Submarin dronă - Clasa Metere

Cuprins

Despre proiect

Acest proiect e reprezentat de un tip de vehicul mic capabil să meargă prin apă, controlate printr-o telecomandă sau cu un laptop. Scopul acestuia este de a explora spațiul acvatic, de găsi obiecte pierdute în apă sau pentru divertisment.

O dronă, este un vehicul căruia îi lipsește pilotul uman, fiind ghidat fie de către un pilot automat digital aflat la bordul său, fie prin telecomandă. Un submarin este un vehicul capabil să meargă prin apă la diverse adâncimi și să se ridice la suprafață. Vehiculul acestui proiect este un submarin dronă.

Caracteristici generale

Nume clasă	Metere
Cost unitate	2422.34 RON
Deplasament	La suprafață: 5.9 kg În imersie: 7.8 kg
Lungime	102.5 cm
Lățime	10.0 cm
Pescaj	7.5 cm
Propulsie	1 motor DC cu reductor 50:1 HPCB 6 V 1 elice cu 7 lame pompă-jet
Viteză	5.2 noduri (9.7 km / h)
Autonomie	3.5 ore
Adâncime operațională	0.5 m (1.6 ft) fără cablu 3.0 m (9.6 ft) cu cablu
Adâncime maximă	10.0 m (65.6 ft)
Rază acoperire comunicații	1000 m (3280.8 ft) la suprafață
Sensori și sisteme de procesare	2 plăci de dezvoltare Arduino Nano v3 1 transceiver nRF24L01 1 IMU MPU9250 3 senzori de distanță JSN-SR04T
Alimentare	32 acumulatori AA de 1.6 V, 1500 mAh

Structură

Denumirea clasei vine de la numele celor două materiale principale folosite la construirea corpului interior: metal(oțel în cazul nostru) și polietilenă tereftalată (PET). Principiul de construire constă în combinarea metalului și plasticului astfel încât structura să fie cât mai rezistentă și cât mai ușoară. Oțelul e rezistent, dar greu și oxidabil. Polietilena tereftalată e ușoară, flexibilă, nu ruginește, dar fragilă.

PET-ul este o masă plastică folosită de obicei la fabricarea diverselor ambalaje, care în cele din urmă ajung gunoi și contaminează apa cu microplastic. Totuși aceasta poate fi folosită pentru a proteja câteva circuite de apa rece a mării, iar o structură metalică poate oferi o rezistență deosebită ambalajului de plastic.

Carcasa submarinul este construită din PET și este acoperită cu silicon. Același principiu este aplicat, elicei, cârmelor și hidroplanelor. Siliconul e mult mai rezistent față de cauciuc sau de vopsea și este mult mai ecologic în sensul că nu interacționează cu apa și nu lasă în urmă particule.

Structura este modulară pentru a fi ușor de reparat. Fiecare compartiment este alcătuit din două capace metalice conectate cu 4 colțare așezate în formă de cruce. Fiecare colțar este conectat cu cel de pe celălalt capac cu o placă de oțel zincat de îmbinare. Toată structura compartimentului este acoperită cu o folie de PET îmbinată de structura metalică cu șuruburi, formând un cilindru sau o semi-sferă. Fiecare compartiment se poate deschide în partea de sus. Cele două capace metalice ale compartimentului au 8 găuri pentru îmbinarea cu alte compartimente și încă 2 găuri pentru fire. Compartimentele sunt conectate cu 4 plăci de îmbinare zincate. Ca si sigilant s-a folosit silicon. Acesta e biodegradabil și rezistent la apă.

Compartimente

#	Compartiment	#	Compartiment
1	Pupa	5	Alimentare și circuit central
2	Compartiment servomotoare	6	Control hidroplane față și sistem de orientare
3	Alimentare circuit motoare și servomotoare	7	Provă
4	Compartiment utilitar	8	Corpul de navigare

Circuit electric

Sunt două surse de alimentare: spate și față. Ambele au un voltaj de 6.0 V. Fiecare sursă este formată din 4 socluri conectate în paralel. Fiecare soclu are 4 acumulatori AA conectați în serie de 1.6 V, 1500 mAh.

Cele două plăci Arduino sunt alimentate de sursa din față. Alimentarea pentru plăci poate fi oprită sau pornită dintr-un comutator. Senzorii și modulele auxiliare sunt conectate la sursele de alimentarea al celor două plăci Arduino, la 3.3 V sau 5.0 V în funcție de nevoi. Motoarele sunt conectate la sursa din spate, mai puțin servomotorul din față care e alimentat de sursa din față. Alimentarea motoarelor este controlată printr-un tranzistor pentru fiecare. Tranzistorul primește semnal de la placa Arduino dacă să oprească sau să pornească alimentarea.

Software

Programele pentru plăcile Arduino de pe vehicul și telecomandă au fost scrise în C++ pentru arhitectura ARV, microcontrolere.

Interfața grafică a fost scrisă în limbajul C++ 11 și au fost folosite framework-urile: SFML 2.5.1 și Nlohmann JSON. Aceasta are scopul de a vizualiza datele de la senzorii submarinului și de controla componentele de pe acesta.

Cerințe minime sistem pentru interfață

Procesor DualCore 2.0 GHz,
DDR2 RAM 2G,
Placă video 256MB,
Sistem de operare Linux, Windows sau Mac.

Viitoare îmbunătățiri

Optimizare și îmbunătățire software,
Optimizare consum de energie,
Extindere rază și adâncime acoperire comunicații,
Instalare cameră pe corpul de navigare,
Instalare generator din cupru și aluminiu pentru alimentarea acumulatorilor.

Versiuni

#	Data	Descriere
0.2	20 Octombrie 2019	Compartimentele au fost restructurate și etanșate separat. Carcasa din PET a fost reconstruită și acoperită cu silicon. La fel și aripile. Propulsia cu elice 7 lame a fost înlocuită cu elice cu 7 lame pompă-jet. Servomotoarele MG90S montate anterior au fost înlocuite cu MG996 și s-a adăugat unul pentru planele de scufundare din față. Receptorul infrarosu a fost înlocuit cu un modul transceiver nRF24L01. Bateriile AA de 1.5V au fost înlocuite cu acumulatori AA de 1.6 V, 1500 mAh. S-au adăugat: trei senzori de umiditate pentru detectatarea scurgeriilor, un sistem pe bază de tranzistori bipolari de putere pentru controlul surselor de alimentare al motoarelor, un IMU MPU9250 și 3 senzori ultrasonici de distanță JSN-SR04T.
0.1	1 Ianuarie 2019	Prima versiune.

Unități

În momentul actual proiectul este în faza experimentală și se urmărește dezvoltarea doar unei singure unități.

#	Nume	Versiune	Lansare	Începerea construcției	Dezvoltator	Status
ME-212	Danubius	0.1	16 Aprilie 2019	1 Ianuarie 2019	Bălescu Ovidiu-Gheorghe	În construcție pentru a trece la versiunea 0.2

Teste

Testare versiunea 0.1 - 16 Aprilie 2019

S-a desfășurat pe lacul din Parcul Tineretului, București. S-a deplasat fără probleme la suprafața apei, dar nu a reușit să execute o submersie. Problema era cauzată de planele de scufundare din față, fiind fixate(nu erau conectate la un motor, ci doar lipite). Asta nu a permis să încline submarinul cu botul în jos și să execute o submersie dinamică. Carcasa din PET acoperită cu lac de lemn nu a permis apei să intre, dar în urma unor șocuri mecanice s-a observat că lacul întărit se desprinde de pe plastic. Click aici pentru a vedea filmarea.

Rezultate

Proiect la cursul de Introducere în Robotică, anul universitar 2018 - 2019

Universitatea București	Facultatea de Matematică și Informatică
Profesor coordonator	Dumitriu Andrei
Laborant	Octavia Ivona
Student	Bălescu Ovidiu-Gheorghe
Notă evaluare	10 / 10

Proiect prezentat la Sesiunea de comunicări Științifice Studențești - 2019

Universitatea București	Facultatea de Matematică și Informatică
Profesor coordonator	Dumitriu Andrei
Student	Bălescu Ovidiu-Gheorghe
Loc	II

balescuovidiu / submarine Goto Github PK

submarine's Introduction