海洋有着丰富的资源,包括生物、植物、财富等待着我们去发现。然而同样也充满着风险。是我们自己下海,亦或是派个机器人替我们去。在下面,我们有一个小型水下机器人的设计。
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步骤1、理论设计
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首先, ROV是什么?
ROV是遥控水下机器人。因此,在其最基本的意义上,它是一个潜艇。这里是主要的设计概念和挑战是我需要建立一个最小化系统的ROV:
推进装置
为了正确地导航深海ROV,我们需要一些手段。大多数电子产品不玩水里的环境因为存在着很多困难。为了尽量减少电机和元件的数量,我选择用三个电机的设置:双平行马达在后方的差动转向,和一个位于中心位置的电机进行垂直调整。电机需要防水,需要有搪瓷涂层的线圈绕组与环氧树脂粘合接头。选择合适的电机是很重要的,如果你有兴趣的话可以学习更多。
浮力系统
理想情况下,ROV的浮力比较平均从而可以使用最小推力移动。有三个主要的管道,其中包含空气,通过2块不锈钢的镇流器增加浮力和重量。这个版本适合在淡水中使用,所以进一步的镇流器是必要的适应盐水环境。
反馈系统
如果在一个相对清澈的水池试验,可以使用视觉反馈来正确驾驶ROV。作为一个简单的解决方案,我选择了一个小的复合视频摄像头,提供足够的分辨率,进行转向监控和水下检查。
控制系统
ROV使用一些基本的手持控制器进行操作。该控制器有一个操纵杆、按钮和液晶显示器,用于查看摄像机的图像。ROV有它自己的电源,通过一个长的系绳进行供电,随着距离的增长,需要更多的电力来移动,这就需要更大,更重的电线等。该控制器通过串口与Edison评估板沟通。
结构设计
ROV使用聚甲醛树脂,ABS和聚碳酸酯管。并且要容易激光切割,重量轻,耐用。同时它应该能够承受颠簸和磨损。聚碳酸酯管通过三维打印。还需要注意消除阻力,保持对称性平衡,并保持一个最小的零部件数量。
步骤2、零部件和材料
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英特尔Edison主板
螺旋桨(一个逆时针方向)
无刷电机
30A 电源整流器
操纵杆
白光LED
NTSC制式的摄像机
液晶显示
音频/视频传输器
CAT-5E电缆
11.4V锂电池
7.4V锂电池
街机按钮
1.5 x 12”不锈钢
纤维丝
硅胶线
塑胶片
聚碳酸酯管
螺丝
尼龙锁紧螺母
步骤3、控制电子接口
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概述
该控制器是一个手持组件,该组件提供了一个接口,用于主控。控制器可以控制器电源开关,状态按钮,推力方向操纵杆,潜水按钮,和表面按钮。船上的Edison板子读取按钮和操纵杆的状态和发送串口命令,可以长距离传输。视频信号的运行完全独立于Edison系统。
功率
一个单一的7.4V锂电池提供电源控制器。因为对应的充电器比较多。7.4V(通过电源开关)到评估板的电源引脚,然后给5V液晶显示屏和操纵杆供电。
步骤4、控制器安装
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控制器组件本身比较简单,由一个简单的塑胶盒和八个螺钉沿边缘固定。一个单板的液晶显示器。其余的控制面板安装组件,通过顶部弹出和固定。在内部,电池通过尼龙搭扣连接。
步骤5、阀门的安装
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系绳阀芯允许ROV自由拉动自己。它的中心有一个滑环允许连续的提出和便于收放的齿轮。系绳本身是CAT 5E网线。该阀芯组件由激光切割铺设的木材组成,用少量的螺母和螺栓紧固。
步骤6、ROV的电子接口
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电源
ROV动力是由一个锂聚合物电池供电。
照明
两个3W白光LED提供相机的照明。任何水可能相当暗,这些使观察困难。所以需要有辅助光源。
相机
相机是独立的部件并且需要5V电源。复合视频输入直接连接到一个连接器输入。
Edison
ROV的Edison评估板会等待来自控制板的通信控制字符,通过串口通信。两个引脚控制LED驱动,三个PWM引脚连接到信号引脚。Edison输入11.1V输出 5V,驱动LED和摄像机。
步骤7、主体安装
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主体由四个独立的塑胶板栓在一起。两个螺丝紧固两侧板。每一个边板可以调整镇流器或附加的组件。相当灵活的。
步骤8、主体管安装
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主体管包括大部分的ROV电气元件:
Edison主板
11.1V锂电池
动力总线接线端子
电机
发光二极管
驱动板
发光散热片
接收机
主管有一个位于中心的板,该板为大多数电子产品提供螺钉安装点。电池在板的中部被一个空的机械固定。一旦所有的安装完成,该板可以滑动拆卸,并与插槽的三维打印头帽固定。
步骤9、左舷和右舷发动机管
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左舷和右舷的推进器管相对简单。每侧管空间有两个端盖,安装盖主体有两个适配器,电机马达,和一个管保护螺旋桨损坏。我们需要添加电机,电池和电源总线连接器保护。对于每一个管道,我们都需要:
电气:
连接器
电线
30A 整流器
热收缩管
硅胶
机械:
马达板
马达罩
管接头
步骤10、垂直推进器和系绳组件
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立式电机装配类似于侧管,它直接安装到主体中心。一旦电机被固定,电机导管可以拧上,并通过主管道的线索可以拉伸。插入主管孔可系绳。
步骤11、软件
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机器有两个独立的系统运行。一个是”ROV控制器”,另一个是 “ROV接收机“。
步骤12、入水准备
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ROV入水之前,检查是很重要的。检查良好的密封,所有需要润滑的部件。后方的电机是否拧紧牢固。然后检查主管电源连接。一旦电池被连接,发光二极管就应该立即亮起来,因为它们需要一个信号来主动关闭。当收到一个控制信号,将有一个稳定的哔哔声。一旦Edison启动后会立即发送适当的PWM脉冲,这证实了他们正在接受信号并做出相应的反应。如果一切都是正确的,从摄像机的视频也应该是立即可见的。