Gerris USV - idrodrone da zero!

Oggi, "In the Workshop" parla di un progetto leggermente più ampio, ovvero di una nave senza pilota utilizzata, ad esempio, per misurazioni batimetriche. Puoi leggere del nostro primo catamarano, adattato alla versione radiocomandata, nel 6° numero di "Young Technician" per il 2015. Questa volta, il team MODELmaniak (un gruppo di modellisti esperti affiliati al Kopernik Model Workshops Group di Breslavia) ha affrontato la sfida amichevole di progettare da zero una piattaforma di misurazione galleggiante ancora più adatta alle condizioni della ghiaia. cava, espandibile a una versione stand-alone, dando all'operatore più respiro.

Iniziato con la personalizzazione...

Abbiamo riscontrato questo problema per la prima volta quando alcuni anni fa ci è stato chiesto della possibilità di introdurre attuatori e adattamento a radiocomando trainato batimetrico (ossia una piattaforma di misurazione utilizzata per misurare la profondità dei corpi idrici).

1. La prima versione della piattaforma di misurazione, adattata solo alla versione RC

2. Gli azionamenti del primo hydrodrone erano inverter per acquari leggermente modificati e funzionavano abbastanza bene, anche se sicuramente non avevano "resistenza costruttiva".

Il compito di simulazione consisteva nel progettare e produrre attuatori per galleggianti prefabbricati in PE stretch-blow moulded (RSBM – simili alle bottiglie in PET). Dopo aver analizzato le condizioni operative e le opzioni disponibili, abbiamo scelto una soluzione piuttosto insolita e, senza interferire con gli scafi al di sotto della linea di galleggiamento, abbiamo installato i circolatori-inverter dell'acquario come azionamenti con l'ulteriore capacità di ruotare di 360 ° e sollevarsi (ad esempio , quando un ostacolo colpisce o durante il trasporto) ) . Questa soluzione, supportata inoltre da un sistema di controllo e alimentazione separato, permetteva il controllo e la restituzione all'operatore anche in caso di avaria di una delle sezioni (destra o sinistra). Le soluzioni hanno avuto un tale successo che il catamarano è ancora in funzione.

3. Durante la preparazione del nostro progetto, abbiamo analizzato in dettaglio (spesso personalmente!) Molte soluzioni simili - in questa illustrazione, tedesco ...

4....ecco un americano (e qualche altra dozzina). Abbiamo scartato i monoscafi in quanto meno versatili e le trasmissioni che sporgono sotto il fondo come potenzialmente problematiche durante il funzionamento e il trasporto.

Tuttavia, la sensibilità dei dischi all'inquinamento dell'acqua si è rivelata uno svantaggio. Sebbene sia possibile rimuovere rapidamente la sabbia dal rotore dopo una nuotata di emergenza verso la riva, è necessario prestare attenzione a questo aspetto quando si lancia e si nuota vicino al fondo. Perché, tuttavia, include l'espansione delle capacità di misurazione e in questo periodo si è anche ampliato. portata di idrodrone (sui fiumi) il nostro amico ha mostrato interesse per una nuova versione di sviluppo della piattaforma appositamente progettata per questo scopo. Abbiamo raccolto questa sfida - in accordo con il profilo didattico dei nostri studi e allo stesso tempo dando l'opportunità di testare in pratica le soluzioni sviluppate!

5. Le valigie modulari a ripiegamento rapido sono state molto stimolanti per la loro versatilità e facilità di trasporto 3 (foto: materiali del produttore)

Gerris USV - dati tecnici:

• Lunghezza/larghezza/altezza 1200/1000/320 mm

• Costruzione: composito di vetro epossidico, telaio di collegamento in alluminio.

• Spostamento: 30 kg, compresa la portata: non inferiore a 15 kg

• Azionamento: 4 motori BLDC (raffreddati ad acqua)

• Tensione di alimentazione: 9,0 V… 12,6 V

• Velocità: di lavoro: 1 m/s; massimo: 2 m/s

• Autonomia con una singola carica: fino a 8 ore (con due batterie da 70 Ah)

• Sito web del progetto: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Gli esercizi sono continuati, ovvero ipotesi per un nuovo progetto

I principi guida che ci siamo prefissati durante lo sviluppo della nostra versione erano i seguenti:

• a due scafi (come nella prima versione, garantendo la massima stabilità necessaria per ottenere misurazioni accurate con ecoscandaglio);
• sistemi ridondanti di azionamento, alimentazione e controllo;
• dislocamento, consentendo l'installazione di apparecchiature di bordo di peso min. 15 kg;
• facile smontaggio per il trasporto e veicoli aggiuntivi;
• dimensioni che consentono il trasporto in una normale autovettura, anche assemblata;
• protetto da danni e contaminazioni, unità duplicate nel bypass del corpo;
• universalità della piattaforma (la possibilità di utilizzarla in altre applicazioni);
• la possibilità di eseguire l'aggiornamento a una versione standalone.

6. La versione originaria del nostro progetto prevedeva la divisione modulare in sezioni realizzate con diverse tecnologie, che però potevano essere assemblate con la stessa facilità dei comuni blocchi e ricevere svariati usi: dai modellini di soccorso radiocomandati, attraverso le piattaforme USV, ai pedalò elettrici

Design vs tecnologia, ovvero imparare dagli errori (o fino a tre volte di più dell'arte)

All'inizio c'erano, ovviamente, studi: molto tempo è stato speso per cercare su Internet progetti, soluzioni e tecnologie simili. Ci hanno ispirato così tanto idrodronia varie applicazioni, oltre a kayak modulari e piccole imbarcazioni passeggeri per l'autoassemblaggio. Tra i primi abbiamo trovato conferma del valore del layout a doppio scafo dell'unità (ma in quasi tutti le eliche erano poste sotto il fondale - la maggior parte erano progettate per funzionare in acque più pulite). Soluzioni modulari i kayak industriali ci hanno spinto a considerare di dividere lo scafo del modello (e il lavoro in officina) in pezzi più piccoli. Così è stata creata la prima versione del progetto.

7. Grazie all'editor Jakobsche, sono state rapidamente create le successive opzioni di progettazione 3D, necessarie per l'implementazione nella tecnologia di stampa a filamento (i primi due e gli ultimi due segmenti del corpo sono il risultato dei limiti di spazio di stampa delle stampanti possedute).

Inizialmente, abbiamo adottato la tecnologia mista. Nel primo prototipo, le sezioni di prua e di poppa dovevano essere realizzate con il materiale più resistente che potessimo trovare (acrilonitrile-stirene-acrilato - ASA in breve).

8. Con l'accuratezza e la ripetibilità previste delle connessioni dei moduli, le parti centrali (lunghe mezzo metro, eventualmente anche un metro) richiedevano attrezzature adeguate.

9. Il nostro tecnologo delle materie plastiche ha realizzato una serie di moduli di prova prima che fosse stampato il primo elemento ASA estremo.

Infine, dopo il proof of concept, per realizzare più rapidamente i casi successivi, abbiamo pensato anche di utilizzare le impronte come zoccoli per creare stampi per la laminazione. I moduli centrali (lunghi 50 o 100 cm) dovevano essere incollati insieme da lastre di plastica - per le quali il nostro vero pilota e specialista nella tecnologia delle materie plastiche - Krzysztof Schmit (noto ai lettori di "At the Workshop", anche come coautore ( MT 10 / 2007) o macchina-anfibio-martello radiocomandato (MT 7/2008).

10. La stampa dei moduli finali richiedeva un tempo pericolosamente lungo, quindi abbiamo iniziato a creare modelli positivi per il corpo, qui nella versione classica con ribassamento.

11. Il rivestimento in compensato richiederà un po 'di stucco e verniciatura finale - ma, come si è scoperto, questa era una buona protezione in caso di possibile fallimento della brigata di navigazione ...

Progettazione 3D del nuovo modello per la stampa, a cura di Bartłomiej Jakobsche (una serie di suoi articoli sui progetti elettronici 9D si trova nei numeri di "Młodego Technika" del 2018/2–2020/XNUMX). Presto abbiamo iniziato a stampare i primi elementi della fusoliera, ma poi sono iniziati i primi passi ... Una stampa accurata ha richiesto ambiguamente più tempo di quanto ci aspettassimo e c'erano difetti costosi derivanti dall'uso di materiale molto più resistente del solito ...

12. ...che ha realizzato uno zoccolo simile con il corpo in schiuma XPS e la tecnologia CNC.

13. Anche l'anima in schiuma doveva essere pulita.

Con la data di accettazione che si avvicina in modo allarmante veloce, abbiamo deciso di allontanarci dal design modulare e Stampa 3D per la tecnologia del laminato duro e più conosciuta - e abbiamo iniziato a lavorare in due team in parallelo su diversi tipi di pattern positivi (zoccoli) alloggiamento: tradizionale (costruzione e compensato) e schiuma (utilizzando un grande router CNC). In questa gara, il "team delle nuove tecnologie" guidato da Rafal Kowalczyk (tra l'altro, player multimediale in competizioni nazionali e mondiali per modellisti radiocomandati - tra cui il coautore del descritto "On the Workshop" 6/ 2018) ha guadagnato un vantaggio.

14. ... essere adatto per fare una matrice negativa ...

15. …dove furono presto realizzate le prime stampe float epossidiche su vetro. È stato utilizzato un gel coat, ben visibile sull'acqua (visto che avevamo già abbandonato i moduli, non c'era motivo di interferire con il lavoro con decorazioni bicolori).

Pertanto, l'ulteriore lavoro del laboratorio ha seguito il terzo percorso progettuale di Rafal: a partire dalla creazione di forme positive, poi negative - attraverso le impronte di custodie in vetro epossidico - fino a piattaforme IVDS già pronte (): prima, un prototipo completamente attrezzato , e poi copie successive, ancora più avanzate della prima serie. Qui, la forma ei dettagli dello scafo sono stati adattati a questa tecnologia: presto la terza versione del progetto ha ricevuto un nome univoco dal suo leader.

16. Il presupposto di questo progetto didattico è stato l'utilizzo di attrezzature di modellazione pubblicamente disponibili - ma questo non significa che abbiamo avuto subito un'idea per ogni elemento - anzi, oggi è difficile contare quante configurazioni sono state provate - e il miglioramento del design non è finito qui.

17. Questa è la più piccola delle batterie utilizzate: consente alla piattaforma di funzionare per quattro ore sotto carico di lavoro. C'è anche un'opzione per raddoppiare la capacità: fortunatamente, i portelli di servizio e una maggiore galleggiabilità consentono molto.

Gerris USV è un ragazzo vivace e lavoratore (e con la sua mente!)

Garri questo è il nome generico latino per i cavalli - probabilmente insetti ben noti, che probabilmente si precipitano nell'acqua su arti ampiamente distanziati.

Bersaglio di scafi di idrodroni Prodotto in laminato epossidico di vetro multistrato, abbastanza resistente per le condizioni difficili, sabbiose/ghiaia del lavoro previsto. Erano collegati da un telaio in alluminio rapidamente smontabile con travi scorrevoli (per facilitare la regolazione del tiraggio) per il montaggio di strumenti di misura (ecoscandaglio, GPS, computer di bordo, ecc.). Ulteriori comodità nel trasporto e nell'uso sono trattate nei profili dei casi. диски (due per galleggiante). I doppi motori significano anche eliche più piccole e maggiore affidabilità, mentre allo stesso tempo è possibile utilizzare una simulazione ancora maggiore rispetto ai motori industriali.

18. Uno sguardo al salone con motori e quadro elettrico. Il tubo in silicone visibile fa parte del sistema di raffreddamento ad acqua.

19. Per le prime prove in acqua, abbiamo appesantito gli scafi per fare in modo che il catamarano si comportasse adeguatamente per le condizioni del lavoro previsto, ma sapevamo già che la piattaforma ce l'avrebbe fatta!

Nelle versioni successive, abbiamo testato vari sistemi di propulsione, aumentandone gradualmente l'efficienza e la potenza, quindi le versioni successive della piattaforma (a differenza del primo catamarano di molti anni fa) con un margine di velocità sicuro affrontano anche il flusso di ogni fiume polacco.

20. Set di base - con un sonar (non ancora collegato qui). Le due travi di montaggio ordinate dall'utente consentono inoltre di duplicare i dispositivi di misurazione e quindi aumentare l'affidabilità delle misurazioni stesse.

21. L'ambiente di lavoro è generalmente ghiaioso con acqua molto torbida.

Poiché l'unità è progettata per funzionare da 4 a 8 ore continue, con una capacità di 34,8 Ah (o 70 Ah nella versione successiva), una in ciascuno dei casi. Con un tempo di funzionamento così lungo, è ovvio che i motori trifase e i loro controllori devono essere raffreddati. Questo viene fatto utilizzando un tipico circuito dell'acqua da modellazione prelevato da dietro le eliche (una pompa dell'acqua aggiuntiva si è rivelata superflua). Un'altra protezione contro possibili guasti causati dalla temperatura all'interno dei galleggianti è la lettura telemetrica dei parametri sul pannello di controllo dell'operatore (ovvero un trasmettitore tipico delle moderne simulazioni). Su base regolare, in particolare, vengono diagnosticati i regimi del motore, la loro temperatura, la temperatura dei regolatori, la tensione delle batterie di alimentazione, ecc.

22. Questo non è il posto per i modelli cropped eleganti!

23. Il passo successivo nello sviluppo di questo progetto è stata l'aggiunta di sistemi di controllo autonomi. Dopo aver tracciato un serbatoio (su una mappa di Google o manualmente - in base al flusso attorno all'unità di contorno del serbatoio misurato), il computer ricalcola il percorso in base ai parametri stimati e dopo aver attivato il pilota automatico con un interruttore, l'operatore può comodamente sedersi ad osservare il funzionamento del dispositivo con una bibita in mano...

Il compito principale dell'intero complesso è misurare e salvare in un programma geodetico separato i risultati delle misurazioni della profondità dell'acqua, che vengono utilizzati in seguito per determinare la capacità totale del serbatoio interpolata (e quindi, ad esempio, per controllare la quantità di ghiaia selezionata poiché l'ultima misura). Queste misurazioni possono essere effettuate sia tramite il controllo manuale della barca (identico a un modello galleggiante tradizionale telecomandato) sia tramite il funzionamento completamente automatico di un interruttore. Quindi le letture attuali del sonar in termini di profondità e velocità di movimento, lo stato della missione o la posizione dell'oggetto (da un ricevitore GPS RTK estremamente preciso, posizionato con una precisione di 5 mm) vengono trasmesse all'operatore in modo continuo base dal dispatcher e dall'applicativo di controllo (può anche impostare i parametri della missione pianificata) .

Versioni pratiche dell'esame e sviluppo

descritto idrodro Ha superato con successo una serie di test in varie condizioni di lavoro tipiche e ha servito l'utente finale per più di un anno, "arando" scrupolosamente nuovi serbatoi.

Il successo del prototipo e l'esperienza accumulata hanno portato alla nascita di nuove unità ancora più avanzate di questa unità. La versatilità della piattaforma ne consente l'utilizzo non solo nelle applicazioni geodetiche, ma anche, ad esempio, nei progetti degli studenti e in molte altre attività.

Credo che grazie alle decisioni di successo e alla diligenza e al talento del project manager, presto ci sarà barche gerris, dopo essere stati convertiti in un progetto commerciale, competeranno con le soluzioni americane offerte in Polonia, che sono molte volte più costose in termini di acquisto e manutenzione.

Se sei interessato ai dettagli non trattati qui e alle ultime informazioni sullo sviluppo di questa interessante struttura, visita il sito Web del progetto: GerrisUSV su Facebook o tradizionalmente: MODElmaniak.PL.

Incoraggio tutti i lettori a unire i loro talenti per creare progetti innovativi e gratificanti insieme, indipendentemente dal (familiare!) "Niente paga qui". Fiducia in se stessi, ottimismo e buona cooperazione a tutti noi!