Gerris USV - 從零開始的水力無人機！
今天，「在研討會上」是一個規模稍大的項目，即用於水深測量等的無人船。 您可以在 6 年第 2015 期《青年技師》中了解我們的第一艘無線電遙控雙體船。 這次，MODELmaniak 團隊（弗羅茨瓦夫 Kopernik 模型工作室小組的一群經驗豐富的建模師）面臨著友好的挑戰，從頭開始開發用於測量設備的浮動平台，甚至更好地適應礫石條件。 採石場，能夠擴展到獨立版本，給操作員更多的喘息空間。
我從適應開始...
幾年前，當我們被問到引入驅動器和技術的可能性時，我們第一次遇到了類似的問題。 適應牽引式測深無線電控制 （即用於測量水體深度的測量平台）。
1.第一版測量平台，僅適配RC版本
2.第一架水力無人機的驅動器是稍微修改過的水族箱逆變器 - 它們工作得很好，儘管它們肯定不具有“施工阻力”。
建模任務是為使用拉伸吹塑技術（PCBM - 類似於 PET 瓶）製造的預製 PE 浮體設計和製造執行器。 在分析了操作條件和可用選項後，我們選擇了一個相當不尋常的解決方案- 在不干擾水線以下船體的情況下，我們安裝了水族箱逆變器循環器作為驅動器，具有360° 旋轉和提升的附加能力（例如，當撞到障礙物或在運輸過程中）。 該解決方案還得到了單獨的控制和電源系統的支持，即使在其中一個部分（右側或左側）出現故障的情況下，也可以進行控制並將其返回給操作員。 事實證明，這些解決方案非常成功，雙體船至今仍在運作。
3. 在準備我們自己的專案時，我們詳細（通常是親自檢查！）許多類似的解決方案 - 在這個插圖中，德國...
4...這是一個美國人（還有幾十個）。 我們拒絕使用單體船，因為它的通用性較差，並且驅動器突出到底部以下，因為這在操作和運輸中可能存在問題。
然而，缺點是光碟對水污染很敏感。 儘管在緊急游到岸邊後您可以快速清除轉子上的沙子，但在下水並遊近水底時需要小心這方面。 因為它確實涉及測量能力的擴展，而且這段時間也擴展了。 水無人機應用領域 （在河流上）我們的朋友對專門為此目的而設計的平台的新開發版本表現出了興趣。 我們接受了這個挑戰 - 根據我們工作室的教學概況，同時提供在實踐中測試開發的解決方案的機會！
5. 快速折疊的模組化箱子因其多功能性和易於運輸而非常鼓舞人心3（照片：製造商的材料）
Gerris USV – 技術數據：
• 長/寬/高 1200/1000/320 毫米
• 結構：環氧玻璃複合材料，鋁連接框架。
• 排水量：30公斤，含承載量：不小於15公斤
• 驅動：4 個 BLDC 馬達（水冷）
• 電源電壓：9,0 V…12,6 V
• 速度：工作時：1 m/s； 最大：2 m/s
• 一次充電的工作時間：長達 8 小時（使用兩顆 70 Ah 電池）
• 專案網站：https://www.facebook.com/GerrisUSV/
練習繼續－即新項目的假設
我們在開發自己的版本時為自己設定的指導原則如下：
- 雙殼（如第一個選項，保證使用迴聲測深儀獲得精確測量所需的最大穩定性）；
- 冗餘驅動、電源和控制系統；
- 允許安裝車載設備的最小稱重位移。 15公斤；
- 拆卸方便，方便運輸和加裝車輛；
- 即使在組裝後，尺寸也允許用普通客車運輸；
- 為了防止損壞和污染，驅動器在外殼周圍重複安裝；
- 平台通用性（可用於其他應用程式）；
- 更新到獨立版本的可能性。
6. 我們專案的原始版本涉及使用不同技術構建的模組化劃分，但是，這些部分可以像流行的模組一樣輕鬆組裝，並獲得各種使用可能性：從無線電控制救援模型，通過 USV 平台，到電動腳踏船
設計與技術，即從錯誤中學習（或比藝術多三倍）
首先，當然是研究——花了大量時間在網路上搜尋類似的設計、解決方案和技術。 他們給了我們很大的啟發 水力無人機 適用於各種應用，以及用於自組裝的模組化皮划艇和小型客船。 我們是第一批發現該裝置兩體設計價值證據的人之一（但幾乎所有這些裝置的螺旋槳都位於海床下 - 其中大多數設計用於在更清潔的水域中運行）。 模組化解決方案 工業化生產的皮划艇促使我們考慮將模型主體（和車間工作）劃分為較小的元素。 因此，創建了該專案的第一個版本。
7. 感謝 Jakobsche 編輯器，快速創建了後續的 3D 設計選項 - 這是實現長絲列印技術所必需的（前兩個和最後兩個身體部分是自有印表機列印空間限制的結果）。
最初，我們採用了混合技術。 在第一個原型中，船首和船尾部分必須由我們能找到的最堅固的材料製成（丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯 - 簡稱 ASA）。
8. 考慮到模組連接的預期精度和可重複性，中間部分（半米長，最終也是一米）需要適當的設備。
9. 在第一個 ASA 極限列印之前，我們的頂級塑膠技術專家製作了一系列測試模組。
最終，在概念驗證之後，為了更快地實施後續船體，我們也設想使用印模作為蹄子來創建層壓模具。 中間的模組（50 或 100 厘米長）必須用塑料板粘合在一起 - 為此，我們真正的飛行員和塑料技術專家 - Krzysztof Szmit（為“在研討會”的讀者所熟知，包括作為合著者（ MT 10 / 2007）或無線電控制的兩棲錘車（MT 7/2008）。
10. 外部模組的列印被嚴重延遲，因此我們開始創建正面的車身模板 - 這裡是經典的回扣版本。
11. 膠合板護套需要一點膩子和最後的油漆 - 但事實證明，這是很好的保護，以防導航團隊可能出現故障...
新款的3D設計 印刷版，由 Bartłomiej Jakobrze 編輯（他致力於三維電子專案的一系列文章可以在 9/2018-2/2020 的“Młodego Technika”期刊中找到）。 我們很快就開始印表機身體的第一個元素- 但隨後第一步就開始了…準確的列印花費的時間比我們預期的要長得多，而且由於使用了比普通材料堅固得多的材料，導致了代價高昂的缺陷…
12. ...誰使用 XPS 泡棉外殼和 CNC 技術製作了類似的蹄子。
13. 泡沫芯也必須清潔。
隨著驗收日期的臨近，我們決定放棄模組化設計， 用於固體和更廣為人知的層壓技術的 3D 列印 – 我們開始在兩個團隊中並行研究不同類型的正向模式（蹄） 住房：傳統（建築和膠合板）和泡沫（使用大型數控銑床）。 在這場比賽中，由拉法爾·科瓦爾奇克（Rafal Kowalczyk）領導的“新技術團隊”（順便說一句，他是一位參加過國家和世界無線電控制模型設計競賽的多媒體選手- 包括所描述的「在車間」的合著者） 6/2018）獲得了優勢。
14. ...適合製作負矩陣...
15. ...第一張玻璃環氧樹脂浮體印刷品很快就在這裡製作出來。 使用了一層凝膠塗層，在水面上清晰可見（因為我們已經放棄了模組，所以沒有理由幹擾雙色裝飾的工作）。
因此，研討會的進一步工作遵循拉法爾的第三條設計路徑：從創建正面形式開始，然後是負面形式- 通過環氧玻璃箱的印刷品- 到現成的USV 平台（）：首先是一個裝備齊全的原型，然後是第一個系列的後續、甚至更高級的副本。 身體的形狀和細節都適應了這項技術——很快，該項目的第三個版本就從其領導者那裡得到了一個獨特的名字。
16. 這個教育計畫的假設是使用公開的模擬設備 - 但這並不意味著我們立即對每個元素有了想法 - 相反，今天很難計算嘗試了多少種配置 - 以及設計改進並沒有就此結束。
17. 這些是使用的較小電池 - 它們允許平台在工作負載下運行四個小時。 還可以選擇將容量加倍 - 幸運的是，服務艙口和更大的浮力允許很多。
Gerris USV 是一個活潑、勤奮的孩子（而且有自己的想法！）
傑瑞斯 這是馬的拉丁語通用名稱——可能是眾所周知的昆蟲，可能用寬闊的四肢在水中奔跑。
目標水無人機機身 由多層玻璃環氧層壓板製成 - 足夠耐用，適合預期工作的惡劣、沙子和礫石條件。 它們透過快速拆卸的鋁製框架連接，鋁製框架帶有滑動（以便於吃水設置）梁，用於連接測量儀器（迴聲測深儀、GPS、車載電腦等）。 運送和使用方面的額外便利在於箱子的輪廓。 驅動器 （每個浮動兩個）。 雙馬達也意味著更小的螺旋槳和更高的可靠性，同時仍允許比工業馬達更多的模擬。
18. 看一下有引擎和電氣設備箱的內部。 可見的矽膠管是水冷系統的一部分。
19. 對於第一次水上測試，我們使船體更重，以便雙體船能夠充分適應預期操作的條件 - 但我們已經知道平台可以處理它！
在後續版本中，我們測試了各種推進系統，逐漸提高其效率和功率- 因此該平台的後續版本（與多年前的第一艘雙體船不同）也能以安全的速度應對每條波蘭河流的水流。
20. 基本套件 - 附有一個（此處尚未連接）聲納。 兩個用戶提供的安裝梁還允許重複測量設備，從而提高測量本身的可靠性。
21. 工作環境通常是礫石，水很混濁。
由於裝置設計為連續運作 4 至 8 小時，容量為 34,8 Ah（或下一版本中的 70 Ah）——每棟建築物都有一個。 由於運行時間如此長，三相馬達及其控制器顯然需要冷卻。 這是透過使用螺旋槳後面的典型模擬水迴路來完成的（事實證明不需要額外的水泵）。 針對浮體內部溫度引起的可能故障的另一種保護措施是對操作員控制面板（即現代模擬典型的發射器）上的參數進行遙測讀取。 特別是，持續診斷引擎轉速、引擎溫度、調節器溫度、供電電池電壓等。
22. 這裡不適合時尚的短款式！
23. 本計畫發展的下一步是增加自主控制系統。 追蹤水庫後（使用谷歌地圖或手動 - 繞著被測水庫的輪廓單元流動），計算機根據預期參數重新計算路線，一鍵打開自動駕駛儀後，操作員可以舒適地坐著，手裡拿著軟飲料觀看設備的運作...
整個綜合體的主要任務是測量水深測量結果並將其儲存在單獨的大地測量程序中，這些結果隨後用於確定插值的總水庫容量（例如，檢查自最後一次測量）。 這些測量可以透過手動操作船隻（與傳統的遙控浮動模型相同）或透過全自動操作開關來進行。 然後，調度員和控制應用程式（它還可以設定計劃任務的參數）。
考試和開發的練習版本
描述 水力無人機 它成功通過了各種典型工況下的多項測試，並已成功服務最終用戶一年多，苦心「犁」新水庫。
原型的成功和累積的經驗導致了該裝置新的、甚至更先進的組件的誕生。 該平台的多功能性使其不僅可以用於大地測量應用，還可以用於學生專案和許多其他任務。
我相信，憑藉良好的決策以及專案經理的勤奮和才華，很快就會有 格里斯船轉換為商業項目後，它們將為波蘭提供的美國解決方案帶來顯著的競爭，而美國的解決方案在購買和維護方面要貴得多倍。
如果您對此處未描述的細節以及有關此有趣結構的開發的最新資訊感興趣，請訪問專案網站：Facebook 上的 GerrisUSV 或傳統上：MODElmaniak.PL。
我鼓勵所有讀者集中自己的才能，共同創造創新且有用的項目——無論（多麼熟悉！）「這裡一文不值」。 相信自己，樂觀並與我們大家合作良好！
