Gerris USV - hydrodrone dari awal!

Hari ini, "Dalam Bengkel" adalah mengenai projek yang lebih besar sedikit - iaitu, tentang kapal tanpa pemandu yang digunakan, sebagai contoh, untuk pengukuran batimetri. Anda boleh membaca tentang katamaran pertama kami, disesuaikan dengan versi kawalan radio, dalam keluaran ke-6 "Juruteknik Muda" untuk 2015. Kali ini, pasukan MODELmaniak (sekumpulan pemodel berpengalaman yang bergabung dengan Kumpulan Bengkel Model Kopernik di Wrocław) menghadapi cabaran mesra untuk mereka bentuk dari awal platform pengukuran terapung dengan lebih baik disesuaikan dengan keadaan kerikil. kuari, boleh dikembangkan kepada versi yang berdiri sendiri, memberikan operator lebih ruang bernafas.

Bermula dengan penyesuaian...

Kami mula-mula menghadapi masalah ini apabila kami ditanya beberapa tahun yang lalu tentang kemungkinan memperkenalkan penggerak dan penyesuaian kepada kawalan radio mengekori batimetri (iaitu platform pengukur yang digunakan untuk mengukur kedalaman badan air).

1. Versi pertama platform pengukuran, hanya disesuaikan dengan versi RC

2. Pemacu hidrodrone pertama adalah penyongsang akuarium yang diubah suai sedikit - dan ia berfungsi dengan baik, walaupun ia pasti tidak mempunyai "rintangan pembinaan".

Tugas simulasi adalah untuk mereka bentuk dan mengeluarkan penggerak untuk terapung acuan regangan PE pasang siap (RSBM - serupa dengan botol PET). Selepas menganalisis keadaan operasi dan pilihan yang tersedia, kami memilih penyelesaian yang agak luar biasa - dan, tanpa mengganggu badan kapal di bawah garis air, kami memasang penyongsang-penyongsang akuarium sebagai pemacu dengan keupayaan tambahan untuk berputar 360 ° dan angkat (contohnya , apabila halangan melanda atau semasa pengangkutan) ) . Penyelesaian ini, selain disokong oleh sistem kawalan dan bekalan kuasa yang berasingan, membenarkan kawalan dan kembali kepada pengendali walaupun sekiranya berlaku kegagalan salah satu bahagian (kanan atau kiri). Penyelesaiannya sangat berjaya sehingga katamaran masih beroperasi.

3. Semasa menyediakan projek kami sendiri, kami menganalisis secara terperinci (selalunya secara peribadi!) Banyak penyelesaian yang serupa - dalam ilustrasi ini, bahasa Jerman ...

4.…ini adalah seorang Amerika (dan beberapa dozen lagi). Kami menolak badan kapal tunggal sebagai kurang serba boleh, dan pemanduan yang menonjol di bawah bahagian bawah sebagai berpotensi bermasalah dalam operasi dan pengangkutan.

Walau bagaimanapun, sensitiviti cakera terhadap pencemaran air ternyata menjadi kelemahan. Walaupun anda boleh mengeluarkan pasir dengan cepat dari pemutar selepas berenang kecemasan ke pantai, anda perlu berhati-hati dengan aspek ini apabila melancarkan dan berenang dekat dengan bahagian bawah. Kerana ia, walau bagaimanapun, termasuk pengembangan keupayaan pengukuran, dan ia juga telah berkembang pada masa ini. skop hidrodrone (di sungai) rakan kami menunjukkan minat terhadap versi pembangunan baharu platform yang direka khas untuk tujuan ini. Kami menyahut cabaran ini - mengikut profil didaktik studio kami dan pada masa yang sama memberi peluang untuk menguji penyelesaian yang dibangunkan dalam amalan!

5. Sarung modular lipat pantas sangat memberi inspirasi dengan kepelbagaian dan kemudahan pengangkutannya 3 (foto: bahan pengeluar)

Gerris USV - data teknikal:

• Panjang/lebar/tinggi 1200/1000/320 mm

• Pembinaan: komposit kaca epoksi, bingkai penyambung aluminium.

• Anjakan: 30 kg, termasuk kapasiti tampung: tidak kurang daripada 15 kg

• Pandu: 4 motor BLDC (disejukkan air)

• Voltan bekalan: 9,0 V… 12,6 V

• Kelajuan: bekerja: 1 m/s; maksimum: 2 m/s

• Masa beroperasi dengan sekali cas: sehingga 8 jam (dengan dua bateri 70 Ah)

• Tapak web projek: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Latihan diteruskan - iaitu, andaian untuk projek baharu

Prinsip panduan yang kami tetapkan untuk diri kami sendiri semasa membangunkan versi kami sendiri adalah seperti berikut:

• dua badan kapal (seperti dalam versi pertama, menjamin kestabilan terbesar yang diperlukan untuk mendapatkan ukuran yang tepat dengan bunyi gema);
• pemacu berlebihan, kuasa dan sistem kawalan;
• anjakan, membenarkan pemasangan peralatan on-board seberat min. 15 kg;
• pembongkaran mudah untuk pengangkutan dan kenderaan tambahan;
• dimensi yang membolehkan pengangkutan dalam kereta penumpang biasa, walaupun dipasang;
• dilindungi daripada kerosakan dan pencemaran, pendua pemacu dalam pintasan badan;
• kesejagatan platform (keupayaan untuk menggunakannya dalam aplikasi lain);
• keupayaan untuk menaik taraf kepada versi kendiri.

6. Versi asal projek kami melibatkan pembahagian modular kepada bahagian yang dibina menggunakan teknologi berbeza, yang bagaimanapun, boleh dipasang semudah blok popular dan menerima pelbagai kegunaan: daripada model penyelamat dikawal radio, melalui platform USV, kepada bot pedal elektrik

Reka bentuk vs teknologi iaitu belajar daripada kesilapan (atau sehingga tiga kali lebih banyak daripada seni)

Pada mulanya, sudah tentu, terdapat kajian - banyak masa dihabiskan untuk mencari di Internet untuk reka bentuk, penyelesaian dan teknologi yang serupa. Mereka banyak memberi inspirasi kepada kami hidrodronium pelbagai aplikasi, serta kayak modular dan bot penumpang kecil untuk pemasangan sendiri. Antara yang pertama kami mendapati pengesahan nilai susun atur dua badan unit (tetapi hampir kesemuanya kipas terletak di bawah dasar laut - kebanyakannya direka untuk berfungsi di perairan yang lebih bersih). Penyelesaian modular kayak industri mendorong kami untuk mempertimbangkan untuk membelah badan model (dan kerja bengkel) kepada kepingan yang lebih kecil. Oleh itu, versi pertama projek telah dicipta.

7. Terima kasih kepada editor Jakobsche, pilihan reka bentuk 3D berikutnya telah dibuat dengan cepat - diperlukan untuk pelaksanaan dalam teknologi percetakan filamen (dua pertama dan dua segmen terakhir badan adalah hasil daripada had ruang percetakan pencetak yang dimiliki).

Pada mulanya, kami menggunakan teknologi campuran. Dalam prototaip pertama, bahagian busur dan buritan perlu dibuat daripada bahan terkuat yang boleh kami temui (akrilonitril-stirena-akrilat - singkatan ASA).

8. Dengan ketepatan yang dijangkakan dan kebolehulangan sambungan modul, bahagian tengah (setengah meter panjang, akhirnya juga satu meter) memerlukan peralatan yang sesuai.

9. Ahli teknologi plastik terkemuka kami membuat satu siri modul ujian sebelum elemen ASA ekstrem pertama dicetak.

Akhirnya, selepas pembuktian konsep, untuk merealisasikan kes berikutnya dengan lebih cepat, kami juga mempertimbangkan untuk menggunakan tera sebagai kuku untuk membuat acuan untuk laminasi. Modul tengah (50 atau 100 cm panjang) perlu dilekatkan bersama dari plat plastik - yang mana juruterbang dan pakar kami yang sebenar dalam teknologi plastik - Krzysztof Schmit (dikenali kepada pembaca "At the Workshop", termasuk sebagai pengarang bersama ( MT 10 / 2007) atau mesin-amfibia-kawalan radio (MT 7/2008).

10. Pencetakan modul penamat mengambil masa yang sangat lama, jadi kami mula mencipta templat badan yang positif - di sini dalam versi klasik, rebat.

11. Sarung papan lapis akan memerlukan beberapa dempul dan pengecatan akhir - tetapi, ternyata, ini adalah perlindungan yang baik sekiranya berlaku kegagalan briged navigasi ...

Reka bentuk 3D model baharu untuk cetakan, disunting oleh Bartłomiej Jakobsche (siri artikelnya mengenai projek elektronik 9D boleh didapati dalam isu "Młodego Technika" bertarikh 2018/2–2020/XNUMX). Tidak lama kemudian kami mula mencetak elemen pertama fiuslaj - tetapi kemudian langkah pertama bermula ... Pencetakan yang tepat dengan tepat mengambil masa yang agak lama daripada yang kami jangkakan, dan terdapat kecacatan yang mahal akibat penggunaan bahan yang lebih kuat daripada biasa ...

12. …yang membuat kuku yang serupa daripada badan buih XPS dan teknologi CNC.

13. Teras buih juga perlu dibersihkan.

Dengan tarikh penerimaan yang menghampiri dengan pantas, kami memutuskan untuk beralih daripada reka bentuk modular dan Percetakan 3D untuk teknologi lamina yang keras dan lebih dikenali - dan kami mula bekerja dalam dua pasukan secara selari pada pelbagai jenis corak positif (hooves) корпус: tradisional (binaan dan papan lapis) dan buih (menggunakan penghala CNC yang besar). Dalam perlumbaan ini, "pasukan teknologi baharu" yang diketuai oleh Rafal Kowalczyk (by the way, pemain multimedia dalam pertandingan kebangsaan dan dunia untuk pembina model kawalan radio - termasuk pengarang bersama "On the Workshop" yang diterangkan 6/ 2018) mendapat kelebihan.

14. ... sesuai untuk membuat matriks negatif ...

15. …di mana cetakan apungan epoksi kaca pertama dibuat tidak lama lagi. Satu kot gel digunakan, yang jelas kelihatan di atas air (memandangkan kami telah meninggalkan modul, tidak ada sebab untuk mengganggu kerja dengan hiasan dua warna).

Oleh itu, kerja lanjut bengkel mengikuti laluan reka bentuk ketiga Rafal: bermula dari penciptaan bentuk positif, kemudian bentuk negatif - melalui cetakan bekas kaca epoksi - kepada platform IVDS siap sedia (): pertama, prototaip yang lengkap. , dan kemudiannya, salinan yang lebih maju bagi siri pertama. Di sini, bentuk dan butiran badan kapal telah disesuaikan dengan teknologi ini - tidak lama lagi versi ketiga projek itu menerima nama unik daripada ketuanya.

16. Andaian projek pendidikan ini ialah penggunaan peralatan pemodelan yang tersedia secara umum - tetapi ini tidak bermakna kami segera mempunyai idea untuk setiap elemen - sebaliknya, hari ini sukar untuk mengira berapa banyak konfigurasi yang telah dicuba - dan penambahbaikan reka bentuk tidak berakhir di sana.

17. Ini adalah bateri terkecil yang digunakan - ia membenarkan platform berjalan selama empat jam di bawah beban kerja. Terdapat juga pilihan untuk menggandakan kapasiti - mujurlah, penetasan perkhidmatan dan daya apungan yang lebih besar membolehkan banyak perkara.

Gerris USV ialah seorang kanak-kanak yang cergas dan bekerja (dan dengan fikirannya!)

Garris ini adalah nama generik Latin untuk kuda - mungkin serangga yang terkenal, mungkin bergegas meredah air pada anggota badan yang luas.

Sasaran Badan Hidrodrone Dihasilkan daripada lamina epoksi kaca berbilang lapisan – cukup kuat untuk keadaan keras, berpasir/kerikil bagi kerja yang dimaksudkan. Ia disambungkan dengan bingkai aluminium yang dibongkar dengan cepat dengan rasuk gelongsor (untuk memudahkan penetapan draf) untuk memasang alat pengukur (pembunyi gema, GPS, komputer atas-papan, dsb.). Kemudahan tambahan dalam pengangkutan dan penggunaan diliputi dalam garis besar kes. cakera (dua setiap apungan). Motor dwi juga bermaksud kipas yang lebih kecil dan lebih kebolehpercayaan, sementara pada masa yang sama dapat menggunakan lebih banyak simulasi daripada motor industri.

18. Lihat di salon dengan motor dan kotak elektrik. Tiub silikon yang kelihatan adalah sebahagian daripada sistem penyejukan air.

19. Untuk ujian air pertama, kami menimbang badan kapal untuk membuat katamaran berkelakuan secukupnya untuk keadaan kerja yang dimaksudkan - tetapi kami sudah tahu bahawa platform boleh mengendalikannya!

Dalam versi berikutnya, kami menguji pelbagai sistem pendorong, secara beransur-ansur meningkatkan kecekapan dan kuasa mereka - oleh itu, versi platform berikutnya (tidak seperti katamaran pertama bertahun-tahun yang lalu) dengan margin kelajuan yang selamat juga menghadapi aliran setiap sungai Poland.

20. Set asas - dengan satu (belum disambungkan di sini) sonar. Kedua-dua rasuk pelekap yang ditempah oleh pengguna juga membenarkan peranti ukuran diduakan dan dengan itu meningkatkan kebolehpercayaan ukuran itu sendiri.

21. Persekitaran tempat kerja biasanya berkerikil dengan air yang sangat keruh.

Memandangkan unit direka bentuk untuk beroperasi dari 4 hingga 8 jam secara berterusan, dengan kapasiti 34,8 Ah (atau 70 Ah dalam versi seterusnya) - satu dalam setiap kes. Dengan masa berjalan yang begitu lama, jelas bahawa motor tiga fasa dan pengawalnya perlu disejukkan. Ini dilakukan menggunakan litar air pemodelan biasa yang diambil dari belakang kipas (pam air tambahan ternyata tidak diperlukan). Satu lagi perlindungan terhadap kemungkinan kegagalan yang disebabkan oleh suhu di dalam pelampung ialah bacaan telemetrik parameter pada panel kawalan pengendali (iaitu pemancar tipikal simulasi moden). Secara tetap, khususnya, kelajuan enjin, suhunya, suhu pengawal selia, voltan bateri bekalan, dll. didiagnosis.

22. Ini bukan tempat untuk model berpotongan anggun!

23. Langkah seterusnya dalam pembangunan projek ini ialah penambahan Sistem Kawalan Autonomi. Selepas mengesan takungan (pada peta Google atau secara manual - mengikut aliran di sekeliling unit kontur takungan yang diukur), komputer mengira semula laluan mengikut parameter yang dianggarkan dan selepas menghidupkan autopilot dengan satu suis, pengendali boleh dengan selesa. duduk untuk memerhatikan operasi peranti dengan minuman ringan di tangannya ...

Tugas utama keseluruhan kompleks adalah untuk mengukur dan menyimpan dalam program geodetik yang berasingan hasil pengukuran kedalaman air, yang digunakan kemudian untuk menentukan jumlah kapasiti takungan interpolasi (dan dengan itu, sebagai contoh, untuk memeriksa jumlah kerikil yang dipilih sejak ukuran terakhir). Pengukuran ini boleh dibuat sama ada dengan kawalan manual bot (sama dengan model terapung kawalan jauh konvensional) atau dengan pengendalian suis automatik sepenuhnya. Kemudian bacaan sonar semasa dari segi kedalaman dan kelajuan pergerakan, status misi atau lokasi objek (dari penerima GPS RTK yang sangat tepat, diposisikan dengan ketepatan 5 mm) dihantar kepada operator secara berterusan. asas oleh penghantar dan aplikasi kawalan (ia juga boleh menetapkan parameter misi yang dirancang) .

Latihan versi peperiksaan dan pembangunan

diterangkan hidrodrone Ia telah berjaya melepasi beberapa ujian dalam pelbagai, biasanya keadaan bekerja, dan telah berkhidmat kepada pengguna akhir selama lebih daripada setahun, dengan bersungguh-sungguh "membajak" takungan baharu.

Kejayaan prototaip dan pengalaman terkumpul membawa kepada kelahiran unit baharu yang lebih maju bagi unit ini. Fleksibiliti platform membolehkan ia digunakan bukan sahaja dalam aplikasi geodetik, tetapi juga, sebagai contoh, dalam projek pelajar dan banyak tugas lain.

Saya percaya bahawa terima kasih kepada keputusan yang berjaya dan ketekunan serta bakat pengurus projek, tidak lama lagi akan ada bot gerris, selepas ditukar menjadi projek komersial, mereka akan bersaing dengan penyelesaian Amerika yang ditawarkan di Poland, yang berkali ganda lebih mahal dari segi pembelian dan penyelenggaraan.

Jika anda berminat dengan butiran yang tidak dibincangkan di sini dan maklumat terkini mengenai pembangunan struktur menarik ini, sila lawati tapak web projek: GerrisUSV di Facebook atau secara tradisinya: MODElmaniak.PL.

Saya menggalakkan semua pembaca untuk menyatukan bakat mereka untuk mencipta projek yang inovatif dan bermanfaat bersama-sama—tanpa mengira (biasa!) "Tiada apa-apa bayaran di sini." Keyakinan diri, keyakinan dan kerjasama yang baik kepada kita semua!