把电脑等设备搬上船，我们决定做条双体船。为此，我们购买了第二个划艇，也就是题图中浅绿色的儿童划艇。

为了能把他们组装成双体船，我们需要一个支架 —— 这是我们结构设计的主要内容，下面会详述。

双体船也意味着更多的承载能力。在我的皮卡的介绍中，大家可以看到我把两块太阳能板用两条凹形钢梁（unistrut）连为一体，为我的车载电冰箱供电。我们想到把太阳能板固定在小艇上，提供能源。

既然有电能，我们当然就要买一个电机来驱动了。亚马逊上有不少划艇用的电机。电机规格的选择是一个麻烦事儿，我们在下一篇《机电设计》中再说。

按照以上逻辑，我们的船应该包括以下部分：

1 一条大划艇，乘坐两个人，一个做记录，一个舵手（司机）。舵手的操控数据就是训练数据；

2 一条小划艇，用来承载太阳能板；

3 蓄电池；

4 推进电机。

此外，船上还会有

运行机器学习和控制程序的电脑；

舵机，用来控制电机的转动方向，从而控制船的行驶方向；

电机和舵机的控制电路，一端链接电脑，一端连接电机和舵机；游戏控制器（游戏杆儿），司机用来操控电脑，然后电脑通过控制电路操控电机和舵机。

支架设计

上述设备基本都是可以购买了，除了为了把两条划艇能连为一体的支架，需要我们自己设计和制作。

支架设计的核心是材料的选择。我们有过三种考虑：

1 unistrut

unistrut 是一种通常镀锌、截面为凹字形的钢梁，被广泛地用在建筑中。在美国最大的连锁建材市场 Home Depot 有售。很多家庭用来制作承放太阳能板的结构。

有很多连接件可以用来把 unistrut 连接成各种复杂结构：

单位长度的 unistrut 的重量可以在网上查到。根据连接两条船需要的钢梁长度计算，一个壮汉也扛不起来 unistrut 制作的支架。 果断放弃。

2 PVC管子

PVC 有两种强度的：（1）furniture quality：可以用来制作家具。如下图。（2）用来输水的，在管壁外侧印有能承担的水压。

陈曦提醒我，有一对夫妇用 furniture quality 的PVC 管子和绑带把两条划艇连成了一只双体划艇（Kayak Catamaran）：CatamaYak: How to Build a Kayak Catamaran

图中的结构很简单 —— 其实根本就没有结构，只有两根棒子，或者说是个“二字形“。可是我们希望支架是比较刚性的，也需要有特定的支点，能架我们的太阳能板。

所以，我们设计了一个PVC做的支架。如题图所示。大致是个日字形的结构。相对于上面的“二字形”，日字形更坚固，而且中间那一横和下面那一横一起，恰好可以支撑用来连接两块太阳能板的 unistrut。

为了完善设计，我们仔细查询了 PVC 管子的规格。需要注意的是，大家说 2'' PVC 的时候，2''指的是管子的内径，而不是外径。因为对于特定的内径，管壁厚度有据可查，所以外径也就知道了：.pvcfittingsonline.com/resource-center/pvc-pipe-od-size-chart/

随后，陈曦和我兴高采烈地在亚马逊上订购了PVC管子以及各种连接件（fittings）

结果，等到货的时候我们都傻眼儿了 —— 所有连接件儿内部都有凸起，所以没法让一根PVC管子贯穿一个连接件儿。可是如果裁成两段，又会破坏PVC管子的结构强度。上图中的椅子，每一段PVC管子都很短，所以还是可以支持比较高的强度的，但是我们的船架子不行。于是只要放弃。此后，我们购买任何材料，都去实体店，看清楚了再下单。

3 方形铝管

有了PVC的教训，陈曦的父亲和我俩一起去了一趟 Home Depot 实体店，发现了一个好东西 —— aluminum square pipe（方形铝管）。如下图所示，也有很多规格。我们选择了宽度是1''的。

我们惊喜地发现，铝管比PVC管子还要轻！

接下来，就在我家车库里排开了阵势 —— 电锯电钻一起上，差点儿动用了电焊。具体的工作内容，请看后文讲解。