Gerris USV - hydrodrone từ đầu!

nội dung

Bắt đầu với tùy chỉnh ...
Các bài tập tiếp tục - đó là các giả định cho một dự án mới
Thiết kế và công nghệ, tức là học hỏi từ những sai lầm (hoặc gấp ba lần so với nghệ thuật)
Gerris USV là một đứa trẻ hoạt bát, làm việc (và có đầu óc!)
Phiên bản thực hành của kỳ thi và phát triển

Ngày nay, "In the Workshop" nói về một dự án lớn hơn một chút - tức là về một tàu không người lái được sử dụng để đo độ sâu chẳng hạn. Bạn có thể đọc về catamaran đầu tiên của chúng tôi, được điều chỉnh theo phiên bản điều khiển bằng sóng vô tuyến, trong ấn phẩm thứ 6 của "Kỹ thuật viên trẻ" năm 2015. Lần này, nhóm MODELmaniak (một nhóm các nhà lập mô hình có kinh nghiệm liên kết với Nhóm xưởng mô hình Kopernik ở Wrocław) phải đối mặt với thách thức thân thiện là thiết kế từ đầu một nền tảng đo lường nổi thậm chí còn thích nghi tốt hơn với điều kiện sỏi. mỏ đá, có thể mở rộng thành một phiên bản độc lập, mang lại cho người vận hành nhiều không gian thở hơn.

Bắt đầu với tùy chỉnh ...

Lần đầu tiên chúng tôi gặp phải vấn đề này khi chúng tôi được hỏi cách đây vài năm về khả năng giới thiệu bộ truyền động và thích ứng với điều khiển vô tuyến độ sâu theo dõi (tức là một bệ đo được sử dụng để đo độ sâu của các vùng nước).

1. Phiên bản đầu tiên của nền tảng đo lường, chỉ thích ứng với phiên bản RC

2. Các ổ đĩa của hydrodrone đầu tiên là bộ biến tần hồ cá được sửa đổi một chút - và chúng hoạt động khá tốt, mặc dù chúng chắc chắn không có “sức đề kháng xây dựng”.

Nhiệm vụ mô phỏng là thiết kế và sản xuất bộ truyền động cho phao đúc thổi căng PE đúc sẵn (RSBM – tương tự như chai PET). Sau khi phân tích các điều kiện vận hành và các tùy chọn có sẵn, chúng tôi đã chọn một giải pháp khá bất thường - và không can thiệp vào thân tàu bên dưới mực nước, chúng tôi đã lắp đặt bộ biến tần tuần hoàn bể cá dưới dạng ổ đĩa có thêm khả năng xoay 360 ° và nâng (ví dụ: , khi va phải chướng ngại vật hoặc trong quá trình vận chuyển) ). Giải pháp này, được hỗ trợ thêm bởi một hệ thống cung cấp điện và điều khiển riêng biệt, cho phép điều khiển và trả lại cho người vận hành ngay cả trong trường hợp hỏng một trong các phần (phải hoặc trái). Các giải pháp đã thành công đến mức catamaran vẫn đang hoạt động.

3. Khi chuẩn bị dự án của riêng mình, chúng tôi đã phân tích chi tiết (thường là cá nhân!) Nhiều giải pháp tương tự - trong hình minh họa này, tiếng Đức ...

4.…đây là một người Mỹ (và vài chục người nữa). Chúng tôi đã loại bỏ các thân tàu đơn vì kém linh hoạt hơn và các ổ đĩa nhô ra bên dưới đáy vì có khả năng gây ra vấn đề trong vận hành và vận chuyển.

Tuy nhiên, nhược điểm là độ nhạy của đĩa với ô nhiễm nước. Mặc dù bạn có thể nhanh chóng loại bỏ cát khỏi cánh quạt sau khi bơi khẩn cấp vào bờ, nhưng bạn cần phải cẩn thận với khía cạnh này khi phóng và bơi sát đáy. Tuy nhiên, bởi vì nó bao gồm việc mở rộng khả năng đo lường và nó cũng đã mở rộng theo thời gian. phạm vi của hydrodrone (trên sông), người bạn của chúng tôi tỏ ra thích thú với phiên bản phát triển mới của nền tảng được thiết kế đặc biệt cho mục đích này. Chúng tôi đã thực hiện thử thách này - phù hợp với hồ sơ mô phạm của các studio của chúng tôi, đồng thời tạo cơ hội thử nghiệm các giải pháp đã phát triển trong thực tế!

5. Các trường hợp mô-đun gấp lại nhanh chóng gây được nhiều cảm hứng với tính linh hoạt và dễ vận chuyển của chúng 3 (ảnh: tài liệu của nhà sản xuất)

Gerris USV - dữ liệu kỹ thuật:

• Chiều dài / chiều rộng / chiều cao 1200/1000/320 mm

• Thi công: kính composite epoxy, khung nối nhôm.

• Trọng lượng rẽ nước: 30 kg, bao gồm sức chở: không dưới 15 kg

• Truyền động: 4 động cơ BLDC (làm mát bằng nước)

• Điện áp cung cấp: 9,0 V… 12,6 V

• Tốc độ: làm việc: 1 m / s; tối đa: 2 m / s

• Thời gian hoạt động trong một lần sạc: lên đến 8 giờ (với hai pin 70 Ah)

• Trang web của dự án: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Các bài tập tiếp tục - đó là các giả định cho một dự án mới

Các nguyên tắc hướng dẫn mà chúng tôi đặt ra cho chính mình khi phát triển phiên bản của riêng mình như sau:

hai thân tàu (như trong phiên bản đầu tiên, đảm bảo độ ổn định lớn nhất cần thiết để có được các phép đo chính xác với máy đo tiếng vang);
hệ thống truyền động, nguồn và điều khiển dự phòng;
dịch chuyển, cho phép lắp đặt thiết bị trên tàu có trọng lượng tối thiểu. 15 kg;
dễ dàng tháo rời để vận chuyển và các phương tiện bổ sung;
kích thước cho phép vận chuyển trong một chiếc xe du lịch thông thường, ngay cả khi được lắp ráp;
được bảo vệ khỏi hư hỏng và nhiễm bẩn, các ổ đĩa trùng lặp trong đường vòng của cơ thể;
tính phổ quát của nền tảng (khả năng sử dụng nó trong các ứng dụng khác);
khả năng nâng cấp lên phiên bản độc lập.

6. Phiên bản ban đầu của dự án của chúng tôi liên quan đến việc phân chia mô-đun thành các phần được xây dựng bằng các công nghệ khác nhau, tuy nhiên, có thể lắp ráp dễ dàng như các khối phổ biến và nhận được nhiều mục đích sử dụng khác nhau: từ các mô hình cứu hộ điều khiển bằng sóng vô tuyến, thông qua nền tảng USV, đến thuyền đạp điện

Thiết kế và công nghệ, tức là học hỏi từ những sai lầm (hoặc gấp ba lần so với nghệ thuật)

Tất nhiên, lúc đầu đã có các nghiên cứu - rất nhiều thời gian đã được dành để tìm kiếm trên Internet cho các thiết kế, giải pháp và công nghệ tương tự. Họ đã truyền cảm hứng cho chúng tôi rất nhiều hydrodrony các ứng dụng khác nhau, cũng như thuyền kayak mô-đun và thuyền chở khách nhỏ để tự lắp ráp. Trong số những điều đầu tiên, chúng tôi đã tìm thấy xác nhận về giá trị của cách bố trí hai thân tàu của đơn vị (nhưng trong hầu hết chúng, các chân vịt đều nằm dưới đáy biển - hầu hết chúng được thiết kế để hoạt động ở vùng nước sạch hơn). Các giải pháp mô-đun thuyền kayak công nghiệp đã thúc đẩy chúng tôi xem xét việc tách vỏ tàu mô hình (và công việc của xưởng) thành nhiều phần nhỏ hơn. Do đó, phiên bản đầu tiên của dự án đã được tạo ra.

7. Nhờ trình chỉnh sửa Jakobsche, các tùy chọn thiết kế 3D tiếp theo đã nhanh chóng được tạo ra - cần thiết để triển khai trong công nghệ in dây tóc (hai đoạn đầu và hai đoạn cuối của thân máy là kết quả của giới hạn không gian in của các máy in sở hữu).

Ban đầu, chúng tôi áp dụng công nghệ hỗn hợp. Trong nguyên mẫu đầu tiên, phần mũi và đuôi xe phải được làm bằng vật liệu mạnh nhất mà chúng tôi có thể tìm thấy (acrylonitrile-styrene-acrylate - viết tắt là ASA).

8. Với độ chính xác mong đợi và độ lặp lại của các kết nối mô-đun, các bộ phận ở giữa (dài nửa mét, cuối cùng cũng là một mét) yêu cầu thiết bị thích hợp.

9. Nhà công nghệ chất dẻo hàng đầu của chúng tôi đã thực hiện một loạt các mô-đun thử nghiệm trước khi phần tử ASA cực đoan đầu tiên được in.

Cuối cùng, sau khi chứng minh khái niệm, để hiện thực hóa các trường hợp tiếp theo nhanh hơn, chúng tôi cũng cân nhắc sử dụng dấu ấn làm móng guốc để tạo khuôn cho cán màng. Các mô-đun ở giữa (dài 50 hoặc 100 cm) phải được dán lại với nhau từ các tấm nhựa - mà phi công thực sự và chuyên gia về công nghệ nhựa của chúng tôi - Krzysztof Schmit (được độc giả của "At the Workshop" biết đến với tư cách là đồng tác giả ( MT 10/2007) hoặc máy-lưỡng-búa điều khiển bằng sóng vô tuyến (MT 7/2008).

10. Việc in các mô-đun cuối mất nhiều thời gian nguy hiểm, vì vậy chúng tôi bắt đầu tạo các mẫu nội dung tích cực - ở đây là phiên bản cổ điển, giảm giá.

11. Vỏ bọc ván ép sẽ yêu cầu một số lớp sơn phủ và sơn cuối cùng - nhưng, hóa ra, đây là một biện pháp bảo vệ tốt trong trường hợp có thể xảy ra sự cố của lữ đoàn điều hướng ...

Thiết kế 3D của mô hình mới để in, do Bartłomiej Jakobsche biên tập (có thể tìm thấy một loạt bài viết của ông về các dự án điện tử 9D trong các số báo "Młodego Technika" ra ngày 2018/2–2020/XNUMX). Chẳng mấy chốc, chúng tôi bắt đầu in những phần đầu tiên của thân máy bay - nhưng sau đó những bước đầu tiên bắt đầu ... Việc in chính xác một cách chính xác mất nhiều thời gian hơn chúng tôi mong đợi và có những khiếm khuyết tốn kém do sử dụng vật liệu mạnh hơn nhiều so với thông thường ...

12.… người đã tạo ra một cái móng tương tự từ thân xốp XPS và công nghệ CNC.

13. Lõi bọt cũng phải được làm sạch.

Với ngày chấp nhận đang đến nhanh một cách đáng báo động, chúng tôi quyết định chuyển khỏi thiết kế mô-đun và In 3D cho công nghệ laminate cứng và được biết đến nhiều hơn - và chúng tôi bắt đầu làm việc song song thành hai nhóm trên các loại mẫu tích cực khác nhau (móng) cơ thể: truyền thống (xây dựng và ván ép) và bọt (sử dụng bộ định tuyến CNC lớn). Trong cuộc đua này, "đội công nghệ mới" do Rafal Kowalczyk dẫn đầu (nhân tiện, một người chơi đa phương tiện trong các cuộc thi quốc gia và thế giới về các nhà xây dựng mô hình điều khiển bằng sóng vô tuyến - bao gồm cả đồng tác giả của "On the Workshop" được mô tả 6 / 2018) đã đạt được lợi thế.

14. ... thích hợp để tạo ma trận âm ...

15.… nơi những bản in nổi epoxy thủy tinh đầu tiên đã sớm được tạo ra. Một lớp sơn gel đã được sử dụng, có thể nhìn thấy rõ ràng trên mặt nước (vì chúng tôi đã bỏ các mô-đun nên không có lý do gì để can thiệp vào công việc với đồ trang trí hai màu).

Do đó, công việc tiếp theo của hội thảo đã đi theo con đường thiết kế thứ ba của Rafal: bắt đầu từ việc tạo ra các hình thức tích cực, sau đó là các hình thức tiêu cực - thông qua dấu ấn của vỏ kính epoxy - đến các nền tảng IVDS làm sẵn (): đầu tiên, một nguyên mẫu được trang bị đầy đủ , và sau đó là các bản sao tiếp theo, thậm chí cao cấp hơn của sê-ri đầu tiên. Tại đây, hình dạng và các chi tiết của thân tàu đã được điều chỉnh cho phù hợp với công nghệ này - ngay sau đó, phiên bản thứ ba của dự án đã nhận được một cái tên duy nhất từ người lãnh đạo của nó.

16. Giả định của dự án giáo dục này là sử dụng thiết bị mô hình hóa có sẵn công khai - nhưng điều này không có nghĩa là chúng tôi ngay lập tức có ý tưởng cho từng yếu tố - ngược lại, ngày nay rất khó để đếm có bao nhiêu cấu hình đã được thử - và cải tiến thiết kế không kết thúc ở đó.

17. Đây là loại pin nhỏ nhất được sử dụng - chúng cho phép nền tảng chạy trong bốn giờ dưới khối lượng công việc. Ngoài ra còn có một tùy chọn để tăng gấp đôi sức chứa - may mắn thay, dịch vụ nở và sức nổi lớn hơn cho phép rất nhiều.

Gerris USV là một đứa trẻ hoạt bát, làm việc (và có đầu óc!)

Garris đây là tên gọi chung trong tiếng Latinh của ngựa - có lẽ là loài côn trùng nổi tiếng, có thể lao qua nước trên các chi có khoảng cách rộng rãi.

Mục tiêu vỏ tàu hydrodron Được sản xuất từ laminate epoxy thủy tinh nhiều lớp – đủ bền cho các điều kiện khắc nghiệt, cát/sỏi của công việc dự kiến. Chúng được kết nối với nhau bằng một khung nhôm có thể tháo rời nhanh chóng với các thanh trượt (để tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết lập bản nháp) để gắn các thiết bị đo (máy đo tiếng vọng, GPS, máy tính tích hợp, v.v.). Các tiện ích bổ sung trong vận chuyển và sử dụng được đề cập trong phần phác thảo của các trường hợp. đĩa (hai trên mỗi float). Động cơ kép cũng có nghĩa là cánh quạt nhỏ hơn và độ tin cậy cao hơn, đồng thời có thể sử dụng mô phỏng thậm chí nhiều hơn so với động cơ công nghiệp.

18. Một cái nhìn về thẩm mỹ viện với động cơ và hộp điện. Ống silicone có thể nhìn thấy là một phần của hệ thống làm mát bằng nước.

19. Đối với các thử nghiệm dưới nước đầu tiên, chúng tôi đã cân trọng lượng thân tàu để làm cho catamaran hoạt động phù hợp với các điều kiện của công việc dự định - nhưng chúng tôi đã biết rằng nền tảng này có thể xử lý được!

Trong các phiên bản tiếp theo, chúng tôi đã thử nghiệm các hệ thống động cơ khác nhau, tăng dần hiệu quả và sức mạnh của chúng - do đó, các phiên bản tiếp theo của nền tảng (không giống như catamaran đầu tiên của nhiều năm trước) với tốc độ an toàn cũng có thể đối phó với dòng chảy của mọi con sông Ba Lan.

20. Bộ cơ bản - với một sonar (chưa được kết nối ở đây). Hai dầm lắp do người dùng đặt hàng cũng cho phép nhân đôi các thiết bị đo lường và do đó tăng độ tin cậy của chính các phép đo.

21. Môi trường làm việc thường là sỏi đá, nước rất đục.

Vì thiết bị được thiết kế để hoạt động liên tục từ 4 đến 8 giờ, với công suất 34,8 Ah (hoặc 70 Ah trong phiên bản tiếp theo) - một trong mỗi trường hợp. Với thời gian chạy dài như vậy, rõ ràng là động cơ ba pha và bộ điều khiển của chúng cần được làm mát. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một mạch nước mô hình điển hình được lấy từ phía sau các cánh quạt (một máy bơm nước bổ sung hóa ra là không cần thiết). Một biện pháp bảo vệ khác chống lại sự cố có thể xảy ra do nhiệt độ bên trong phao là đọc từ xa các thông số trên bảng điều khiển của người vận hành (tức là một máy phát điển hình của các mô phỏng hiện đại). Đặc biệt, một cách thường xuyên, tốc độ động cơ, nhiệt độ của chúng, nhiệt độ của bộ điều chỉnh, điện áp của pin cung cấp, v.v., được chẩn đoán.

22. Đây không phải là nơi dành cho những người mẫu cắt xén bóng bẩy!

23. Bước tiếp theo trong quá trình phát triển dự án này là bổ sung Hệ thống điều khiển tự động. Sau khi vạch hồ chứa (trên bản đồ Google hoặc thủ công - theo dòng chảy xung quanh đơn vị đường đồng mức của hồ chứa được đo), máy tính sẽ tính toán lại lộ trình theo các tham số ước tính và sau khi bật chế độ lái tự động bằng một công tắc, người vận hành có thể thoải mái ngồi quan sát hoạt động của thiết bị với ly nước ngọt trên tay…

Nhiệm vụ chính của toàn bộ khu phức hợp là đo đạc và lưu trong một chương trình trắc địa riêng biệt các kết quả đo độ sâu của nước, được sử dụng sau này để xác định tổng dung tích hồ chứa nội suy (và do đó, ví dụ, để kiểm tra lượng sỏi được chọn kể từ đó lần đo cuối cùng). Các phép đo này có thể được thực hiện bằng cách điều khiển thuyền bằng tay (giống với mô hình nổi được điều khiển từ xa thông thường) hoặc bằng hoạt động hoàn toàn tự động của công tắc. Sau đó, các kết quả đọc sonar hiện tại về độ sâu và tốc độ di chuyển, trạng thái của nhiệm vụ hoặc vị trí của đối tượng (từ một máy thu GPS RTK cực kỳ chính xác, được định vị với độ chính xác 5 mm) được truyền tới người vận hành liên tục cơ sở bởi người điều phối và ứng dụng kiểm soát (nó cũng có thể thiết lập các tham số của nhiệm vụ đã lên kế hoạch).

Phiên bản thực hành của kỳ thi và phát triển

mô tả hydrodron Nó đã thành công vượt qua một số bài kiểm tra trong các điều kiện làm việc khác nhau, điển hình và đã phục vụ người dùng cuối hơn một năm, miệt mài "cày" các hồ chứa mới.

Sự thành công của nguyên mẫu và kinh nghiệm tích lũy đã dẫn đến sự ra đời của các đơn vị mới, thậm chí tiên tiến hơn của đơn vị này. Tính linh hoạt của nền tảng cho phép nó không chỉ được sử dụng trong các ứng dụng trắc địa, mà còn được sử dụng trong các dự án của sinh viên và nhiều nhiệm vụ khác.

Tôi tin rằng nhờ những quyết định thành công và sự siêng năng và tài năng của người quản lý dự án, sẽ sớm có thuyền gerris, sau khi được chuyển đổi thành một dự án thương mại, chúng sẽ cạnh tranh với các giải pháp của Mỹ được cung cấp tại Ba Lan, vốn đắt hơn nhiều lần về chi phí mua và bảo trì.

Nếu bạn quan tâm đến các chi tiết không được đề cập ở đây và thông tin mới nhất về sự phát triển của cấu trúc thú vị này, vui lòng truy cập trang web của dự án: GerrisUSV trên Facebook hoặc truyền thống: MODElmaniak.PL.

Tôi khuyến khích tất cả độc giả tập hợp tài năng của họ để cùng nhau tạo ra các dự án sáng tạo và bổ ích — bất kể (quen thuộc như thế nào!) “Không có gì được trả ở đây”. Tất cả chúng ta hãy tự tin, lạc quan và hợp tác tốt!