Gerris USV - hydrodrone à partir de zéro!

Aujourd'hui, "In the Workshop" concerne un projet un peu plus vaste - c'est-à-dire un vaisseau sans pilote utilisé, par exemple, pour des mesures bathymétriques. Vous pourrez découvrir notre premier catamaran, adapté en version radiocommandée, dans le 6ème numéro de "Jeune Technicien" 2015. Cette fois, l'équipe MODELmaniak (un groupe de modélistes expérimentés affiliés au groupe Kopernik Model Workshops à Wrocław) a relevé le défi amical de concevoir de toutes pièces une plate-forme de mesure flottante encore mieux adaptée aux conditions de gravier. carrière, extensible à une version autonome, donnant à l'opérateur plus de marge de manœuvre.

Commencé par la personnalisation...

Nous avons rencontré ce problème pour la première fois lorsqu'on nous a demandé il y a quelques années la possibilité d'introduire des actionneurs et adaptation à la radiocommande traînée bathymétrique (c'est-à-dire une plate-forme de mesure utilisée pour mesurer la profondeur des plans d'eau).

1. La première version de la plateforme de mesure, uniquement adaptée à la version RC

2. Les entraînements du premier hydrodrone étaient des onduleurs d'aquarium légèrement modifiés - et ils fonctionnaient assez bien, même s'ils n'avaient certainement pas de «résistance à la construction».

La tâche de simulation consistait à concevoir et fabriquer des actionneurs pour des flotteurs moulés par étirage-soufflage préfabriqués en PE (RSBM - similaire aux bouteilles en PET). Après avoir analysé les conditions de fonctionnement et les options disponibles, nous avons choisi une solution plutôt inhabituelle - et, sans interférer avec les coques sous la ligne de flottaison, nous avons installé des circulateurs-inverseurs d'aquarium comme entraînements avec la possibilité supplémentaire de tourner à 360 ° et de soulever (par exemple , lorsqu'un obstacle rencontre ou pendant le transport) ) . Cette solution, appuyée en plus par un système de contrôle et d'alimentation séparé, permettait le contrôle et le retour à l'opérateur même en cas de panne d'un des tronçons (droit ou gauche). Les solutions ont tellement bien réussi que le catamaran est toujours en activité.

3. Lors de la préparation de notre propre projet, nous avons analysé en détail (souvent personnellement!) De nombreuses solutions similaires - dans cette illustration, l'allemand ...

4.…Voici un Américain (et quelques dizaines d'autres). Nous avons rejeté les coques simples comme étant moins polyvalentes et les transmissions dépassant sous le fond comme potentiellement problématiques pour le fonctionnement et le transport.

Cependant, la sensibilité des disques à la pollution de l'eau s'est avérée être un inconvénient. Bien que vous puissiez rapidement retirer le sable du rotor après une nage d'urgence vers le rivage, vous devez faire attention à cet aspect lors du lancement et de la nage près du fond. Parce qu'il inclut cependant l'expansion des capacités de mesure, et il s'est également élargi au cours de cette période. portée de l'hydrodrone (sur les rivières) notre ami s'est montré intéressé par une nouvelle version de développement de la plateforme spécialement conçue à cet effet. Nous avons relevé ce défi - conformément au profil didactique de nos studios et en même temps en donnant l'opportunité de tester les solutions développées dans la pratique !

5. Les valises modulaires à pliage rapide étaient très inspirantes par leur polyvalence et leur facilité de transport 3 (photo : matériaux du fabricant)

Gerris USV - données techniques :

• Longueur/largeur/hauteur 1200/1000/320 mm

• Construction : verre composite époxy, cadre de liaison en aluminium.

• Déplacement : 30 kg, y compris la capacité de charge : pas moins de 15 kg

• Entraînement : 4 moteurs BLDC (refroidis par eau)

• Tension d'alimentation : 9,0 V… 12,6 V

• Vitesse : travail : 1 m/s ; maximale : 2 m/s

• Autonomie sur une seule charge : jusqu'à 8 heures (avec deux batteries de 70 Ah)

• Site Web du projet : https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Les exercices se sont poursuivis - c'est-à-dire des hypothèses pour un nouveau projet

Les principes directeurs que nous nous sommes fixés lors du développement de notre propre version étaient les suivants :

• bicoque (comme dans la première version, garantissant la plus grande stabilité nécessaire pour obtenir des mesures précises avec un échosondeur) ;
• systèmes d'entraînement, d'alimentation et de contrôle redondants ;
• déplacement, permettant l'installation d'équipements embarqués pesant min. 15 kilogrammes ;
• démontage facile pour le transport et les véhicules supplémentaires ;
• dimensions permettant le transport dans une voiture de tourisme ordinaire, même assemblée;
• protégés contre les dommages et la contamination, entraînements dupliqués dans le contournement du corps;
• l'universalité de la plate-forme (la possibilité de l'utiliser dans d'autres applications) ;
• la possibilité de passer à une version autonome.

6. La version originale de notre projet impliquait une division modulaire en sections construites à l'aide de différentes technologies, qui pouvaient cependant être assemblées aussi facilement que des blocs populaires et recevoir diverses utilisations : des modèles de sauvetage radiocommandés, en passant par les plates-formes USV, jusqu'aux pédalos électriques.

Design vs technologie, c'est-à-dire apprendre des erreurs (ou jusqu'à trois fois plus que l'art)

Au début, il y avait bien sûr des études - beaucoup de temps a été consacré à la recherche sur Internet de conceptions, de solutions et de technologies similaires. Ils nous ont tellement inspiré hydrodronie diverses applications, ainsi que des kayaks modulaires et des petits bateaux à passagers à monter soi-même. Parmi les premiers, nous avons trouvé la confirmation de la valeur de la disposition à double coque de l'unité (mais dans presque tous, les hélices étaient situées sous le fond marin - la plupart d'entre elles étaient conçues pour fonctionner dans des eaux plus propres). Solutions modulaires les kayaks industriels nous ont incités à envisager de diviser la coque du modèle (et le travail en atelier) en plus petits morceaux. Ainsi, la première version du projet a été créée.

7. Grâce à l'éditeur Jakobsche, les options de conception 3D suivantes ont été rapidement créées - nécessaires à la mise en œuvre dans la technologie d'impression à filament (les deux premiers et les deux derniers segments du corps sont le résultat des limitations d'espace d'impression des imprimantes détenues).

Au départ, nous avons adopté une technologie mixte. Dans le premier prototype, les sections de proue et de poupe devaient être faites du matériau le plus solide que nous puissions trouver (acrylonitrile-styrène-acrylate - ASA en abrégé).

8. Avec la précision et la répétabilité attendues des connexions des modules, les parties médianes (d'un demi-mètre de long, éventuellement aussi d'un mètre) nécessitaient un équipement approprié.

9. Notre meilleur technologue en plastique a réalisé une série de modules de test avant l'impression du premier élément ASA extrême.

Enfin, après preuve de concept, afin de réaliser plus rapidement les cas suivants, nous avons également envisagé d'utiliser des empreintes comme sabots pour créer des moules pour le laminage. Les modules intermédiaires (50 ou 100 cm de long) devaient être collés à partir de plaques de plastique - pour lesquelles notre véritable pilote et spécialiste de la plasturgie - Krzysztof Schmit (connu des lecteurs de "A l'atelier", notamment en tant que co-auteur ( MT 10 / 2007) ou machine-amphibien-marteau radiocommandé (MT 7/2008).

10. L'impression des modules finaux prenait un temps dangereusement long, nous avons donc commencé à créer des modèles de corps positifs - ici dans la version classique à feuillure.

11. Le revêtement en contreplaqué nécessitera un peu de masticage et de peinture finale - mais, en fin de compte, c'était une bonne protection en cas d'éventuelle défaillance de la brigade de navigation ...

Conception 3D du nouveau modèle pour l'impression, édité par Bartłomiej Jakobsche (une série de ses articles sur les projets électroniques 9D se trouve dans les numéros de "Młodego Technika" du 2018/2 au 2020/XNUMX). Bientôt, nous avons commencé à imprimer les premiers éléments du fuselage - mais ensuite les premières étapes ont commencé ... Une impression précise et précise a pris plus de temps que prévu, et il y avait des défauts coûteux résultant de l'utilisation de matériaux beaucoup plus résistants que d'habitude ...

12. … qui a fabriqué un sabot similaire à partir d'un corps en mousse XPS et de la technologie CNC.

13. Le noyau en mousse devait également être nettoyé.

La date d'acceptation approchant à une vitesse alarmante, nous avons décidé de nous éloigner de la conception modulaire et Impression 3D pour une technologie de stratifié dur et mieux connue - et nous avons commencé à travailler en deux équipes en parallèle sur différents types de patrons positifs (sabots) logement: traditionnel (construction et contreplaqué) et mousse (à l'aide d'une grande défonceuse CNC). Dans cette course, "l'équipe des nouvelles technologies" menée par Rafal Kowalczyk (au passage, acteur multimédia dans les compétitions nationales et mondiales de constructeurs de modèles radiocommandés - dont le co-auteur du décrit "On the Workshop" 6/ 2018) a obtenu un avantage.

14. ... être apte à faire une matrice négative ...

15. … où les premiers tirages float époxy sur verre ont été réalisés. Un seul gel coat a été utilisé, ce qui est bien visible sur l'eau (comme nous avions déjà abandonné les modules, il n'y avait aucune raison d'interférer avec le travail avec des décorations bicolores).

Par conséquent, la suite des travaux de l'atelier a suivi la troisième voie de conception de Rafal : à partir de la création de formes positives, puis de formes négatives - à travers les empreintes de boîtiers en verre époxy - jusqu'aux plates-formes IVDS prêtes à l'emploi () : d'abord, un prototype entièrement équipé. , puis des copies ultérieures encore plus avancées de la première série. Ici, la forme et les détails de la coque ont été adaptés à cette technologie - bientôt la troisième version du projet a reçu un nom unique de son chef.

16. L'hypothèse de ce projet pédagogique était l'utilisation d'équipements de modélisation accessibles au public - mais cela ne signifie pas que nous avions immédiatement une idée pour chaque élément - au contraire, aujourd'hui, il est difficile de compter combien de configurations ont été essayées - et l'amélioration de la conception ne s'est pas arrêtée là.

17. Il s'agit de la plus petite des batteries utilisées - elles permettent à la plate-forme de fonctionner pendant quatre heures sous charge de travail. Il existe également une option pour doubler la capacité - heureusement, les trappes de service et une plus grande flottabilité permettent beaucoup.

Gerris USV est un enfant vivant et travailleur (et avec son esprit !)

Garris c'est le nom générique latin des chevaux - probablement des insectes bien connus, se précipitant probablement dans l'eau sur des membres largement espacés.

Cibler les coques d'hydrodrone Fabriqué à partir de stratifié de verre époxy multicouche - assez solide pour les conditions difficiles de sable/gravier du travail prévu. Ils étaient reliés par un cadre en aluminium rapidement démontable avec des poutres coulissantes (pour faciliter le réglage du tirant d'eau) pour le montage d'instruments de mesure (échosondeur, GPS, ordinateur de bord, etc.). Des commodités supplémentaires dans le transport et l'utilisation sont couvertes dans les grandes lignes des cas. disques (deux par flotteur). Les moteurs doubles signifient également des hélices plus petites et plus de fiabilité, tout en pouvant utiliser encore plus de simulation que les moteurs industriels.

18. Un aperçu du salon avec des moteurs et un coffret électrique. Le tube en silicone visible fait partie du système de refroidissement par eau.

19. Pour les premiers essais nautiques, nous avons lesté les coques pour que le catamaran se comporte de manière adéquate aux conditions de travail prévues - mais nous savions déjà que la plate-forme pouvait le supporter !

Dans les versions suivantes, nous avons testé divers systèmes de propulsion, augmentant progressivement leur efficacité et leur puissance - par conséquent, les versions ultérieures de la plate-forme (contrairement au premier catamaran d'il y a de nombreuses années) avec une marge de vitesse sûre font également face au débit de chaque rivière polonaise.

20. Ensemble de base - avec un sonar (pas encore connecté ici). Les deux poutres de montage commandées par l'utilisateur permettent également de dupliquer les dispositifs de mesure et d'augmenter ainsi la fiabilité des mesures elles-mêmes.

21. L'environnement de travail est généralement du gravier avec de l'eau très trouble.

Puisque l'appareil est conçu pour fonctionner de 4 à 8 heures en continu, avec une capacité de 34,8 Ah (ou 70 Ah dans la prochaine version) - une dans chacun des cas. Avec une durée de fonctionnement aussi longue, il est évident que les moteurs triphasés et leurs contrôleurs ont besoin d'être refroidis. Cela se fait à l'aide d'un circuit d'eau de modélisation typique pris derrière les hélices (une pompe à eau supplémentaire s'est avérée inutile). Une autre protection contre une éventuelle défaillance causée par la température à l'intérieur des flotteurs est la lecture télémétrique des paramètres sur le panneau de commande de l'opérateur (c'est-à-dire un émetteur typique des simulations modernes). Régulièrement, en particulier, les régimes moteurs, leur température, la température des régulateurs, la tension des batteries d'alimentation, etc. sont diagnostiqués.

22. Ce n'est pas l'endroit pour les modèles courts élégants !

23. L'étape suivante dans le développement de ce projet a été l'ajout de systèmes de contrôle autonomes. Après avoir tracé un réservoir (sur une carte Google ou manuellement - en fonction du débit autour de l'unité de contour du réservoir mesuré), l'ordinateur recalcule l'itinéraire en fonction des paramètres estimés et après avoir activé le pilote automatique avec un interrupteur, l'opérateur peut confortablement s'asseoir pour observer le fonctionnement de l'appareil avec une boisson gazeuse à la main...

La tâche principale de l'ensemble du complexe est de mesurer et d'enregistrer dans un programme géodésique séparé les résultats des mesures de la profondeur de l'eau, qui sont utilisés ultérieurement pour déterminer la capacité totale interpolée du réservoir (et donc, par exemple, pour vérifier la quantité de gravier sélectionné depuis la dernière mesure). Ces mesures peuvent être réalisées soit par commande manuelle du bateau (identique à un modèle flottant télécommandé classique) soit par actionnement entièrement automatique d'un interrupteur. Ensuite, les lectures actuelles du sonar en termes de profondeur et de vitesse de déplacement, l'état de la mission ou la localisation de l'objet (à partir d'un récepteur GPS RTK extrêmement précis, positionné avec une précision de 5 mm) sont transmises à l'opérateur en continu. base par le dispatcher et l'application de contrôle (elle peut aussi paramétrer la mission prévue) .

Versions d'entraînement de l'examen et du développement

décrit hydrodron Il a passé avec succès un certain nombre de tests dans diverses conditions de travail typiques et est au service de l'utilisateur final depuis plus d'un an, "labourant" minutieusement de nouveaux réservoirs.

Le succès du prototype et l'expérience accumulée ont conduit à la naissance de nouvelles unités encore plus avancées de cette unité. La polyvalence de la plate-forme lui permet d'être utilisée non seulement dans des applications géodésiques, mais aussi, par exemple, dans des projets d'étudiants et de nombreuses autres tâches.

Je crois que grâce à des décisions judicieuses et à la diligence et au talent du chef de projet, il y aura bientôt bateaux gerris, après avoir été convertis en projet commercial, ils entreront en concurrence avec les solutions américaines proposées en Pologne, qui sont plusieurs fois plus chères en termes d'achat et de maintenance.

Si vous êtes intéressé par des détails non couverts ici et les dernières informations sur le développement de cette structure intéressante, veuillez visiter le site Web du projet : GerrisUSV sur Facebook ou traditionnellement : MODElmaniak.PL.

J'encourage tous les lecteurs à rassembler leurs talents pour créer ensemble des projets innovants et gratifiants, peu importe (comme c'est familier !) "Rien ne rapporte ici". Confiance en soi, optimisme et bonne coopération à nous tous !