בניית סירה לנהיגה עצמית (ArduPilot Rover): 10 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:11

פרויקטים של Fusion 360 »

אתה יודע מה מגניב? רכבים ללא נהיגה עצמית. הם כל כך מגניבים למעשה שאנחנו (עמיתי ואחיי) התחלנו לבנות אחד בעצמנו בשנת 2018. זו גם הסיבה שיצאתי השנה לסיים אותו סוף סוף בזמני הפנוי.

במדריך זה אני רוצה לשתף אתכם בפרויקט זה ולהביא אתכם לבניית רכב עצמאי. הכנתי גם סרטון YouTube קטן שגורד את פני הפרויקט ונותן לכם סקירה מהירה של כל התקלות בדרך. מדריך זה הוא המדריך המתאם המסביר כיצד הדבר הזה עובד בפועל.

למי זה הוראה וכיצד לקרוא אותו

למדריך זה למעשה יש שתי מטרות. בראש ובראשונה, אני רוצה לשתף את מה שבניתי ולמדתי ולגרום לכם להתעניין בבניית רכבים בעלי נהיגה עצמית. המטרה המשנית היא לתעד את הפרויקט ואת רוב הפרטים שלו כך שקבוצת הסטודנטים הבאה באוניברסיטה הישנה שלי, שמרימה את הפרויקט תדע מה קורה.

אם אתה רק כאן בשביל הכיף, אתה יכול להתעלם מפרטים כמו רשימות פרמטרים ודיאגרמות חיווט מדויקות. אנסה לשמור על הצעדים גנריים מאוד בהתחלה, כך שניתן יהיה ליישם אותם על כל סירת ArduPilot RC ולשים את הפרטים בסוף.

הפרויקט הסתיים בשני חלקים וה- Instructable עוקב אחר אותו מבנה. אני הולך להתייחס לחלק הראשון כ"שרירים "מכיוון שהוא כולל את כל מוצרי האלקטרוניקה והגוף של הסירות. אחר כך אני אעבור על "המוח" שהוא קופסה קטנה על גבי הסירה, המכילה את הבקר הראשי ואת כל משדרי המשדר של המקלט.

מקורו של הקנטרפרז

בסדר, הנה סיפור הרקע לפרויקט הזה, אם עדיין לא שמעת אותו בסרטון. הפרויקט הזה התחיל בשנת 2018 כשעוד הייתי באוניברסיטה. היינו בסוף סמסטר ד 'לקראת הדרך החמישית. באוניברסיטה שלנו אתה יכול לבצע פרויקט צוות למשך כ- 6 חודשים. אתה יכול לבחור מתוך רשימת פרויקטים מוכנים (סיכוי טוב לציון טוב) או להתחיל פרויקט משלך (אף אחד מעולם לא עשה זאת לפני למיטב ידיעתי). אתה גם מקבל 12 נקודות זכות לפרויקט זה, מה שהופך אותו לשווה לא פחות מתזה הרווקים. דרך זו כישלון יכול באמת לעשות את ההבדל בציון הכללי שלך.

אני כמובן שהחלטתי להתחיל פרויקט מאפס ומצאתי 4 נשמות מסכנות שיעקבו אחריי במסע הזה לתוך אש אשפה של פרויקט צוות. התחלנו עם גודל הצוות המינימלי הנדרש של 5 אנשים אך 2 מאיתנו עזבו מאוחר יותר. קיבלנו גם 1500 €, אך אסור היה לנו להוציא אותו על אף אחת מאותן חנויות סיניות מקסימות שיש להן תמיד את האלקטרוניקה העדכנית והגדולה ביותר. במקום זאת היינו מחויבים לספקים אלקטרוניים גרמניים ישנים וטובים. ספוילר: זה כמעט בלתי אפשרי להשיג רכיבי סירה בנהיגה עצמית בדרך זו.

הרעיון המקורי

כשחשבנו על רעיון לפרויקט, חשבנו לעשות משהו שקשור למזל"ט כי מזל"טים הם פשוט הדבר הכי מגניב שיש. עם זאת מזל"טים מעופפים רגילים הם כבר דבר ורצינו לבנות משהו חדש יותר. אז החלטנו לבנות סירת מזל"ט. קיבלנו את הרעיון הזה בגלל אגם סמוך.

האגם משתרע על שטח של 12 ק מ^2 ובעומקו לרוב רק 1.5 מ '. המשמעות היא שהוא מתחמם בחודש הקיץ, בעוד שיש בו גם פחות מים. אתה יודע מה צורת החיים אוהבת מים חמים: ציאנובקטריה, המכונה גם אצה כחולה בגרמניה. בתנאים הנכונים דברים אלה יכולים להתרבות תוך זמן קצר ולכסות שטחים נרחבים תוך ייצור רעלים שעלולים לפגוע בבני אדם ובעלי חיים כאחד. מטרת הסירה הייתה לטאטא באופן קבוע את פני האגם ולמדוד את ריכוז האצות. לאחר מכן ניתן להדפיס את הנתונים שנאספו למפת חום בכדי להבין באילו נסיבות Algea מתחילה להצטבר וגם להנפיק אזהרות בזמן אמת לתושבים ולתיירים.

ספוילר נוסף: מעולם לא הצלחנו לבנות מכלול מדידה לאצה כחולה ולהתאים אותו על סירה, מכיוון שמכלולים כאלה יקרים במיוחד והם שוכנים בדרך כלל במדף של 1mx1mx2m על ספינה, שגודלה אינו מעשי באורך של 1 מ '. סִירָה. המוקד החדש הוא ליצור באופן אוטומטי וזול מפות עומק מחוץ לאגם כדי לאפשר לביולוג המקומי לראות כיצד משתנה אגם האגם לאורך זמן. כרגע סריקת זה יקרה מאוד בגלל עבודת כפיים הכרחית.

ספירלה כלפי מטה

בחזרה לסיפור. בחודשיים הראשונים של איסוף ידע ותכנון רקע שקלנו מה תצטרך סירה כזו: גוף, רכבת כוננית חשמלית, יכולות נהיגה עצמית, שליטה באינטרנט,…. אז החלטתי שאנחנו צריכים לבנות כמעט הכל בעצמנו תוך התמקדות בנהיגה אוטונומית. זה היה רעיון גרוע, רעיון שדי נידון להיכשל ולנחש מה הוא עשה? בדיוק, 6 חודשים לאחר מכן שפכנו את זמננו וזיענו לסירת RC ענקית, ה- Kenterprise (אינפוגרפיקה בתמונה 4). בדרך נאבקנו בכסף מוגבל, בלי אלקטרוניקה זמינה וניהול צוות גרוע, שאני לוקח עליו את רוב האחריות.

אז הנה, הכנטרפרס, רכב מדידה אוטונומי שלא היה אוטונומי ולא מודד כלום. לא הרבה הצלחה כפי שאתה יכול לראות. קיבלנו על הגריל במהלך המצגת האחרונה שלנו. למרבה המזל הפרופסור שלנו מכיר בעבודות השמיעות שלנו ועדיין נתן לנו ציון טוב, גרוע יותר מכל קבוצת פרויקטים אחרת בשנים האחרונות אבל בסדר.

השדרוג לשנת 2020

הייתי שוקל לקרוא לפרויקט הסטודנטים הזה אש אשפה מוחלטת, אבל כמו שאומרים הפתגם הישן: "צלקות של אש אשפה מחזקות אותך". ניסיון זה באמת עזר לי לשנות את היעדים שלי ולהישאר ממוקד בכל הפרויקטים הבאים שלי. אני גם עדיין אוהב את הרעיון של רכב בלתי מאויש שיכול לעזור לביולוגים לבצע סקרי אגם ואת הפנייה הכללית של בניית סירה לנהיגה עצמית. זו הסיבה שעכשיו, שנה לאחר מכן, רציתי לסיים אותו בעזרת הידע החדש שלי שרכשת ב- FPV מזל"ט, פרויקט קוד פתוח יפה ArduPilot והעוצמה של אתרי אלקטרוניקה זולים.

המטרה לא הייתה להפוך אותה לסירת מדידה מלאה, אלא להפעיל את כל המערכות ולהתקין טייס אוטומטי. זה לא חייב להיות מושלם. רק רציתי לראות את הסירה הזו נוהגת בעצמה כהוכחת מושג.

לאחר מכן אני אעביר את הסירה האוטונומית WORKING לאוניברסיטה לפרויקטים עתידיים כגון מיפוי קרקעית הים. אגב, לא הייתי לבד. חברתי עמר, שהיתה גם היא בקבוצת הפרויקטים בשנת 2018 עזרה לי בבדיקת הסירה.

בלי להתעסק יותר, בואו להיכנס לזה

שלב 1: שרירים: הגול

גוף הספינה הוא החלק הגדול ביותר של הסירה. לא רק בגלל הממדים העצומים שלה (100 ס"מ*80 ס"מ) אלא גם בגלל שלקח הרבה זמן לבנות את המבנה המותאם אישית הזה. אם הייתי עושה את זה שוב, בהחלט הייתי הולך על חלקי המדף. סירת RC מהמדף לא הייתה לנו בכרטיס, כיוון שלסירות אלה יש יכולת מטען מוגבלת מאוד. משהו כמו קרש גוף או גלשן או רק כמה צינורות PVC מחנות החומרה היה פתרון הרבה יותר פשוט שאני יכול רק להמליץ עליו.

בכל מקרה, הגוף שלנו התחיל עם דגם תלת מימד ב- Fusion 360. הכנתי דגם מפורט מאוד ועברתי מספר חזרות לפני שהתחלנו לבנות אותו. הקפדתי לתת לכל רכיב בדגם את המשקולות המתאימות ואפילו דגמתי את הפנים. זה איפשר לי לדעת את המשקל המשוער של הסירה לפני בנייתה. עשיתי גם כמה כיולי ציפה על ידי הכנסת "קו מים", חיתוך איתו את הרכב וחישוב הנפח שהיה מתחת למים. הסירה היא קטמרן מכיוון שרכב מסוג זה מבטיח יציבות גבוהה יותר, ואז סירה עם גוף יחיד.

לאחר טונות של שעות דוגמנות התחלנו להחיות את הסירה על ידי חיתוך הצורה הבסיסית של שני הגופים מלוחות פוליסטירן. לאחר מכן הם נחתכו לצורה, חורים התמלאו וביצענו הרבה שיוף. הגשר המחבר בין שתי המשאיות הוא רק ארגז עץ גדול.

כיסינו הכל ב -3 שכבות של זכוכית סיבים. שלב זה ארך כ -3 שבועות וכלל ימים של שיוף ידני לקבלת משטח חלק והגון (0/10 לא ימליץ). אחרי זה ציירנו אותו בצהוב נחמד והוספנו את השם "קנטרפרז". השם הוא שילוב של המילה הגרמנית "קנטרן" המתורגמת לשקוע וספינת החלל "מסע בין כוכבים" "USS Enterprise". כולנו חשבנו שהשם הזה מתאים בהחלט למפלצת שיצרנו.

שלב 2: שרירים: מערכת הנעה

לסירה ללא מנועים או מפרשים יש את מאפייני הנהיגה של פיסת עץ סחף. לכן היינו צריכים להוסיף מערכת הנעה לגוף הריק.

אני רוצה לתת לך עוד ספוילר: המנועים שאנו בוחרים הם חזקים מדי. אני מתאר את הפתרון הנוכחי וחסרונותיו וגם מציע מערכת הנעה חלופית.

הפתרון הנוכחי

לא באמת ידענו כמה דחף הסירה צריכה אז קנינו לעצמנו שני מנועי סירות מירוץ אלה. כל אחד מאלה נועד להניע סירת מרוצי RC באורך 1 מטר ובקר המהירות האלקטרוני המתאים (ESC) יכול לספק 90A ברציפות (צריכה זו תרוקן סוללה גדולה לרכב תוך שעה).

הם גם דורשים קירור מים. בדרך כלל היית פשוט מחבר את ה- ESC ואת המנוע עם קצת צינורות, הניח את הכניסה לחזית הסירה והנח את השקע מול המדחף. בדרך זו המושך מושך את מי האגם דרך מערכת הקירור. עם זאת, האגם המדובר אינו תמיד נקי ופתרון זה עלול לסתום את מערכת הקירור ולגרום לכישלון מוטורי בזמן שהייה באגם. זו הסיבה שהחלטנו ללכת על לולאת קירור פנימית השואבת את המים דרך מחליף חום על גבי הגוף (תמונה 3).

לעת עתה יש לסירה שני בקבוקי מים כמאגרים וללא מחליף חום. המאגרים פשוט מגדילים את המסה התרמית כך שלמנועים לוקח הרבה יותר זמן להתחמם.

פיר המנוע מחובר לאביזר באמצעות שני מפרקים אוניברסליים, אקסל וצינור חמור, שנועד לשמור על המים בחוץ. ניתן לראות מבט צד של מכלול זה בתמונה השנייה. המנוע מותקן בזווית עם הר מודפס בתלת -ממד וגם האביזרים מודפסים (כי שברתי את הישנים). הופתעתי למדי לגלות שהאביזרים האלה יכולים לעמוד בכוחות המנועים. כדי לתמוך בכוחם עשיתי את הלהבים בעובי 2 מ מ והדפסתי אותם במילוי 100%. עיצוב והדפסה של האביזרים היא למעשה אופציה די מגניבה לנסות סוגים שונים של אביזרים ולמצוא את היעיל ביותר. צירפתי את דגמי התלת מימד של האביזרים שלי.

אלטרנטיבה אפשרית

הבדיקה הראתה שהסירה זקוקה רק ל 10-20% מטווח המצערת כדי לנוע באיטיות (במהירות של 1 מ '/שניות). מעבר ישר למצערת של 100% גורם לזינוק עצום של זרם, שמשבית לחלוטין את כל הסירה. גם הדרישה של מערכת קירור די מעצבנת.

פתרון טוב יותר יכול להיות מה שנקרא דחפים. מנוע בעל המנוע מחובר ישירות למדחף. כל המכלול שקוע אז ולכן מקורר. להלן קישור לדרוש קטן עם ה- ESC המתאים. זה יכול לספק זרם מרבי של 30 A, שנראה כמו גודל מתאים יותר. סביר להניח שזה ייצור קוצים קטנים יותר של הזרם והמצערת לא צריכה להיות מוגבלת כל כך.

שלב 3: שרירים: היגוי

הנעה מגניבה, אבל גם סירה צריכה להסתובב. ישנן מספר דרכים להשיג זאת. שני הפתרונות הנפוצים ביותר הם הגהים ודחף דיפרנציאלי.

הגהים נראו כמו פתרון ברור אז הלכנו על זה. הדגמתי מכלול הגה ב- Fusion ו- 3D הדפסתי את ההגאים, הצירים ותושבת סרוו. עבור הסרווים אנו בוחרים שני סרוו 25 ק ג גדולים כדי לוודא שההגאים הגדולים יחסית מסוגלים לעמוד בגרירת המים. לאחר מכן הוצב הסרוו בתוך גוף החיבור ומחובר להגה מבחוץ דרך חור באמצעות חוטים דקים. צירפתי סרטון של ההגאים בפעולה. די משמח לראות את הרכבה המכנית הזו נעה.

למרות שההגבים נראו נהדר, נסיעות המבחן הראשונות גילו שרדיוס הסיבוב איתם הוא בסביבות 10 מ 'וזה פשוט נורא. יתר על כן ההגאים נוטים להתנתק מהסרבים, מה שהופך את הסירה לא מסוגלת לנווט. נקודת התורפה הסופית היא החור של החוטים האלה. החור הזה היה כל כך קרוב למים, שהיפוך גרם לכך שהוא שקוע, ולכן הציף את פנים הגוף.

במקום לנסות לתקן את הבעיות האלה, הסרתי את ההגהות ביחד, סגרתי את החורים והלכתי על פתרון דחף דיפרנציאלי. עם דחף דיפרנציאלי, שני המנועים פונים בכיוון ההפוך כדי לגרום לרכב להסתובב. מכיוון שהסירה רחבה כמעט כמו שהיא קצרה והמנועים ממוקמים רחוק מהמרכז הדבר מאפשר סיבוב במקום. זה דורש רק מעט עבודת תצורה (תכנות ה- ESC והבקר הראשי). זכור כי סירה המשתמשת בדחף דיפרנציאלי תסתובב במעגלים אם אחד המנועים נכשל. יכול להיות שחוויתי את זה פעם או פעמיים בגלל בעיית הספייק הנוכחית שתוארה בשלב הקודם.

שלב 4: שרירים: סוללה

לי נראה כי רכיבי RC, כמו אלה המשמשים בסירה זו, יכולים להיות מופעלים על ידי כמעט כל דבר, החל מסוללת שעון עד לתחנת כוח גרעינית. ברור שזו קצת הגזמה אבל יש להם טווח מתח די רחב. טווח זה אינו כתוב במערכות הנתונים, לפחות לא בוולט. הוא מוסתר בדירוג S. דירוג זה מתאר כמה תאי סוללה בסדרה הוא יכול להתמודד. ברוב המקרים הוא מתייחס לתאי ליתיום פולימרים (LiPo). לאלה יש מתח של 4.2V כאשר הוא טעון במלואו ומתח של סביב 3V כאשר הוא ריק.

מנועי הסירות טוענים שהם מסוגלים להתמודד עם 2s עד 6s המתורגם לטווח מתח של 6V עד 25.2V. למרות שלא תמיד הייתי סומך על הגבול העליון, כידוע כי יצרנים מסוימים מניחים רכיבים על הלוחות שלהם שיכולים לעמוד רק במתח נמוך יותר.

המשמעות היא שיש מגוון רחב של סוללות שמישות כל עוד הן יכולות לספק את הזרם הנדרש. ולמעשה עברתי כמה סוללות שונות לפני שבניתי סוללה מתאימה. להלן סקירה מהירה של שלוש חזרות הסוללות שעברה הסירה (עד כה).

1. חבילת סוללות LiPo

כשתכננו את הסירה לא היה לנו מושג כמה אנרגיה היא תצרוך. עבור הסוללה הראשונה אנו בוחרים לבנות חבילה מתוך 18650 ליתיום יון הידועים. הלחמנו אותם לאריזה של 4S 10P בעזרת רצועות ניקל. לחבילה זו יש טווח מתח של 12V עד 16.8V. לכל תא יש 2200mAh והוא מדורג בקצב פריקה מרבי של 2C (די חלש) ולכן 2*2200mA. מכיוון שיש 10 תאים במקביל הוא יכול לספק זרמי שיא של 44A בלבד ויש לו קיבולת של 22Ah. ציידנו את החבילה בלוח ניהול סוללות (עוד על BMS מאוחר יותר) הדואג לאיזון הטעינה ומגביל את הזרם ל 20A.

בבדיקת הסירה התברר כי 20A של זרם מקסימלי הוא הרבה פחות ממה שהמנועים צורכים וה- BMS כל הזמן ניתקה את ההספק אם לא היינו זהירים עם מקל המצערת. לכן החלטתי לעשות גשר על BMS ולחבר את הסוללה ישר למנועים כדי לקבל את מלוא 44 אמפר. רעיון רע!!! בעוד שהסוללות הצליחו לספק מעט יותר כוח, רצועות הניקל, חיבור התאים לא יכלו להתמודד עם זה. אחד החיבורים נמס וגרם לחלק הפנימי של הסירה לייצר עשן.

כן, אז הסוללה הזו לא ממש הייתה מתאימה.

2. מצבר לרכב

להוכחת הרעיון שלי 2020, החלטתי להשתמש בסוללה גדולה יותר. עם זאת, לא רציתי להוציא כסף נוסף ולכן השתמשתי בסוללה ישנה לרכב. מצברים לרכב אינם מיועדים לפריקה מלאה ולטעינה, הם צריכים להישמר תמיד בטעינה מלאה ולשמש אותם רק לצורך התפרצות זרם קצר להפעלת מנוע. לכן הם נקראים סוללות המתנע. השימוש בהם כסוללה לרכב RC מפחית משמעותית את תוחלת החיים שלהם. יש סוג אחר של סוללת עופרת שלרוב בעל אותו גורם צורה ומיועד במיוחד לפריקה ולהטענה מספר פעמים הנקרא סוללת Deep Cycle.

הייתי מודע היטב לנפילות הקצרות של הסוללה שלי, אבל רציתי לבדוק במהירות את הסירה והסוללה בכל זאת הייתה ישנה. ובכן, הוא שרד 3 מחזורים. עכשיו המתח יורד מ 12V ל 5V בכל פעם שאני פוגע במצערת.

3. סוללת LiFePo4

"הפעם השלישית היא קסם" זה מה שהם אומרים. מכיוון שעדיין לא רציתי להוציא את הכסף שלי, ביקשתי עזרה מהאוניברסיטה שלי. בהחלט היה להם סוללת חלומות שלי לאורך כל הדרך. יוני שלנו לוקח חלק בתחרות "פורמולה סטודנט אלקטריק" ולכן יש לו מכונית מירוץ חשמלית. צוות המרוצים עבר בעבר מתאי LiFePo4 ל -18650 תאי LiPo כשהם קלים יותר. אז יש להם אוסף של מספר תאי LiFePo4 משומשים שהם כבר לא צריכים.

תאים אלה שונים מתאי LiPo או LiIon בטווח המתח שלהם. המתח הנומינלי שלה הוא 3.2V והוא נע בין 2.5V ל 3.65V. ריכזתי 3 מתאים אלה של 60Ah לחבילה של 3S. חבילה זו יכולה לספק זרמי שיא של 3C aka. 180A ויש לו מתח מרבי של 11V בלבד. החלטתי ללכת על מתח מערכת נמוך יותר כדי להוריד את זרם המנוע. חבילה זו איפשרה לי סוף סוף לנהוג בסירה יותר מחמש דקות ולבדוק את יכולות הנהיגה העצמית.

מילה בנושא טעינת סוללות ובטיחות

סוללות מרכזות אנרגיה. אנרגיה יכולה להפוך לחום ואם החום הזה לובש צורה של אש סוללה, יש לך בעיה ביד. לכן כדאי להתייחס לסוללות בכבוד הראוי להן ולהצטייד באלקטרוניקה הנכונה.

לתאי הסוללה יש 3 דרכים למות.

1. פריקתם אל מתחת לדירוג המתח המינימלי שלהם (מוות קר)
2. טעינתם מעל המתח המרבי המרבי שלהם (עלול לגרום לנפיחות, שריפה ופיצוצים)
3. לצייר יותר מדי זרם או לקצר אותם (אז אני באמת צריך להסביר מדוע זה עלול להיות רע)

מערכת ניהול סוללות מונעת את כל הדברים האלה, לכן עליך להשתמש בהם.

שלב 5: שרירים: חיווט

החיווט לחלק השריר מוצג בתמונה הראשונה. בתחתית יש לנו את הסוללה שצריכה להתמזג עם נתיך מתאים (כרגע אין). הוספתי שני אנשי קשר חיצוניים לחיבור מטען. זה יהיה רעיון טוב להחליף אותם על ידי מחבר XT60 מתאים.

אז יש לנו מתג סוללה גדול, שמחבר את שאר המערכת לסוללה. למתג הזה יש מפתח אמיתי ותנו לי לומר לכם, שזה כל כך מספק להפוך אותו ולראות את הסירה מתעוררת לחיים.

המוח מחובר לסוללות הקרקעיות בעוד ה- ESCs וה- Servos מופרדים על ידי נגד shunt. זה מאפשר למדוד את הזרם דרך החיבור הכתום הקטן מכיוון שהוא גורם לירידת מתח קטנה מעל הנגד.שאר החיווט הוא רק אדום לאדום ושחור עד שחור. מכיוון שהסרבים כבר לא ממש בשימוש, אפשר פשוט להתעלם מהם. משאבות הקירור הן המרכיב היחיד בסירה הדורש 12V בדיוק ונראה שהן לא עובדות טוב אם המתח גבוה או נמוך מזה. לכן הם צריכים רגולטור אם מתח הסוללה הוא מעל 12V או ממיר עלייה אם הוא מתחת לזה.

עם הגה הגה שני חוטי האות ESC היו עוברים לאותו ערוץ במוח. אולם הסירה משתמשת כעת בדחף דיפרנציאלי aka. החלקה, כך שלכל ESC צריך להיות ערוץ נפרד משלו ואין צורך בכלל בסרוווס.

שלב 6: המוח: רכיבים

המוח הוא קופסה גדולה מלאה באלקטרוניקה מעניינת. רבים מהם ניתן למצוא במל"טי מירוץ FPV, וחלקם למעשה הוצאו מהמל"ט שלי. התמונה הראשונה מציגה את כל המודולים האלקטרוניים. הם מוערמים בצורה מסודרת זה על זה באמצעות עמידות PCB מפליז. זה אפשרי מכיוון שרכיבי FPV מגיעים בגורמי צורה מיוחדים המכונים אתר הערימה. מלמטה למעלה העליונה שלנו מכילה את הדברים הבאים:

לוח הפצת חשמל (PDB)

הדבר הזה עושה בדיוק מה שהשם מרמז ומפיץ את הכוח. שני חוטים מהסוללה נכנסים והוא מציע כריות הלחמה מרובות לחיבור מודולים שונים לסוללה. PDB זה מציע גם רגולטור 12V ו- 5V.

בקר טיסה (FC)

בקר הטיסה מפעיל את הקושחה ArduPilot Rover. הוא עושה מגוון דברים. הוא שולט בבקרי המנוע באמצעות מספר יציאות PWM, הוא עוקב אחר מתח הסוללה והזרם, הוא מתחבר לחיישנים ולמכשירי הקלט והפלט השונים והוא כולל גם ג'ירוסקופ. אפשר לומר שהמודול הקטן הזה הוא המוח האמיתי.

מקלט RC

המקלט מחובר לשלט רחוק. במקרה שלי מדובר בשלט FlySky עבור מטוסי RC שיש בו עשרה ערוצים ואף מקים תקשורת דו כיוונית כך שהשלט יכול לקבל גם אותות מהמקלט. אותות הפלט שלו מגיעים ישירות ל- FC דרך חוט יחיד באמצעות פרוטוקול I-bus.

משדר וידאו (VTX)

תיבת המוח כוללת מצלמה אנלוגית קטנה. אות הווידיאו של המצלמה מועבר ל- FC המוסיף לתצוגה על המסך (OSD) לזרם הווידאו, המכיל מידע כגון מתח הסוללה. לאחר מכן הוא מועבר ל- VTX אשר מעביר אותו למקלט מיוחד של 5.8GHz בצד השני. חלק זה אינו הכרחי אך הוא מגניב להיות מסוגל לראות מה הסירה רואה.

על גבי הקופסה חבורה של אנטנות. אחד מה- VTX, שניים ממקלט RC. שתי האנטנות האחרות הן המרכיבים הבאים.

מודול טלמטריה

אנטנת 433MHz שייכת למודול טלמטריה. המשדר הקטן הזה הוא מכשיר קלט/פלט המחבר את בקר הטיסה לתחנת הקרקע (מחשב נייד עם דונגל USB 433MHz). חיבור זה מאפשר למפעיל לשנות פרמטרים מרחוק ולקבל נתונים מהחיישנים הפנימיים והחיצוניים. ניתן להשתמש בקישור זה גם לשליטה מרחוק על הסירה.

GPS ומצפן

הדבר העגול הגדול על גבי הסירה הוא למעשה לא אנטנה. זה די אבל זה גם מודול GPS שלם ומודול מצפן. זה מה שמאפשר לסירה לדעת את המיקום, המהירות והכיוון שלה.

הודות לצמיחת שוק המזל טים יש מגוון רחב של רכיבים לבחירה לכל מודול. סביר להניח שתרצה לעבור הוא ה- FC. אם אתה רוצה לחבר יותר חיישנים וזקוק לכניסות נוספות, יש מגוון אפשרויות חומרה חזקות יותר. להלן רשימה של כל ה- FC שתומך ב- ArduPilot, יש שם אפילו פאי פטל.

והנה רשימה קטנה של הרכיבים המדויקים בהם השתמשתי:

• FC: אומניבוס F4 V3S Aliexpress
• מקלט RC: Flysky FS-X8B Aliexpress
• סט משדר טלמטריה: 433MHz 500mW Aliexpress
• VTX: VT5803 Aliexpress
• GPS ומצפן: M8N Aliexpress
• מארז: 200x200x100 מ"מ IP67 Aliexpress
• שלט רחוק: FLYSKY FS-i6X Aliexpress
• מקלט וידאו: Skydroid 5, 8 Ghz Aliexpress

שלב 7: מוח: חיווט

המוח מקבל את מתח ההפעלה שלו ישירות מהסוללה. הוא גם מקבל מתח אנלוגי מהשאנט הנוכחי והוא פולט את אותות הבקרה של שני המנועים. אלה הם החיבור החיצוני הנגיש מבחוץ של תיבת המוח.

מבפנים נראה הרבה יותר מפותל. לכן הכנתי את תרשים החיווט הקטן בתמונה הראשונה. זה מראה את הקשרים בין כל המרכיבים השונים שתיארתי בשלב הקודם. יצרתי גם כמה כבלי מאריך לערוצי הפלט PWM ויציאת ה- USB וניתבתי אותם לחלק האחורי של המארז (ראה תמונה 3).

כדי לעלות את הערימה לקופסה השתמשתי בצלחת בסיס מודפסת תלת -ממדית. מכיוון שהרכיבים (במיוחד ה- VTX) מייצרים חום, הצמדתי גם מאוורר בגודל 40 מ מ עם עוד מתאם מודפס בתלת מימד. הוספתי 4 פיסות פלסטיק שחורות לקצוות כדי להבריג את הקופסה על הסירה ללא צורך בפתיחת המכסה. קובצי STL לכל החלקים המודפסים בתלת מימד מצורפים. השתמשתי באפוקסי וכמה דבק חם כדי להדביק הכל.

שלב 8: מוח: הגדרת ArduPilot

Wiki Ardupilot מתאר כיצד להגדיר רובר בפירוט רב. להלן התיעוד של רובר. אני רק עומד לגרד את המשטח כאן. ישנם בעצם השלבים הבאים להפעיל את ArduPilot Rover לאחר שהכל מחובר כהלכה:

1. קושחת פלאש ArduPilot ל- FC (טיפ: אתה יכול להשתמש ב Betaflight, תוכנת מזל"ט נפוצה של FPV, לשם כך)
2. התקן תוכנת תחנת קרקע כמו Mission Planner וחבר את הלוח (ראה ממשק משתמש של מתכנן המשימה בתמונה 1)

3. בצע התקנת חומרה בסיסית

   • כיול ג'ירו ומצפן
   • כיול שלט רחוק
   • הגדרת ערוצי פלט

4. בצע התקנה מתקדמת יותר על ידי מעבר ברשימת הפרמטרים (תמונה 2)

   • חיישן מתח וזרם
   • מיפוי ערוצים
   • נוריות
5. בצע נסיעת מבחן וכוון את הפרמטרים למצערת והיגוי (תמונה 3)

ובום, יש לך רובר בנהיגה עצמית. כמובן שכל השלבים וההגדרות האלה לוקחים קצת זמן ודברים כמו כיול המצפן יכולים להיות די מייגעים אבל בעזרת המסמכים, הפורומים של ArduPilot והדרכות YouTube בסופו של דבר תוכל להגיע לשם.

ArduPilot מעניק לך מגרש משחקים מתקדם של כל מיני פרמטרים שתוכל להשתמש בהם לבניית פחות או יותר כל רכב לנהיגה עצמית שאתה יכול לחשוב עליו. ואם חסר לך משהו אתה יכול ליצור קשר עם הקהילה כדי לבנות אותו מכיוון שהפרויקט הנהדר הזה הוא קוד פתוח. אני יכול רק לעודד אותך לנסות את זה, כי זו כנראה הדרך הקלה ביותר להיכנס לעולם הרכבים האוטונומיים. אבל הנה טיפ קטן למקצוענים: נסה את זה עם רכב פשוט לפני שאתה בונה סירת RC ענקית.

להלן רשימה קטנה של ההגדרות המתקדמות שעשיתי עבור הגדרת החומרה המסוימת שלי:

• מיפוי ערוצים השתנה ב- RC MAP

  • מגרש 2-> 3
  • מצערת 3-> 2
• נוריות I2C RGB מופעלות
• סוג מסגרת = סירה

• הגדרת היגוי החלקה

  • ערוץ 1 = ThrottleLeft
  • ערוץ 2 = ThrottleRight
• ערוץ 8 = FlightMode
• ערוץ 5 = חימוש/פירוק

• הגדרת צג זרם וסוללה

  • BATT_MONITOR = 4
  • לאחר מכן הפעל מחדש. BATT_VOLT_PIN 12
  • BATT_CURR_PIN 11
  • BATT_VOLT_MULT 11.0

שלב 9: מוח: בקר LED מותאם אישית

פרס ראשון בתחרות Make it Move 2020