ساخت یک قایق خودران (ArduPilot Rover): 10 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:51

پروژه های Fusion 360 »

میدونی چی باحاله؟ وسایل نقلیه بدون سرنشین خودران. آنها در واقع بسیار جالب هستند به طوری که ما (همکاران uni من و من) در سال 2018 شروع به ساختن خود کردیم. به همین دلیل است که من امسال را برای پایان دادن به آن در وقت آزاد آماده کردم.

در این دستورالعمل می خواهم این پروژه را با شما به اشتراک بگذارم و شما را در ساختن وسیله نقلیه خودران خود راهنمایی کنم. من همچنین یک ویدئوی کوچک در یوتیوب تهیه کردم که سطح پروژه را خراش می دهد و همه اتفاقات ناگوار را در طول راه به شما نشان می دهد. این دستورالعمل راهنمای مرتبطی است که نحوه عملکرد این چیز را توضیح می دهد.

این دستورالعمل برای چه کسانی مناسب است و چگونه آن را بخوانید

این دستورالعمل در واقع دو هدف دارد. اول از همه ، من می خواهم آنچه را که ساخته و آموخته ام به اشتراک بگذارم و شما را در ساخت وسایل نقلیه خودران علاقه مند کنم. هدف ثانویه مستندسازی پروژه و بیشتر جزئیات آن است تا گروه دانشجویی بعدی در دانشگاه قدیمی من ، که پروژه را بر می دارد ، بداند که چه خبر است.

اگر فقط برای سرگرمی اینجا هستید ، می توانید جزئیات مانند لیست پارامترها و نمودارهای سیم کشی دقیق را نادیده بگیرید. من سعی می کنم مراحل را در ابتدا بسیار عمومی نگه دارم ، بنابراین می توان آنها را در هر قایق ArduPilot RC اعمال کرد و جزئیات را در پایان قرار داد.

پروژه در دو بخش به پایان رسید و دستورالعمل از همان ساختار پیروی می کند. من به قسمت اول به عنوان "ماهیچه" اشاره می کنم زیرا شامل تمام قطعات الکترونیکی قدرت و بدنه قایق ها می شود. سپس می روم به "مغز" که یک جعبه کوچک در بالای قایق است ، که شامل کنترل کننده اصلی و تمام وسایل فرستنده گیرنده است.

ریشه های Kenterprise

بسیار خوب ، در اینجا پشت صحنه این پروژه است ، اگر قبلاً آن را در ویدیو نشنیده اید. این پروژه در سال 2018 زمانی که من هنوز در دانشگاه بودم شروع شد. در پایان ترم 4 به سمت پنجم می رفتیم. در دانشگاه ما می توانید پروژه تیمی را به مدت 6 ماه انجام دهید. شما می توانید از لیستی از پروژه های آماده شده (شانس خوب برای کسب نمره خوب) را انتخاب کنید یا پروژه خود را شروع کنید (هیچ کس تا به حال این کار را با اطلاع من انجام نداده است). شما همچنین 12 امتیاز اعتبار برای این پروژه دریافت می کنید که ارزش آن را به اندازه پایان نامه لیسانس می رساند. با این روش شکست می تواند در نمره کلی شما تفاوت ایجاد کند.

البته من تصمیم گرفتم که یک پروژه را از ابتدا شروع کنم و 4 روح فقیر پیدا کردم که در این سفر به دنبال من در آتش زباله دان یک پروژه تیمی هستند. ما با حداقل تعداد تیم مورد نیاز 5 نفر شروع کردیم ، اما 2 نفر از ما بعداً آنجا را ترک کردیم. همچنین 1500 یورو به ما داده شد ، اما اجازه نداشتیم آن را در هیچ یک از فروشگاه های اینترنتی چینی دوست داشتنی که همیشه دارای جدیدترین و بهترین لوازم الکترونیکی هستند هزینه کنیم. در عوض ما متعهد به تامین کنندگان قدیمی لوازم الکترونیکی آلمانی بودیم. اسپویلر: بدست آوردن اجزای قایق خودران به این طریق غیرممکن است.

ایده اصلی

وقتی به ایده ای برای پروژه فکر می کردیم ، به انجام کاری مرتبط با هواپیماهای بدون سرنشین فکر می کردیم ، زیرا هواپیماهای بدون سرنشین تنها جالبترین کار تاریخ هستند. با این حال ، هواپیماهای بدون سرنشین معمولی در حال حاضر یک چیز هستند و ما می خواستیم چیزی جدیدتر بسازیم. بنابراین تصمیم گرفتیم یک قایق بدون سرنشین بسازیم. ما این ایده را به دلیل دریاچه ای در نزدیکی خود گرفتیم.

مساحت این دریاچه 12 کیلومتر مربع است و عمق آن عمدتا 1.5 متر است. این بدان معنی است که در ماه تابستان گرم می شود ، در حالی که آب کمتری نیز در آن وجود دارد. شما می دانید که شکل حیات عاشق آبهای گرم است: سیانوباکتریا ، که در آلمان به آن جلبک آبی نیز گفته می شود. در شرایط مناسب این موارد می توانند در زمان کوتاهی تولید مثل کرده و مناطق وسیعی را در بر بگیرند در حالی که سم هایی تولید می کنند که می توانند به انسان و حیوانات آسیب برساند. هدف این قایق جارو کردن مرتب سطح دریاچه و اندازه گیری غلظت جلبک بود. سپس داده های جمع آوری شده را می توان در یک نقشه حرارتی چاپ کرد تا بفهمیم تحت چه شرایطی جلبک شروع به افزایش می کند و همچنین هشدارهای زمان واقعی را برای مردم محلی و گردشگران صادر می کند.

یک خرابکار دیگر: ما هرگز نتوانستیم یک مجموعه اندازه گیری برای جلب آبی بسازیم و آن را روی یک قایق قرار دهیم ، زیرا چنین مجموعه هایی بسیار گران هستند و معمولاً در یک قفسه 1mx1mx2m در کشتی قرار می گیرند ، که اندازه ای غیرقابل استفاده برای یک متر طول دارد. قایق تمرکز جدید این است که به طور خودکار و ارزان نقشه های عمیق در خارج از دریاچه ایجاد شود تا زیست شناس محلی بتواند ببیند چگونه بستر دریاچه در طول زمان تغییر می کند. در حال حاضر اسکن آن به دلیل کار دستی ضروری بسیار پرهزینه است.

مارپیچ رو به پایین

بازگشت به داستان. در دو ماه اول جمع آوری دانش و برنامه ریزی پیشین ، ما به نیازهای یک قایق توجه کردیم: بدنه ، قطار برقی ، قابلیت های خودران ، قابلیت کنترل اینترنت ،…. آن زمان بود که تصمیم گرفتم ما تقریباً همه چیز را با تمرکز بر رانندگی خودکار بسازیم. این ایده بدی بود ، ایده ای که تقریباً محکوم به شکست بود و حدس بزنید چه کرد؟ دقیقاً ، 6 ماه بعد ما زمان و عرق خود را در یک قایق بزرگ RC ، Kenterprise ریخته بودیم (اینفوگرافیک در تصویر 4). در راه با پول محدود ، بدون وسایل الکترونیکی موجود و مدیریت بد تیم ، که من بیشتر مسئولیت آن را بر عهده دارم ، مشکل داشتیم.

بنابراین ، آنجا بود ، Kenterprise ، یک وسیله اندازه گیری مستقل که نه خودمختار بود و نه چیزی را اندازه گیری می کرد. آنطور که می بینید چندان موفقیت آمیز نیست. ما در آخرین ارائه خود کباب کردیم. خوشبختانه استاد ما کار شنیده شده ما را تصدیق کرد و هنوز نمره خوبی به ما داد ، بدتر از هر گروه پروژه دیگری در چند سال گذشته ، اما خوب.

ارتقاء 2020

من این پروژه دانشجویی را آتش زباله مطلق می دانم ، اما به قول قدیمی ها: "زخم های آتش زباله شما را قوی تر می کند". این تجربه واقعاً به من کمک کرد تا اهدافم را به طور مناسب مقیاس بندی کنم و در تمام پروژه های زیر تمرکز کنم. من همچنان ایده یک وسیله نقلیه بدون سرنشین را دوست دارم که می تواند به زیست شناسان برای بررسی دریاچه ها و جذابیت کلی ساخت یک قایق خودران کمک کند. به همین دلیل است که اکنون ، یک سال بعد ، می خواستم آن را با استفاده از دانش جدید FPV پهپادم ، پروژه زیبای منبع باز ArduPilot و قدرت سایت های ارزان قیمت لوازم الکترونیکی به پایان برسانم.

هدف این نبود که آن را به یک قایق اندازه گیری کامل تبدیل کنیم ، بلکه راه اندازی همه سیستم ها و نصب یک خلبان خودکار بود. لازم نیست کامل باشد. من فقط می خواستم این قایق را به عنوان اثبات مفهوم ببینم.

سپس قایق خودمختار WORKING را برای پروژه های آینده مانند نقشه برداری از بستر دریا به دانشگاه منتقل می کنم. اتفاقا من تنها نبودم. دوست من عمار ، که در سال 2018 در گروه پروژه بود ، در آزمایش قایق به من کمک کرد.

بدون بحث بیشتر ، اجازه دهید وارد آن شویم

مرحله 1: ماهیچه ها: بدنه

بدنه بزرگترین قسمت قایق است. نه تنها به دلیل ابعاد بزرگ (100*80 سانتی متر) بلکه به این دلیل که ساخت این سازه سفارشی زمان زیادی را صرف کرده است. اگر دوباره این کار را انجام دهم ، قطعاً به سراغ قطعات قفسه می روم. یک قایق RC خارج از قفسه برای ما متاسفانه در کارتها نبود ، زیرا این قایق ها ظرفیت بار بسیار محدودی دارند. چیزی شبیه به یک تخته بادی یا تخته موج سواری یا فقط چند لوله PVC از فروشگاه سخت افزار می تواند راه حل بسیار ساده تری باشد که فقط می توانم توصیه کنم.

به هر حال ، بدنه ما با یک مدل سه بعدی در Fusion 360 شروع شد. من یک مدل بسیار دقیق تهیه کردم و قبل از اینکه ساخت آن را شروع کنیم ، چندین تکرار را پشت سر گذاشتم. من مطمئن شدم که به هر یک از اجزای موجود در مدل وزنه های مناسب می دهم و حتی فضای داخلی را نیز مدل کردم. این به من اجازه داد تا وزن تقریبی قایق را قبل از ساختن آن بدانم. من همچنین چند کالیبراسیون شناوری را با قرار دادن "خط آب" ، برش خودرو با آن و محاسبه حجم زیر آب انجام دادم. قایق یک کاتاماران است زیرا این نوع وسیله نقلیه ثبات بالاتری را نوید می دهد ، سپس یک قایق با یک بدنه واحد.

پس از یک ساعت ساعت مدل سازی ، ما با بریدن شکل اصلی دو بدنه از صفحات پلی استایرن شروع به زنده کردن قایق کردیم. سپس آنها را به شکل برش دادند ، سوراخ ها پر شد و ما سنباده زنی زیادی را انجام دادیم. پلی که دو بدنه را به هم متصل می کند فقط یک جعبه چوبی بزرگ است.

همه چیز را با 3 لایه شیشه الیافی پوشانده ایم. این مرحله حدود 3 هفته به طول انجامید و شامل چند روز سنباده دستی برای بدست آوردن سطح مناسب و صاف بود (0/10 توصیه نمی شود). پس از آن ما آن را به رنگ زرد خوب رنگ آمیزی کردیم و نام "Kenterprise" را اضافه کردیم. این نام ترکیبی از کلمه آلمانی "kentern" است که به معنی غرق شدن و کشتی فضایی Star Trek "USS Enterprise" است. همه ما فکر می کردیم که این نام کاملاً برای هیولایی که ایجاد کردیم مناسب است.

مرحله 2: ماهیچه ها: سیستم پیشران

یک قایق بدون موتور یا بادبان دارای ویژگی های رانندگی یک تکه چوب دریفت است. بنابراین ما نیاز به افزودن یک سیستم محرکه به بدنه خالی داشتیم.

من می خواهم یک اسپویلر دیگر به شما بدهم: موتورهایی که ما انتخاب می کنیم بسیار قدرتمند هستند. من قصد دارم راه حل فعلی و کاستی های آن را شرح دهم و همچنین یک سیستم محرک جایگزین پیشنهاد کنم.

راه حل فعلی

ما واقعاً نمی دانستیم که قایق چقدر به نیروی محرک نیاز دارد ، بنابراین ما دو موتور از این قایق های مسابقه را تهیه کردیم. هر یک از آنها برای تغذیه یک قایق مسابقه ای RC به طول 1 متر طراحی شده و کنترل کننده الکترونیکی مربوطه (ESC) می تواند 90A را به طور مداوم ارائه دهد (این مصرف باتری بزرگ خودرو را در یک ساعت خالی می کند).

آنها همچنین نیاز به خنک کننده آب دارند. معمولاً شما به سادگی ESC و موتور را با لوله ای وصل می کنید ، ورودی را در جلوی قایق قرار می دهید و خروجی را در مقابل پروانه قرار می دهید. به این ترتیب ملخ آب دریاچه را از طریق سیستم خنک کننده می کشد. با این حال ، دریاچه مورد نظر همیشه تمیز نیست و این محلول ممکن است سیستم خنک کننده را مسدود کرده و هنگام خروج از دریاچه باعث خرابی موتور شود. به همین دلیل تصمیم گرفتیم به سراغ حلقه خنک کننده داخلی برویم که آب را از طریق مبدل حرارتی در بالای بدنه پمپ می کند (تصویر 3).

در حال حاضر قایق دارای دو بطری آب به عنوان مخزن و بدون مبدل حرارتی است. مخازن به سادگی جرم حرارتی را افزایش می دهند ، بنابراین موتورها مدت زمان بیشتری طول می کشد تا گرم شوند.

محور موتور از طریق دو مفصل جهانی ، محور و یک لوله به اصطلاح استرن به پروپیل متصل می شود که به منظور جلوگیری از خروج آب است. در تصویر دوم می توانید نمای جانبی این مجموعه را مشاهده کنید. موتور با یک پرینت سه بعدی با زاویه نصب می شود و لوازم جانبی نیز چاپ می شوند (زیرا موارد قدیمی را شکستم). من بسیار تعجب کردم وقتی فهمیدم این لوازم جانبی می توانند در برابر نیروهای موتور مقاومت کنند. برای حمایت از استحکام آنها ، تیغه ها را با ضخامت 2 میلی متر ساختم و آنها را 100٪ پر کردم. طراحی و چاپ ملزومات در واقع یک فرصت بسیار جالب برای آزمایش انواع مختلف وسایل و یافتن کارآمدترین آنها است. مدلهای سه بعدی لوازم جانبی خود را ضمیمه کردم.

یک جایگزین احتمالی

آزمایش نشان داد که قایق فقط به 10 تا 20 درصد محدوده دریچه گاز نیاز دارد تا به آرامی به دور خود (با سرعت 1 متر بر ثانیه) حرکت کند. رفتن مستقیم به گاز 100٪ باعث افزایش شدید جریان می شود که کل قایق را کاملاً از کار می اندازد. همچنین نیاز به سیستم خنک کننده بسیار آزاردهنده است.

یک راه حل بهتر می تواند به اصطلاح راننده باشد. یک پیشرانه دارای موتور مستقیم به پروانه است. سپس کل مجموعه غوطه ور شده و بنابراین سرد می شود. در اینجا پیوندی به یک پیشران کوچک با ESC مربوطه وجود دارد. این می تواند حداکثر جریان A 30 را فراهم کند ، که اندازه مناسب تری به نظر می رسد. احتمالاً باعث افزایش سنجه های کوچکتر می شود و نیازی نیست که دریچه گاز خیلی محدود شود.

مرحله 3: ماهیچه ها: فرمان

پیشرانه خنک است ، اما یک قایق نیز باید بچرخد. راههای متعددی برای دستیابی به آن وجود دارد. دو رایج ترین راه حل عبارتند از رودر و رانش دیفرانسیل.

رودرز یک راه حل بدیهی به نظر می رسید ، بنابراین ما به دنبال آن بودیم. من یک مدل مونتاژ سکان را در Fusion مدل کردم و سکانها ، لولا ها و یک پایه سروو را به صورت سه بعدی چاپ کردم. برای سروها ، ما دو سرو 25 کیلویی بزرگ انتخاب می کنیم تا مطمئن شویم که سکان های نسبتاً بزرگ قادر به مقاومت در برابر کشش آب هستند. سپس سروو در داخل بدنه قرار گرفته و از خارج با استفاده از سیمهای نازک به سکان در خارج متصل می شود. ویدئویی از حرکت سکان ها را ضمیمه کردم. تماشای حرکت این مجموعه مکانیکی بسیار لذت بخش است.

اگرچه سکان های رانندگی بسیار زیبا به نظر می رسیدند ، اما در اولین آزمایش ها مشخص شد که شعاع چرخش با آنها در حدود 10 متر است که بسیار وحشتناک است. علاوه بر این ، سکان ها از سرو جدا می شوند و قایق را قادر به هدایت نمی کند. نقطه ضعف نهایی سوراخ آن سیم ها است. این حفره آنقدر به آب نزدیک بود که حرکت معکوس باعث غوطه ور شدن آن شد و بنابراین قسمت داخلی بدنه را فرا گرفت.

به جای تلاش برای رفع این مشکلات ، من سکان ها را با هم برداشته ، سوراخ ها را بسته و به دنبال راه حل رانش دیفرانسیل رفتم. با رانش دیفرانسیل ، دو موتور در جهت مخالف می چرخند تا خودرو بچرخد. از آنجا که قایق تقریباً به اندازه عرض آن کوتاه است و موتورها در فاصله بسیار زیادی از مرکز قرار گرفته اند ، این امر به شما امکان می دهد در محل بچرخید. فقط به کمی کار پیکربندی نیاز دارد (برنامه نویسی ESC و کنترل کننده اصلی). در نظر داشته باشید که در صورت خرابی یکی از موتورها ، قایقی که از رانش دیفرانسیل استفاده می کند ، به صورت دایره ای حرکت می کند. من ممکن است یک یا دو بار آن را تجربه کرده باشم به دلیل مشکل فعلی سنبله که در مرحله قبل توضیح داده شد.

مرحله 4: ماهیچه ها: باتری

به نظر من به نظر می رسد قطعات RC ، مانند موارد استفاده شده در این قایق ، تقریباً با هر چیزی تغذیه می شوند ، از باتری ساعت گرفته تا نیروگاه هسته ای. بدیهی است که این کمی اغراق آمیز است ، اما محدوده ولتاژ نسبتاً وسیعی دارند. این محدوده حداقل در ولتاژ در برگه های داده نوشته نمی شود. در رتبه S پنهان شده است. این رتبه بندی تعداد سلول های باتری سری را که می تواند کار کند ، توصیف می کند. در بیشتر موارد به سلولهای لیتیوم پلیمر (LiPo) اشاره دارد. ولتاژ آنها هنگام شارژ کامل 4.2 ولت و ولتاژ آن در حالت خالی 3 ولت است.

موتورهای قایق ادعا می کنند که می توانند 2s تا 6s را اداره کنند که به محدوده ولتاژ 6V تا 25.2V تبدیل می شود. اگرچه من همیشه به حد بالا اعتماد نمی کنم ، زیرا برخی از تولید کنندگان قطعاتی را روی تخته خود قرار می دهند که فقط می توانند ولتاژهای پایین را تحمل کنند.

این بدان معناست که طیف گسترده ای از باتری های قابل استفاده وجود دارد تا زمانی که بتوانند جریان مورد نیاز را تامین کنند. و من در واقع قبل از ساختن یک باتری مناسب ، چندین باتری مختلف را آزمایش کردم. در اینجا خلاصه ای از سه تکرار باتری که قایق طی کرده است (تا کنون) آورده شده است.

1. LiPo Battery Pack

هنگامی که ما قایق را برنامه ریزی کردیم ، هیچ سرنخی برای میزان مصرف انرژی آن نداشتیم. برای اولین باتری ، ما یک بسته از سلولهای معروف لیتیوم یون 18650 را انتخاب می کنیم. ما آنها را در یک بسته 4S 10P با استفاده از نوارهای نیکل لحیم کردیم. این بسته دارای محدوده ولتاژ 12V تا 16.8V است. هر سلول دارای 2200 میلی آمپر ساعت است و حداکثر سرعت تخلیه آن 2 درجه سانتیگراد است (بسیار ضعیف) بنابراین 2*2200 میلی آمپر. از آنجا که 10 سلول به طور موازی وجود دارد ، می تواند حداکثر جریان 44A را ارائه دهد و 22Ah ظرفیت دارد. ما همچنین بسته را به یک برد مدیریت باتری مجهز کردیم (در مورد BMS بعداً توضیح خواهیم داد) که از تعادل شارژ مراقبت می کند و جریان را به 20A محدود می کند.

با آزمایش قایق مشخص شد که حداکثر جریان 20 آمپر کمتر از موتورهایی است که مصرف می کنند و اگر مراقب چوب دستی نباشیم ، BMS دائماً برق را قطع می کند. به همین دلیل است که تصمیم گرفتم BMS را پر کنم و باتری را مستقیماً به موتورها وصل کنم تا 44 آمپر کامل را دریافت کنم. ایده بد!!! در حالی که باتری ها توان کمی بیشتری را به ارمغان می آورند ، نوارهای نیکل ، اتصال سلول ها را کنترل نمی کند. یکی از اتصالات ذوب شد و باعث شد دود چوبی داخل قایق دود تولید کند.

بله ، بنابراین این باتری واقعاً مناسب نبود.

2. باتری ماشین

برای اثبات مفهوم 2020 ، تصمیم گرفتم از باتری بزرگتری استفاده کنم. با این حال ، من نمی خواستم پول اضافی خرج کنم ، بنابراین از باتری ماشین قدیمی استفاده کردم. منظور از شارژ و شارژ کامل باتری های خودرو نیست ، آنها باید همیشه با شارژ کامل نگهداری شوند و فقط برای انفجار جریان کوتاه برای راه اندازی موتور استفاده شوند. به همین دلیل به آنها باتری استارت گفته می شود. استفاده از آنها به عنوان باتری برای خودروهای RC طول عمر آنها را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. نوع دیگری از باتری سربی وجود دارد که اغلب دارای فرم فاکتور یکسانی است و به طور خاص طراحی شده است که چندین بار تخلیه و دوباره شارژ شود که باتری چرخه عمیق نامیده می شود.

من از آمدن کوتاه باتری خود به خوبی آگاه بودم ، اما می خواستم سریع قایق را آزمایش کنم و به هر حال باتری قدیمی بود. خوب ، 3 چرخه زنده ماند. در حال حاضر ولتاژ از 12 ولت به 5 ولت کاهش می یابد هر زمان که من گاز را فشار می دهم.

3. بسته باتری LiFePo4

آنها می گویند "بار سوم جذابیت است". چون هنوز نمی خواستم پول خودم را خرج کنم ، از دانشگاهم کمک خواستم. مطمئناً آنها تمام مدت باتری رویایی من را داشتند. Uni ما در مسابقه "Formula Student Electic" شرکت می کند و بنابراین یک ماشین مسابقه برقی دارد. تیم مسابقه قبلاً از سلولهای LiFePo4 به 18650 سلول LiPo تبدیل شده است زیرا سبک تر هستند. بنابراین آنها مجموعه ای از چندین سلول LiFePo4 استفاده شده دارند که دیگر به آنها احتیاج ندارند.

این سلولها از نظر محدوده ولتاژ با سلولهای LiPo یا LiIon متفاوت هستند. ولتاژ اسمی آنها 3.2 ولت است و از 2.5 تا 3.65 ولت متغیر است. من 3 عدد از آن سلولهای 60Ah را در یک بسته 3S مونتاژ کردم. این بسته می تواند جریانهای حداکثر را با نام 3C ارائه دهد. 180A و حداکثر ولتاژ آن فقط 11V است. تصمیم گرفتم برای کاهش ولتاژ سیستم به منظور کاهش جریان موتور اقدام کنم. این بسته سرانجام به من اجازه داد تا قایق را بیش از 5 دقیقه رانندگی کرده و قابلیت های رانندگی خود را آزمایش کنم.

چند نکته در مورد شارژ و ایمنی باتری

باتری ها انرژی را متمرکز می کنند. انرژی می تواند به گرما تبدیل شود و اگر این گرما شکل آتش باتری را به خود بگیرد ، مشکلی در دست شماست. به همین دلیل است که شما باید باتری ها را با احترام مورد احترام قرار دهید و آنها را به وسایل الکترونیکی مناسب مجهز کنید.

سلولهای باتری 3 روش برای مردن دارند.

1. تخلیه آنها به زیر حداقل ولتاژ (مرگ سرد)
2. شارژ آنها بیش از حداکثر ولتاژ نامی (ممکن است باعث تورم ، آتش سوزی و انفجار شود)
3. کشیدن بیش از حد جریان یا کوتاه کردن آنها (بنابراین من واقعاً باید توضیح دهم که چرا این ممکن است بد باشد)

سیستم مدیریت باتری از همه این موارد جلوگیری می کند ، بنابراین باید از آنها استفاده کنید.

مرحله 5: ماهیچه ها: سیم کشی

سیم کشی برای عضله در تصویر اول نشان داده شده است. در قسمت پایینی ما باتری داریم که باید با فیوز مناسب (در حال حاضر هیچ کدام وجود ندارد) ذوب شود. برای اتصال شارژر دو مخاطب خارجی اضافه کردم. ایده خوبی است که آنها را با کانکتور مناسب XT60 جایگزین کنید.

سپس یک سوئیچ بزرگ باتری داریم که بقیه سیستم را به باتری متصل می کند. این کلید دارای یک کلید واقعی است و اجازه دهید به شما بگویم ، چرخاندن آن و دیدن زنده شدن قایق بسیار رضایت بخش است.

مغز به باتری متصل است در حالی که ESCs و Servos توسط یک مقاومت شانت از هم جدا می شوند. این اجازه می دهد تا جریان را از طریق اتصال نارنجی کوچک اندازه گیری کنید زیرا باعث افت ولتاژ کمی در مقاومت شنت می شود.بقیه سیم کشی فقط قرمز به قرمز و سیاه تا سیاه است. از آنجا که سروها دیگر واقعاً استفاده نمی شوند ، می توان آنها را نادیده گرفت. پمپ های خنک کننده تنها جزء قایق هستند که دقیقاً به 12 ولت نیاز دارند و اگر ولتاژ بیشتر یا کمتر از آن باشد به نظر نمی رسد که خوب کار کنند. بنابراین اگر ولتاژ باتری بیش از 12 ولت است یا به یک مبدل گام به گام بالاتر از آن نیاز دارند به یک تنظیم کننده نیاز دارند.

با فرمان سکان هر دو سیم سیگنال ESC به یک کانال در مغز می روند. با این حال ، قایق در حال حاضر از رانش دیفرانسیل با نام مستعار استفاده می کند. فرمان لغزنده است ، بنابراین هر ESC باید کانال جداگانه خود را داشته باشد و سرویس ها به هیچ وجه مورد نیاز نیستند.

مرحله 6: مغز: اجزاء

مغز یک جعبه بزرگ است که پر از وسایل الکترونیکی جالب است. بسیاری از آنها را می توان در هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه FPV یافت ، و برخی از آنها در واقع از پهپاد شخصی من خارج شده است. تصویر اول همه ماژول های الکترونیکی را نشان می دهد. آنها به طور مرتب بر روی یکدیگر با استفاده از استندهای PCB برنجی چیده شده اند. این امر امکان پذیر است زیرا اجزای FPV دارای فاکتورهای خاصی هستند که به عنوان سایت پشته نامیده می شوند. از پایین به بالا پشته ما شامل موارد زیر است:

هیئت مدیره توزیع برق (PDB)

این کار دقیقاً همان چیزی را که از نامش پیداست انجام می دهد و قدرت را توزیع می کند. دو سیم از باتری وارد شده و چندین پد لحیم کاری برای اتصال ماژول های مختلف به باتری ارائه می دهد. این PDB همچنین تنظیم کننده 12 ولت و 5 ولت را ارائه می دهد.

کنترل پرواز (FC)

کنترل کننده هواپیما سیستم عامل ArduPilot Rover را اجرا می کند. کارهای مختلفی انجام می دهد. کنترل کننده های موتور را از طریق چندین خروجی PWM کنترل می کند ، ولتاژ و جریان باتری را کنترل می کند ، به سنسورهای مختلف و دستگاه های ورودی و خروجی متصل می شود و همچنین دارای ژیروسکوپ است. می توان گفت که این ماژول کوچک مغز واقعی است.

گیرنده RC

گیرنده به کنترل از راه دور متصل است. در مورد من ، این یک کنترل از راه دور FlySky برای هواپیماهای RC است که دارای ده کانال است و حتی ارتباط دو طرفه برقرار می کند تا ریموت بتواند سیگنال هایی را از گیرنده دریافت کند. سیگنالهای خروجی آن مستقیماً از طریق یک سیم با استفاده از پروتکل I-bus به FC می روند.

فرستنده ویدئو (VTX)

جعبه مغز دارای یک دوربین کوچک آنالوگ است. سیگنال ویدئویی دوربین به FC منتقل می شود که یک صفحه نمایش روی صفحه (OSD) را به جریان ویدئو اضافه می کند و حاوی اطلاعاتی مانند ولتاژ باتری است. سپس به VTX منتقل می شود و آن را به گیرنده مخصوص 5.8GHz در طرف دیگر منتقل می کند. این قسمت کاملاً ضروری نیست ، اما جالب است که بتوانید آنچه را که قایق می بیند ببینید.

در بالای جعبه تعدادی آنتن وجود دارد. یکی از VTX ، دو از RC Receiver است. دو آنتن دیگر اجزای زیر هستند.

ماژول تله متری

آنتن 433 مگاهرتز متعلق به یک ماژول تله متری است. این فرستنده کوچک یک دستگاه ورودی/خروجی است که کنترل کننده پرواز را به ایستگاه زمینی متصل می کند (لپ تاپی با دانگل USB 433 مگاهرتز). این اتصال به اپراتور اجازه می دهد تا پارامترها را از راه دور تغییر داده و داده ها را از سنسورهای داخلی و خارجی دریافت کند. این پیوند همچنین می تواند برای کنترل از راه دور قایق مورد استفاده قرار گیرد.

GPS و قطب نما

چیز بزرگ گرد در بالای قایق در واقع آنتن نیست. خوب یک جورهایی است اما همچنین یک ماژول GPS کامل و یک ماژول قطب نما است. این چیزی است که قایق را قادر می سازد از موقعیت ، سرعت و جهت خود مطلع شود.

به لطف رشد بازار هواپیماهای بدون سرنشین ، قطعات بسیار متنوعی برای انتخاب هر ماژول وجود دارد. به احتمال زیاد شما می خواهید تغییر دهید FC است. اگر می خواهید سنسورهای بیشتری را وصل کنید و به ورودی های بیشتری نیاز دارید ، انواع سخت افزارهای قدرتمندتری وجود دارد. در اینجا لیستی از تمام FC هایی است که ArduPilot پشتیبانی می کند ، حتی یک تمشک pi در آنجا وجود دارد.

و در اینجا لیستی کوچک از اجزای دقیق مورد استفاده من است:

• FC: Omnibus F4 V3S Aliexpress
• گیرنده RC: Flysky FS-X8B Aliexpress
• مجموعه فرستنده تله متری: 433 مگاهرتز 500 میلی وات Aliexpress
• VTX: VT5803 Aliexpress
• GPS و قطب نما: M8N Aliexpress
• محفظه: 200x200x100 میلی متر IP67 Aliexpress
• کنترل از راه دور: FLYSKY FS-i6X Aliexpress
• گیرنده ویدئو: Skydroid 5 ، 8 Ghz Aliexpress

مرحله 7: مغز: سیم کشی

مغز ولتاژ عملکرد خود را مستقیماً از باتری دریافت می کند. همچنین یک ولتاژ آنالوگ از شنت فعلی دریافت می کند و سیگنال های کنترل هر دو موتور را خروجی می دهد. اینها ارتباط خارجی هستند که از خارج از جعبه مغز قابل دسترسی هستند.

داخل آن بسیار پیچیده تر به نظر می رسد. به همین دلیل نمودار کوچک سیم کشی را در تصویر اول تهیه کردم. این ارتباط بین همه اجزای مختلف را که در مرحله قبل توضیح دادم نشان می دهد. من همچنین چند عدد طناب فرعی برای کانالهای خروجی PWM و پورت USB تهیه کردم و آنها را به پشت محفظه هدایت کردم (تصویر 3 را ببینید).

برای نصب پشته روی جعبه ، از یک صفحه پایه چاپ سه بعدی استفاده کردم. از آنجا که قطعات (به ویژه VTX) گرما تولید می کنند ، من یک فن 40 میلی متری را با یک آداپتور پرینت سه بعدی دیگر وصل کردم. من 4 قطعه پلاستیکی مشکی به لبه ها اضافه کردم تا جعبه را بدون نیاز به باز کردن درب روی قایق بچرخانم. فایلهای STL برای همه قسمتهای چاپ سه بعدی ضمیمه شده است. من از اپوکسی و مقداری چسب حرارتی برای چسباندن همه چیز به آن استفاده کردم.

مرحله 8: Brain: ArduPilot Setup

وردی Ardupilot نحوه راه اندازی یک مریخ نورد را با جزئیات کامل توضیح می دهد. در اینجا اسناد Rover است. من اینجا فقط سطح را خراش می دهم. اساساً مراحل زیر برای راه اندازی ArduPilot Rover پس از وصل شدن صحیح همه چیز وجود دارد:

1. Firmware Flash ArduPilot to FC (Tipp: برای این کار می توانید از Betaflight ، یک نرم افزار رایج پهپاد FPV استفاده کنید)
2. یک نرم افزار Ground Station مانند Mission Planner را نصب کرده و برد را وصل کنید (رابط کاربری برنامه ریزی ماموریت را در تصویر 1 ببینید)

3. تنظیمات سخت افزاری اولیه را انجام دهید

   • کالیبره کردن ژیروسکوپ و قطب نما
   • کالیبراسیون کنترل از راه دور
   • راه اندازی کانال های خروجی

4. با مرور لیست پارامترها (تصویر 2) تنظیمات پیشرفته تری انجام دهید

   • سنسور ولتاژ و جریان
   • نقشه برداری کانال
   • LED ها
5. درایو آزمایشی انجام دهید و پارامترهای دریچه گاز و فرمان را تنظیم کنید (تصویر 3)

و رونق ، شما یک مریخ نورد خودران دارید. البته همه این مراحل و تنظیمات مدتی طول می کشد و مواردی مانند کالیبره کردن قطب نما می تواند بسیار خسته کننده باشد ، اما با کمک اسناد ، انجمن های ArduPilot و آموزش های YouTube می توانید در نهایت به آنجا برسید.

ArduPilot یک زمین بازی پیشرفته از صدها پارامتر به شما می دهد که می توانید برای ساخت تقریباً هر وسیله نقلیه خودران که فکرش را می کنید استفاده کنید. و اگر چیزی را از دست داده اید ، می توانید برای ساختن آن با جامعه مشارکت کنید زیرا این پروژه بزرگ منبع باز است. من فقط می توانم شما را تشویق کنم که آن را امتحان کنید ، زیرا این احتمالاً ساده ترین راه برای ورود به دنیای خودروهای خودران است. اما در اینجا یک نکته کوچک حرفه ای وجود دارد: قبل از ساختن یک قایق غول پیکر RC آن را با یک وسیله نقلیه ساده امتحان کنید.

در اینجا لیستی کوچک از تنظیمات پیشرفته ای است که برای تنظیم سخت افزار خاص خود انجام دادم:

• تغییر نقشه کانال در RC MAP

  • زمین 2-> 3
  • دریچه گاز 3-> 2
• LED های فعال R2 I2C
• نوع قاب = قایق

• راه اندازی Skid Steering

  • کانال 1 = ThrottleLeft
  • کانال 2 = ThrottleRight
• کانال 8 = FlightMode
• کانال 5 = مسلح کردن/خلع سلاح

• مانیتور جریان و باتری را تنظیم کنید

  • BATT_MONITOR = 4
  • سپس راه اندازی مجدد کنید. BATT_VOLT_PIN 12
  • BATT_CURR_PIN 11
  • BATT_VOLT_MULT 11.0

مرحله 9: مغز: کنترل کننده سفارشی LED

جایزه اول در مسابقه Make it Move 2020