بناء قارب ذاتي القيادة (ArduPilot Rover): 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

مشاريع فيوجن 360 »

أنت تعرف ما هو رائع؟ المركبات ذاتية القيادة بدون طيار. إنها رائعة جدًا في الواقع لدرجة أننا (أنا وزملائي في الجامعة) بدأنا في بناء واحدة بأنفسنا في عام 2018. ولهذا السبب أيضًا شرعت هذا العام لإنهائه أخيرًا في وقت فراغي.

في Instructable ، أريد أن أشارك هذا المشروع معك وأن أجعلك تبني سيارتك ذاتية القيادة. لقد صنعت أيضًا مقطع فيديو صغيرًا على YouTube يخدش سطح المشروع ويمنحك ملخصًا سريعًا لجميع الحوادث المؤسفة على طول الطريق. هذا Instructable هو الدليل المرتبط الذي يشرح كيفية عمل هذا الشيء بالفعل.

لمن هذا Instructable وكيف يقرأه

هذا Instructable له في الواقع غرضان. أولاً وقبل كل شيء ، أريد أن أشارككم ما قمت ببنائه وتعلمته وإثارة اهتمامكم ببناء مركبات ذاتية القيادة. الغرض الثانوي هو توثيق المشروع ومعظم تفاصيله حتى تعرف المجموعة الطلابية التالية في جامعتي القديمة ، التي تلتقط المشروع ما الأمر.

إذا كنت هنا من أجل المتعة فقط ، فيمكنك تجاهل التفاصيل مثل قوائم المعلمات ومخططات الأسلاك الدقيقة. سأحاول إبقاء الخطوات عامة جدًا في البداية ، بحيث يمكن تطبيقها على أي قارب ArduPilot RC ووضع التفاصيل في النهاية.

تم الانتهاء من المشروع في جزأين ويتبع Instructable نفس الهيكل. سأشير إلى الجزء الأول باسم "العضلات" لأنه يشمل جميع إلكترونيات الطاقة وهيكل القوارب. ثم سأذهب إلى "الدماغ" وهو صندوق صغير أعلى القارب ، والذي يحتوي على وحدة التحكم الرئيسية وجميع عناصر جهاز الإرسال.

أصول Kenterprise

حسنًا ، إليك الخلفية الدرامية لهذا المشروع ، إذا لم تكن قد سمعته في الفيديو بالفعل. بدأ هذا المشروع في 2018 عندما كنت لا أزال في الجامعة. كنا في نهاية الفصل الدراسي الرابع متجهين نحو الخامس. في جامعتنا ، عليك القيام بمشروع جماعي لمدة 6 أشهر تقريبًا. يمكنك إما الاختيار من قائمة المشاريع المعدة (فرصة جيدة للحصول على درجة جيدة) أو بدء مشروعك الخاص (لم يقم أحد بذلك من قبل على حد علمي). تحصل أيضًا على 12 نقطة ائتمان لهذا المشروع ، مما يجعله يستحق نفس قيمة أطروحة البكالوريوس. بهذه الطريقة يمكن للفشل أن يحدث فرقًا في درجتك الإجمالية.

بالطبع قررت أن أبدأ مشروعًا من الصفر ووجدت 4 أرواح فقيرة ليتبعوني في هذه الرحلة إلى حريق قمامة لمشروع جماعي. لقد بدأنا مع الحد الأدنى المطلوب لحجم الفريق وهو 5 أشخاص لكن 2 منا غادروا لاحقًا. لقد حصلنا أيضًا على 1500 يورو ، ولكن لم يُسمح لنا بإنفاقها على أي من متاجر الويب الصينية الجميلة التي تحتوي دائمًا على أحدث وأفضل الأجهزة الإلكترونية. بدلاً من ذلك ، كنا ملزمين بموردي الإلكترونيات الألمان القدامى الجيدين. المفسد: من المستحيل الحصول على مكونات القوارب ذاتية القيادة بهذه الطريقة.

الفكرة الأصلية

عندما فكرنا في فكرة للمشروع ، فكرنا في القيام بشيء يتعلق بالطائرات بدون طيار لأن الطائرات بدون طيار هي أروع شيء على الإطلاق. ومع ذلك ، فإن الطائرات بدون طيار العادية هي بالفعل شيء وأردنا بناء شيء أكثر حداثة. لذلك قررنا بناء قارب بدون طيار. حصلنا على هذه الفكرة بسبب وجود بحيرة قريبة.

تغطي البحيرة مساحة 12 كيلومتر مربع ويبلغ عمقها في الغالب 1.5 متر فقط. هذا يعني أنه يسخن في شهر الصيف ، بينما يوجد أيضًا كمية أقل من الماء فيه. أنت تعرف ما هو شكل الحياة الذي يحب المياه الدافئة: البكتيريا الزرقاء ، والتي يشار إليها أيضًا باسم الطحالب الزرقاء في ألمانيا. في ظل الظروف المناسبة ، يمكن أن تتكاثر هذه الأشياء في أي وقت من الأوقات وتغطي مساحات كبيرة بينما تنتج السموم التي يمكن أن تضر بالإنسان والحيوان على حد سواء. كان الغرض من القارب هو تنظيف سطح البحيرة بانتظام وقياس تركيز الطحالب. بعد ذلك ، يمكن طباعة البيانات التي تم جمعها إلى خريطة حرارة لفهم الظروف التي تبدأ فيها الطحالب في الظهور وأيضًا لإصدار تحذيرات في الوقت الفعلي للسكان المحليين والسياح.

مفسد آخر: لم نتمكن أبدًا من بناء مجموعة قياس للطحالب الزرقاء وتركيبها على قارب ، لأن مثل هذه التجميعات باهظة الثمن وعادة ما يتم وضعها في رف 1 م × 1 م × 2 م على متن سفينة ، وهو حجم غير عملي بطول 1 م قارب. ينصب التركيز الجديد على إنشاء خرائط عميقة تلقائيًا وبتكلفة زهيدة خارج البحيرة لتمكين عالم الأحياء المحلي من رؤية كيف يتغير قاع البحيرة بمرور الوقت. في الوقت الحالي ، يعد المسح الضوئي مكلفًا للغاية بسبب العمل اليدوي الضروري.

دوامة لأسفل

العودة إلى القصة. في الشهرين الأولين من جمع المعلومات الأساسية والتخطيط ، درسنا ما يحتاجه مثل هذا القارب: بدن ، قطار كهربائي ، قدرات ذاتية القيادة ، إمكانية التحكم في الإنترنت ،…. كان ذلك عندما قررت أنه يجب علينا بناء كل شيء تقريبًا بأنفسنا مع التركيز على القيادة الذاتية. كانت هذه فكرة سيئة ، فكرة كان محكومًا عليها بالفشل إلى حد كبير وتخمين ماذا فعلت؟ بالضبط ، بعد 6 أشهر ، قضينا وقتنا وعرقنا في قارب RC ضخم ، Kenterprise (رسم بياني في الصورة 4). في الطريق كنا نكافح من خلال الأموال المحدودة ، وعدم توفر الإلكترونيات وإدارة الفريق السيئة ، والتي أتحمل معظم المسؤولية عنها.

لذا كانت هناك ، Kenterprise ، مركبة قياس مستقلة لم تكن مستقلة ولا تقيس أي شيء. ليس هناك الكثير من النجاح كما ترون. لقد تم استجوابنا خلال عرضنا النهائي. لحسن الحظ ، يعترف أستاذنا بعملنا الذي تم الاستماع إليه ولا يزال يعطينا درجة جيدة ، أسوأ من أي مجموعة مشروع أخرى في السنوات القليلة الماضية ولكن لا بأس.

ترقية 2020

سأفكر في وصف هذا المشروع الطلابي بأنه حريق قمامة مطلق ، ولكن كما يقول المثل القديم: "ندوب حريق القمامة تجعلك أقوى". ساعدتني هذه التجربة حقًا في توسيع نطاق أهدافي بشكل مناسب والحفاظ على تركيزي في جميع مشاريعي التالية. ما زلت أحب فكرة وجود مركبة بدون طيار يمكن أن تساعد علماء الأحياء في إجراء مسوحات البحيرة والجاذبية العامة لبناء قارب ذاتي القيادة. لهذا السبب الآن ، بعد عام واحد ، أردت الانتهاء منه باستخدام معرفتي المكتسبة حديثًا عن الطائرات بدون طيار FPV ، ومشروع مفتوح المصدر الجميل ArduPilot وقوة مواقع الإلكترونيات الرخيصة.

لم يكن الهدف تحويله إلى قارب قياس كامل ، ولكن تشغيل جميع الأنظمة وتشغيلها وتثبيت طيار آلي. لا يجب أن تكون مثالية. أردت فقط أن أرى هذا القارب يقود نفسه كدليل على المفهوم.

سأقوم بعد ذلك بتمرير القارب العامل المستقل إلى الجامعة للمشاريع المستقبلية مثل رسم خرائط لقاع البحر. بالمناسبة ، لم أكن وحدي. ساعدني صديقي عمار ، الذي كان أيضًا في مجموعة المشروع في عام 2018 ، في اختبار القارب.

بدون مزيد من اللغط ، دعنا ندخل إليه

الخطوة 1: العضلات: البدن

البدن هو الجزء الأكبر من القارب. ليس فقط بسبب أبعادها الضخمة (100 سم * 80 سم) ولكن أيضًا لأن الأمر استغرق الكثير من الوقت لبناء هذا الهيكل المخصص. إذا كنت سأفعل ذلك مرة أخرى ، فسأذهب بالتأكيد لأجزاء الرف. للأسف ، لم يكن هناك قارب RC خارج الرفوف في البطاقات بالنسبة لنا ، لأن هذه القوارب لديها سعة حمولة محدودة للغاية. قد يكون شيء مثل لوح الجسم أو لوح التزلج أو بضع أنابيب PVC من متجر الأجهزة حلاً أبسط بكثير لا يمكنني إلا أن أوصي به.

على أي حال ، بدأ بدننا بنموذج ثلاثي الأبعاد في Fusion 360. لقد صنعت نموذجًا مفصلًا للغاية وذهبت عبر العديد من التكرارات قبل أن نبدأ بالفعل في بنائه. لقد حرصت على إعطاء كل مكون في النموذج الأوزان المناسبة وحتى تصميم التصميم الداخلي. سمح لي هذا بمعرفة الوزن التقريبي للقارب قبل بنائه. لقد أجريت أيضًا بعض عمليات معايرة الطفو عن طريق إدخال "خط ماء" ، وقطع المركبة به وحساب الحجم الذي كان تحت الماء. القارب عبارة عن طوف لأن هذا النوع من المركبات يعد باستقرار أعلى ، ثم قارب بهيكل واحد.

بعد الكثير من ساعات النمذجة ، بدأنا في إعادة الحياة إلى القارب عن طريق قطع الشكل الأساسي لهيكلتين من ألواح البوليسترين. ثم تم قطعها لتشكيلها ، وتم ملء الثقوب وقمنا بالكثير من الصنفرة. الجسر الذي يربط بين الهيكل هو مجرد صندوق خشبي كبير.

غطينا كل شيء بثلاث طبقات من الألياف الزجاجية. استغرقت هذه الخطوة حوالي 3 أسابيع وتضمنت أيامًا من الصنفرة اليدوية للحصول على سطح أملس بشكل لائق (0/10 لا يوصي). بعد ذلك قمنا بطلائها باللون الأصفر الجميل وأضفنا اسم "Kenterprise". الاسم عبارة عن مزيج من الكلمة الألمانية "kentern" التي تُترجم إلى الغرق وسفينة الفضاء Star Trek "USS Enterprise". اعتقدنا جميعًا أن هذا الاسم مناسب تمامًا للوحشية التي أنشأناها.

الخطوة الثانية: العضلات: نظام الدفع

يتميز القارب بدون محركات أو أشرعة بخصائص قيادة قطعة من الأخشاب الطافية. لذلك احتجنا إلى إضافة نظام دفع إلى الهيكل الفارغ.

أود أن أعطيك جناحًا آخر: المحركات التي نختارها قوية جدًا. سأصف الحل الحالي وأوجه القصور فيه وأقترح أيضًا نظام دفع بديل.

الحل الحالي

لم نكن نعرف حقًا مقدار الدفع الذي يحتاجه القارب ، لذلك حصلنا على اثنين من محركات قوارب السباق هذه. كل واحد من هؤلاء مصمم لتشغيل قارب سباق RC بطول متر واحد ويمكن لوحدة التحكم في السرعة الإلكترونية المقابلة (ESC) توفير 90 أمبير بشكل مستمر (سيؤدي هذا الاستهلاك إلى استنزاف بطارية سيارة كبيرة في غضون ساعة).

كما أنها تتطلب تبريد المياه. عادة ما تقوم ببساطة بتوصيل ESC والمحرك ببعض الأنابيب ، ووضع المدخل في مقدمة القارب ووضع المخرج أمام المروحة. بهذه الطريقة تسحب المروحة مياه البحيرة من خلال نظام التبريد. ومع ذلك ، فإن البحيرة المعنية ليست نظيفة دائمًا وقد يسد هذا الحل نظام التبريد ويسبب عطلًا في المحرك أثناء التواجد في البحيرة. لهذا السبب قررنا البحث عن حلقة تبريد داخلية تضخ الماء من خلال مبادل حراري أعلى الهيكل (الصورة 3).

في الوقت الحالي ، يحتوي القارب على زجاجتي مياه كخزانات ولا يوجد مبادل حراري. تعمل الخزانات ببساطة على زيادة الكتلة الحرارية بحيث تستغرق المحركات وقتًا أطول لتسخين.

يتم توصيل عمود المحرك بالدعامة من خلال مفصلتين عالميتين ، المحور وأنبوب المؤخرة ، والذي يهدف إلى إبقاء الماء بعيدًا. يمكنك رؤية منظر جانبي لهذا التجميع في الصورة الثانية. يتم تثبيت المحرك بزاوية مع حامل مطبوع ثلاثي الأبعاد ويتم أيضًا طباعة الدعائم (لأنني كسرت الأقدم). لقد فوجئت جدًا عندما علمت أن هذه الدعائم يمكنها تحمل قوى المحركات. لدعم قوتهم ، صنعت الشفرات بسمك 2 مم وقمت بطباعتها بحشو 100٪. يعد تصميم الدعائم وطباعتها فرصة رائعة لتجربة أنواع مختلفة من الدعائم والعثور على أكثرها كفاءة. أرفقت النماذج ثلاثية الأبعاد لأدوات الدعائم الخاصة بي.

بديل محتمل

أظهر الاختبار أن القارب يحتاج فقط 10-20٪ من نطاق دواسة الوقود للتحرك ببطء (بسرعة 1 متر / ثانية). يؤدي الانتقال مباشرة إلى الخانق بنسبة 100٪ إلى ارتفاع تيار هائل يؤدي إلى تعطيل القارب بالكامل تمامًا. كما أن متطلبات نظام التبريد أمر مزعج للغاية.

يمكن أن يسمى الحل الأفضل الدافعات. الدافع لديه المحرك المتصل مباشرة بالمروحة. يتم بعد ذلك غمر المجموعة بأكملها وبالتالي تبريدها. هنا رابط إلى دافع صغير مع ESC المقابل. يمكن أن يوفر هذا الحد الأقصى للتيار 30 أمبير ، والذي يبدو وكأنه حجم أكثر ملاءمة. من المحتمل أن تخلق طريقة ارتفاعات تيار أصغر ولا يلزم تقييد الخانق كثيرًا.

الخطوة الثالثة: العضلات: التوجيه

الدفع رائع ، لكن القارب يحتاج أيضًا إلى الدوران. هناك طرق متعددة لتحقيق ذلك. الحلان الأكثر شيوعًا هما الدفات والدفع التفاضلي.

بدت الدفات وكأنها حل واضح لذلك ذهبنا من أجله. لقد صممت مجموعة الدفة في Fusion وطبعت 3D الدفات والمفصلات وحامل المؤازرة. بالنسبة إلى الماكينات ، نختار اثنين من الماكينات الكبيرة سعة 25 كجم للتأكد من أن الدفات الكبيرة نسبيًا كانت قادرة على تحمل سحب الماء. ثم تم وضع المؤازرة داخل الهيكل وتوصيلها بالدفة من الخارج من خلال ثقب باستخدام أسلاك رفيعة. أرفقت مقطع فيديو للدفة وهي تعمل. إنه لمن دواعي سرورنا مشاهدة حركة التجميع الميكانيكي هذه.

على الرغم من أن الدفات كانت تبدو رائعة ، إلا أن أول اختبار للقيادة أظهر أن نصف قطر الدوران معها يبلغ حوالي 10 أمتار وهو أمر مروع للغاية. علاوة على ذلك ، تميل الدفات إلى الانفصال عن الماكينات ، مما يجعل القارب غير قادر على التوجيه. نقطة الضعف الأخيرة هي ثقب تلك الأسلاك. كانت هذه الحفرة قريبة جدًا من الماء ، مما أدى إلى غمرها في الاتجاه المعاكس ، وبالتالي إغراق الجزء الداخلي من الهيكل.

بدلاً من محاولة إصلاح هذه المشكلات ، قمت بإزالة الدفات معًا ، وأغلقت الثقوب وذهبت لحل الدفع التفاضلي. مع الدفع التفاضلي ، يدور المحركان في الاتجاه المعاكس لجعل السيارة تدور. نظرًا لأن القارب عريض تقريبًا بقدر ما هو قصير ويتم وضع المحركات بعيدًا عن المركز ، فإن هذا يسمح بالدوران على الفور. لا يتطلب الأمر سوى القليل من أعمال التكوين (برمجة ESC ووحدة التحكم الرئيسية). ضع في اعتبارك أن القارب الذي يستخدم الدفع التفاضلي سينتقل في دوائر إذا فشل أحد المحركات. ربما واجهت ذلك مرة أو مرتين بسبب مشكلة الارتفاع الحالية الموضحة في الخطوة السابقة.

الخطوة 4: العضلات: البطارية

بالنسبة لي ، يبدو أن مكونات RC ، مثل تلك المستخدمة في هذا القارب ، يمكن تشغيلها بأي شيء تقريبًا ، بدءًا من بطارية ساعة وصولاً إلى محطة طاقة نووية. من الواضح أن هذا نوع من المبالغة ولكن لديهم نطاق جهد واسع إلى حد ما. هذا النطاق غير مكتوب في مغلفات البيانات ، على الأقل ليس بالفولت. إنه مخفي في تصنيف S. يصف هذا التصنيف عدد خلايا البطارية المتسلسلة التي يمكنها التعامل معها. في معظم الحالات يشير إلى خلايا ليثيوم بوليمر (LiPo). تلك التي لديها جهد 4.2 فولت عند الشحن الكامل والجهد حوالي 3 فولت عندما تكون فارغة.

تدعي محركات القوارب أنها قادرة على التعامل مع 2s إلى 6s والتي تترجم إلى نطاق جهد من 6 فولت وصولاً إلى 25.2 فولت. على الرغم من أنني لا أثق دائمًا في الحد الأعلى ، حيث من المعروف أن بعض الشركات المصنعة تضع مكونات على لوحاتها يمكنها فقط تحمل الفولتية المنخفضة.

هذا يعني أن هناك مجموعة متنوعة من البطاريات القابلة للاستخدام طالما يمكنها توصيل التيار المطلوب. وقد مررت في الواقع ببطاريتين مختلفتين قبل بناء واحدة مناسبة. فيما يلي ملخص سريع لعمليات التكرار الثلاثة للبطارية التي مر بها القارب (حتى الآن).

1. حزمة بطارية LiPo

عندما خططنا للقارب لم يكن لدينا أي دليل على مقدار الطاقة التي سيستهلكها. بالنسبة للبطارية الأولى ، اخترنا بناء حزمة من خلايا ليثيوم أيون المعروفة 18650. قمنا بلحامهم في حزمة 4S 10P باستخدام شرائح النيكل. هذه الحزمة لديها نطاق جهد كهربائي من 12 فولت إلى 16.8 فولت. تحتوي كل خلية على 2200 مللي أمبير في الساعة ويتم تصنيفها بمعدل تفريغ أقصى قدره 2 درجة مئوية (ضعيف جدًا) لذلك 2 * 2200 مللي أمبير. نظرًا لوجود 10 خلايا على التوازي ، يمكن أن توفر تيارات ذروة تبلغ 44 أمبير فقط ولديها قدرة 22 أمبير. قمنا أيضًا بتجهيز الحزمة بلوحة إدارة البطارية (المزيد عن BMS لاحقًا) التي تهتم بموازنة الشحن وتحد من التيار إلى 20 أمبير.

عند اختبار القارب ، اتضح أن 20 أمبير من الحد الأقصى للتيار أقل بكثير مما تستهلكه المحركات وأن نظام إدارة المباني كان يقطع الطاقة باستمرار إذا لم نكن حذرين في استخدام عصا الهرولة. لهذا السبب قررت أن أقوم بتوصيل BMS وتوصيل البطارية مباشرة بالمحركات للحصول على 44 أمبير كاملة. فكرة سيئة!!! بينما تمكنت البطاريات من توفير طاقة أكبر قليلاً ، فإن شرائط النيكل التي تربط الخلايا لا تستطيع التعامل معها. ذابت إحدى الوصلات وتسبب في إنتاج الدخان من الداخل الخشبي للقارب.

نعم ، هذه البطارية لم تكن مناسبة حقًا.

2. بطارية السيارة

لإثبات المفهوم لعام 2020 ، قررت استخدام بطارية أكبر. ومع ذلك ، لم أرغب في إنفاق أي أموال إضافية ، لذلك استخدمت بطارية سيارة قديمة. لا يُقصد من بطاريات السيارات تفريغها وإعادة شحنها بالكامل ، بل يجب دائمًا الاحتفاظ بها عند الشحن الكامل واستخدامها فقط في حالة انفجار التيار القصير لبدء تشغيل المحرك. هذا هو السبب في أنها تسمى بطاريات بداية. إن استخدامها كبطارية لمركبة RC يقلل بشكل كبير من عمرها الافتراضي. هناك نوع آخر من بطاريات الرصاص التي غالبًا ما يكون لها نفس عامل الشكل وهي مصممة خصيصًا ليتم تفريغها وإعادة شحنها عدة مرات تسمى بطارية Deep Cycle.

كنت أدرك جيدًا أوجه القصور في بطاريتي ، لكنني أردت اختبار القارب بسرعة وكانت البطارية قديمة على أي حال. حسنًا ، لقد نجت من 3 دورات. الآن ينخفض الجهد من 12 فولت إلى 5 فولت عندما أضغط على دواسة الوقود.

3. حزمة بطارية LiFePo4

"المرة الثالثة سحر" ما يقولون. نظرًا لأنني ما زلت لا أرغب في إنفاق أموالي الخاصة ، فقد طلبت المساعدة من جامعتي. من المؤكد أن لديهم بطارية أحلامي طوال الوقت. تشارك Uni لدينا في مسابقة "Formula Student Electic" وبالتالي فهي تمتلك سيارة سباق كهربائية. تحول فريق السباق سابقًا من خلايا LiFePo4 إلى 18650 خلية LiPo لأنها أخف وزنًا. لذلك لديهم مجموعة من خلايا LiFePo4 المستخدمة المتعددة التي لم يعدوا بحاجة إليها.

تختلف هذه الخلايا عن خلايا LiPo أو LiIon في نطاق جهدها. الجهد الاسمي 3.2 فولت ويتراوح من 2.5 فولت إلى 3.65 فولت. لقد جمعت 3 من تلك الخلايا 60Ah في حزمة 3S. يمكن أن توفر هذه الحزمة التيارات القصوى من 3C ويعرف أيضًا باسم. 180 أمبير وبجهد أقصى يبلغ 11 فولت فقط. قررت أن أختار جهدًا أقل للنظام لتقليل تيار المحرك. سمحت لي هذه الحزمة أخيرًا بقيادة القارب لأكثر من 5 دقائق واختبار قدرات القيادة الذاتية.

كلمة عن شحن البطارية والأمان

البطاريات تركز الطاقة. يمكن أن تتحول الطاقة إلى حرارة ، وإذا اتخذت هذه الحرارة شكل حريق بالبطارية ، فلديك مشكلة في يدك. لهذا السبب يجب أن تعامل البطاريات بالاحترام الذي تستحقه وأن تزودها بالإلكترونيات المناسبة.

خلايا البطارية لديها 3 طرق للموت.

1. تفريغها إلى أقل من الحد الأدنى لتصنيف الجهد (الموت البارد)
2. شحنها فوق الحد الأقصى لجهدها المقنن (قد يتسبب في حدوث تورم وحريق وانفجارات)
3. رسم الكثير من الوقت الحالي أو البيع على المكشوف (لذلك عليّ حقًا أن أوضح لماذا قد يكون هذا سيئًا)

يمنع نظام إدارة البطارية كل هذه الأشياء ، ولهذا يجب عليك استخدامها.

الخطوة 5: العضلات: الأسلاك

يتم عرض الأسلاك الخاصة بالجزء العضلي في الصورة الأولى. في الجزء السفلي ، لدينا البطارية التي يجب دمجها مع فتيل مناسب (لا يوجد حاليًا أي فتيل). أضفت جهتي اتصال خارجيتين لتوصيل الشاحن. سيكون من الجيد استبدالها بموصل XT60 مناسب.

ثم لدينا مفتاح بطارية كبير ، يربط باقي النظام بالبطارية. يحتوي هذا المفتاح على مفتاح فعلي واسمحوا لي أن أخبركم ، إنه لمن دواعي سروري أن تديره وترى القارب ينبض بالحياة.

يتم توصيل الدماغ بأرض البطاريات بينما يتم فصل ESCs و Servos بواسطة مقاوم تحويل. يسمح هذا بقياس التيار من خلال الاتصال البرتقالي الصغير لأنه يتسبب في انخفاض صغير في الجهد فوق المقاوم التحويل.باقي الأسلاك باللون الأحمر إلى الأحمر والأسود إلى الأسود. نظرًا لعدم استخدام الماكينات حقًا بعد الآن ، يمكن تجاهلها فقط. مضخات التبريد هي المكون الوحيد للقارب الذي يتطلب 12 فولت بالضبط ولا يبدو أنها تعمل بشكل جيد إذا كان الجهد أعلى أو أقل من ذلك. لذلك يحتاجون إلى منظم إذا كان جهد البطارية أعلى من 12 فولت أو محول تصعيد إذا كان أقل من ذلك.

مع توجيه الدفة ، سيذهب كل من أسلاك إشارة ESC إلى نفس القناة على الدماغ. ومع ذلك ، يستخدم القارب الآن الدفع التفاضلي ويعرف أيضًا باسم. توجيه انزلاقي ، لذلك يحتاج كل ESC إلى أن يكون له قناة منفصلة خاصة به ولا توجد حاجة إلى الماكينات على الإطلاق.

الخطوة 6: الدماغ: المكونات

الدماغ هو صندوق كبير مليء بالإلكترونيات الشيقة. يمكن العثور على الكثير منها في الطائرات بدون طيار لسباقات FPV ، وبعضها تم أخذه بالفعل من طائرتى بدون طيار. الصورة الأولى توضح جميع الوحدات الإلكترونية. يتم تكديسها بدقة فوق بعضها البعض باستخدام مواجهات نحاسية PCB. هذا ممكن لأن مكونات FPV تأتي في عوامل شكل خاصة يشار إليها باسم موقع المكدس. من أسفل إلى أعلى يحتوي مكدسنا على ما يلي:

لوحة توزيع الطاقة (PDB)

هذا الشيء يفعل فقط ما يوحي به الاسم ويوزع القوة. يأتي سلكان من البطارية ويوفران وسادات لحام متعددة لتوصيل وحدات مختلفة بالبطارية. يوفر PDB أيضًا منظمًا بجهد 12 فولت و 5 فولت.

مراقب الطيران (FC)

تقوم وحدة التحكم في الرحلة بتشغيل برنامج ArduPilot Rover الثابت. يفعل مجموعة متنوعة من الأشياء. يتحكم في وحدات التحكم في المحرك من خلال العديد من مخرجات PWM ، ويراقب جهد البطارية والتيار ، ويتصل بأجهزة الاستشعار المختلفة وأجهزة الإدخال والإخراج ، كما أنه يتميز بجيروسكوب. يمكنك القول أن هذه الوحدة الصغيرة هي الدماغ الفعلي.

جهاز استقبال RC

جهاز الاستقبال متصل بجهاز تحكم عن بعد. في حالتي ، يكون جهاز التحكم عن بعد FlySky لطائرات RC يحتوي على عشر قنوات وحتى يقوم بإنشاء اتصال ثنائي الاتجاه حتى يتمكن جهاز التحكم عن بُعد أيضًا من استقبال إشارات من جهاز الاستقبال. تنتقل إشارات الخرج مباشرة إلى FC عبر سلك واحد باستخدام ما يسمى بروتوكول I-bus.

جهاز إرسال الفيديو (VTX)

يتميز صندوق الدماغ بكاميرا تمثيلية صغيرة. يتم تمرير إشارة الفيديو الخاصة بالكاميرا إلى FC التي تضيف عرضًا على الشاشة (OSD) إلى دفق الفيديو ، وتحتوي على معلومات مثل جهد البطارية. ثم يتم تمريره إلى VTX الذي ينقله إلى مستقبل خاص 5.8 جيجاهرتز على الطرف الآخر. هذا الجزء ليس ضروريًا تمامًا ولكن من الرائع أن تكون قادرًا على رؤية ما يراه القارب.

يوجد في أعلى الصندوق مجموعة من الهوائيات. واحد من VTX ، واثنان من جهاز استقبال RC. الهوائيان الآخران هما المكونات التالية.

وحدة القياس عن بعد

ينتمي الهوائي 433 ميجاهرتز إلى وحدة القياس عن بُعد. جهاز الإرسال الصغير هذا عبارة عن جهاز إدخال / إخراج يربط وحدة التحكم في الرحلة بالمحطة الأرضية (كمبيوتر محمول مع دونجل USB 433 ميجاهرتز). يتيح هذا الاتصال للمشغل تغيير المعلمات عن بُعد والحصول على البيانات من أجهزة الاستشعار الداخلية والخارجية. يمكن أيضًا استخدام هذا الرابط للتحكم عن بعد في القارب.

GPS والبوصلة

الشيء المستدير الكبير الموجود أعلى القارب ليس في الواقع هوائيًا. حسنًا ، إنها نوعًا ما ولكنها أيضًا وحدة GPS كاملة ووحدة بوصلة. وهذا ما يمكّن القارب من معرفة موقعه وسرعته واتجاهه.

بفضل نمو سوق الطائرات بدون طيار ، هناك مجموعة متنوعة من المكونات للاختيار من بينها لكل وحدة. من المرجح أنك قد ترغب في التبديل هو FC. إذا كنت ترغب في توصيل المزيد من أجهزة الاستشعار وتحتاج إلى المزيد من المدخلات ، فهناك مجموعة متنوعة من خيارات الأجهزة الأكثر قوة. فيما يلي قائمة بجميع FC التي يدعمها ArduPilot ، حتى أن هناك توت العليق هناك.

وإليك قائمة صغيرة بالمكونات الدقيقة التي استخدمتها:

• FC: Omnibus F4 V3S Aliexpress
• جهاز استقبال RC: Flysky FS-X8B Aliexpress
• مجموعة الارسال القياس عن بعد: 433MHz 500mW Aliexpress
• VTX: VT5803 Aliexpress
• نظام تحديد المواقع والبوصلة: M8N Aliexpress
• الضميمة: 200x200x100 ملم IP67 Aliexpress
• جهاز التحكم عن بعد: FLYSKY FS-i6X Aliexpress
• مستقبل الفيديو: Skydroid 5 ، 8 جيجا هرتز Aliexpress

الخطوة 7: الدماغ: الأسلاك

يحصل الدماغ على جهد التشغيل مباشرة من البطارية. كما أنه يحصل على جهد تناظري من التحويلة الحالية ويخرج إشارات التحكم لكلا المحركين. هذه هي الوصلة الخارجية التي يمكن الوصول إليها من خارج صندوق الدماغ.

يبدو الداخل أكثر تعقيدًا. لهذا السبب قمت بعمل مخطط الأسلاك الصغير في الصورة الأولى. يوضح هذا الروابط بين جميع المكونات المختلفة التي وصفتها في الخطوة السابقة. لقد صنعت أيضًا زوجين من أسلاك التمديد لقنوات إخراج PWM ومنفذ USB وقمت بتوجيهها إلى الجزء الخلفي من العلبة (انظر الصورة 3).

لتركيب المكدس على الصندوق ، استخدمت لوحة قاعدة مطبوعة ثلاثية الأبعاد. نظرًا لأن المكونات (خاصة VTX) تنتج الحرارة ، فقد قمت أيضًا بتوصيل مروحة 40 مم بمحول آخر مطبوع ثلاثي الأبعاد. أضفت 4 قطع بلاستيكية سوداء إلى الحواف لربط الصندوق بالقارب دون الحاجة إلى فتح الغطاء. يتم إرفاق ملفات STL لجميع الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد. لقد استخدمت الإيبوكسي وبعض الغراء الساخن لإلصاق كل شيء بـ.

الخطوة 8: الدماغ: إعداد ArduPilot

يصف Ardupilot Wiki كيفية إعداد العربة الجوالة بتفصيل كبير. ها هي وثائق Rover. سأقوم فقط بحك السطح هنا. هناك بشكل أساسي الخطوات التالية للحصول على ArduPilot Rover وتشغيله بعد توصيل كل شيء بشكل صحيح:

1. Flash ArduPilot Firmware to FC (نصيحة: يمكنك استخدام Betaflight ، وهو برنامج FPV مشترك للطائرات بدون طيار ، لذلك)
2. قم بتثبيت برنامج محطة أرضية مثل مخطط المهمة وقم بتوصيل اللوحة (انظر واجهة مستخدم مخطط المهمة في الصورة 1)

3. قم بإعداد الأجهزة الأساسية

   • معايرة الدوران والبوصلة
   • معايرة جهاز التحكم عن بعد
   • إعداد قنوات الإخراج

4. قم بإعداد أكثر تقدمًا من خلال الاطلاع على قائمة المعلمات (الصورة 2)

   • مستشعر الجهد والتيار
   • تعيين القناة
   • المصابيح
5. قم بإجراء اختبار قيادة وضبط معلمات دواسة الوقود والتوجيه (الصورة 3)

وبوم ، لديك عربة جوالة ذاتية القيادة. بالطبع كل هذه الخطوات والإعدادات تستغرق بعض الوقت ويمكن أن تكون أشياء مثل معايرة البوصلة مملة للغاية ولكن بمساعدة المستندات ومنتديات ArduPilot وبرامج YouTube التعليمية ، يمكنك الوصول إلى هناك في النهاية.

يمنحك ArduPilot ملعبًا متقدمًا لأعداد كبيرة من المعلمات التي يمكنك استخدامها لبناء أي مركبة ذاتية القيادة تقريبًا يمكنك التفكير فيها. وإذا كنت تفتقد شيئًا ما ، يمكنك التواصل مع المجتمع لإنشائه لأن هذا المشروع الرائع مفتوح المصدر. لا يسعني إلا أن أشجعك على تجربتها ، لأنها ربما تكون أسهل طريقة للدخول إلى عالم المركبات ذاتية القيادة. ولكن إليك نصيحة احترافية صغيرة: جربها باستخدام مركبة بسيطة قبل بناء قارب RC عملاق.

فيما يلي قائمة صغيرة بالإعدادات المتقدمة التي قمت بها لإعداد الجهاز الخاص بي:

• تم تغيير تعيين القناة في RC MAP

  • الملعب 2-> 3
  • خنق 3> 2
• تنشيط I2C RGB LEDs
• نوع الإطار = قارب

• إعداد التوجيه الانزلاقي

  • القناة 1 = ThrottleLeft
  • القناة 2 = ThrottleRight
• القناة 8 = FlightMode
• القناة 5 = تسليح / نزع سلاح

• قم بإعداد مراقب التيار والبطارية

  • BATT_MONITOR = 4
  • ثم أعد التشغيل. BATT_VOLT_PIN 12
  • BATT_CURR_PIN 11
  • BATT_VOLT_MULT 11.0

الخطوة 9: الدماغ: وحدة تحكم LED مخصصة

الجائزة الأولى في مسابقة Make it Move 2020