Xây dựng một chiếc thuyền tự lái (ArduPilot Rover): 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Các dự án Fusion 360 »

Bạn biết những gì thú vị? Phương tiện tự lái không người lái. Trên thực tế, chúng rất tuyệt đến mức chúng tôi (các đồng nghiệp của tôi và tôi) bắt đầu tự xây dựng một công ty vào năm 2018. Đó cũng là lý do tại sao tôi đặt ra năm nay để hoàn thành nó trong thời gian rảnh.

Trong Tài liệu hướng dẫn này, tôi muốn chia sẻ dự án này với bạn và giúp bạn xây dựng phương tiện tự lái của riêng mình. Tôi cũng đã tạo một video YouTube nhỏ để làm sơ bộ bề mặt của dự án và cung cấp cho bạn bản tóm tắt nhanh về tất cả các rủi ro trong quá trình thực hiện. Có thể hướng dẫn này là hướng dẫn tương quan giải thích cách hoạt động thực sự của thứ này.

Tài liệu này có thể hướng dẫn cho ai và làm thế nào để đọc nó

Có thể hướng dẫn này thực sự có hai mục đích. Trước hết, tôi muốn chia sẻ những gì tôi đã xây dựng và học hỏi được và thu hút các bạn quan tâm đến việc chế tạo xe tự lái. Mục đích thứ yếu là ghi lại dự án và hầu hết các chi tiết của nó để nhóm sinh viên tiếp theo tại trường đại học cũ của tôi, những người tiếp nhận dự án sẽ biết chuyện gì.

Nếu bạn chỉ ở đây cho vui, bạn có thể bỏ qua các chi tiết như danh sách thông số và sơ đồ đấu dây chính xác. Tôi sẽ cố gắng giữ các bước rất chung chung khi bắt đầu, vì vậy chúng có thể được áp dụng cho bất kỳ thuyền ArduPilot RC nào và đưa các chi tiết vào cuối.

Dự án đã được hoàn thành trong hai phần và có thể hướng dẫn theo cùng một cấu trúc. Tôi sẽ gọi phần đầu tiên là "cơ bắp" vì nó bao gồm tất cả các thiết bị điện tử công suất và vỏ tàu. Sau đó, tôi sẽ đi qua "Bộ não" là một chiếc hộp nhỏ trên đầu thuyền, chứa bộ điều khiển chính và tất cả các thứ của bộ phát máy thu.

Nguồn gốc của Kenterprise

Được rồi, đây là cốt truyện của dự án này, nếu bạn chưa nghe qua video. Dự án này bắt đầu vào năm 2018 khi tôi vẫn còn đang học đại học. Chúng tôi đang ở cuối học kỳ 4 và sang ngày 5. Tại trường đại học của chúng tôi, bạn có thể thực hiện một dự án nhóm trong khoảng 6 tháng. Bạn có thể chọn từ danh sách các dự án đã chuẩn bị (cơ hội đạt điểm cao) hoặc bắt đầu dự án của riêng bạn (theo hiểu biết của tôi chưa từng có ai làm việc này). Bạn cũng nhận được 12 điểm Tín dụng cho dự án này, nó có giá trị ngang với luận án cử nhân. Cách này không thực sự có thể tạo ra sự khác biệt trong điểm tổng thể của bạn.

Tất nhiên, tôi quyết định bắt đầu một dự án từ đầu và tìm thấy 4 linh hồn tội nghiệp theo tôi trong cuộc hành trình này trở thành một đống lửa của một dự án nhóm. Chúng tôi bắt đầu với quy mô nhóm yêu cầu tối thiểu là 5 người nhưng 2 người trong số chúng tôi sau đó đã rời đi. Chúng tôi cũng được tặng 1500 €, NHƯNG chúng tôi không được phép chi tiêu nó cho bất kỳ trang web đáng yêu nào của Trung Quốc luôn có các thiết bị điện tử mới nhất và tốt nhất. Thay vào đó, chúng tôi bị ràng buộc với các nhà cung cấp thiết bị điện tử cũ tốt của Đức. Spoiler: Không thể có được các thành phần của thuyền tự lái theo cách này.

Ý tưởng ban đầu

Khi chúng tôi nghĩ ra ý tưởng cho dự án, chúng tôi đã nghĩ đến việc làm một cái gì đó liên quan đến máy bay không người lái bởi vì máy bay không người lái là thứ tuyệt vời nhất từ trước đến nay. Tuy nhiên, máy bay không người lái bay bình thường đã là một thứ và chúng tôi muốn xây dựng một thứ gì đó mới lạ hơn. Vì vậy, chúng tôi quyết định chế tạo một chiếc thuyền bay không người lái. Chúng tôi có ý tưởng này vì một hồ nước gần đó.

Hồ có diện tích 12km ^ 2 và hầu hết chỉ sâu 1,5m. Điều này có nghĩa là nó nóng lên vào tháng hè, đồng thời có ít nước hơn trong đó. Bạn biết loài sinh vật thích nước ấm nào: Vi khuẩn lam, còn được gọi là tảo lam ở Đức. Trong điều kiện thích hợp, những thứ này có thể sinh sản nhanh chóng và bao phủ các khu vực rộng lớn, đồng thời sản sinh ra chất độc có thể gây hại cho con người và động vật. Mục đích của chiếc thuyền là thường xuyên quét mặt hồ và đo nồng độ algea. Sau đó, dữ liệu thu thập được có thể được in ra bản đồ nhiệt để hiểu được trong trường hợp nào thì algea bắt đầu tích tụ và cũng để đưa ra cảnh báo thời gian thực cho người dân địa phương và khách du lịch.

Một Spoiler khác: Chúng tôi không bao giờ có thể chế tạo một bộ phận đo lường cho blue algea và lắp nó vào một chiếc thuyền, vì những bộ phận như vậy rất tốn kém và thường được đặt trong một giá 1mx1mx2m trên một con tàu, đó là kích thước không thực tế cho chiều dài 1m con thuyền. Trọng tâm mới là tạo bản đồ độ sâu ngoài hồ một cách tự động và rẻ tiền để cho phép nhà sinh vật học địa phương xem lòng hồ thay đổi như thế nào theo thời gian. Ngay bây giờ việc quét nó rất tốn kém do lao động thủ công cần thiết.

Một hình xoắn ốc hướng xuống

Trở lại câu chuyện. Trong hai tháng đầu tiên thu thập kiến thức nền tảng và lập kế hoạch, chúng tôi đã cân nhắc xem một chiếc thuyền như vậy sẽ cần những gì: Thân tàu, đầu tàu điện, khả năng tự lái, khả năng điều khiển internet,…. Đó là khi tôi quyết định rằng chúng tôi nên tự xây dựng hầu hết mọi thứ với trọng tâm là lái xe tự hành. Đây là một ý tưởng tồi, một ý tưởng đã thất bại khá nhiều và hãy đoán xem nó đã làm được gì? Chính xác là 6 tháng sau, chúng tôi đã đổ thời gian và mồ hôi vào một chiếc thuyền RC khổng lồ, Kenterprise (Đồ họa thông tin trong hình 4). Trên đường đi, chúng tôi phải vật lộn với số tiền eo hẹp, không có thiết bị điện tử có sẵn và quản lý nhóm tồi, mà tôi chịu phần lớn trách nhiệm.

Vì vậy, nó đã có, Kenterprise, một phương tiện đo tự động không tự động cũng như không đo bất cứ thứ gì. Không có nhiều thành công như bạn có thể thấy. Chúng tôi đã nướng trong buổi thuyết trình cuối cùng của mình. May mắn thay, giáo sư của chúng tôi công nhận công việc đã nghe của chúng tôi và vẫn cho chúng tôi điểm khá, tệ hơn bất kỳ nhóm dự án nào khác trong vài năm qua nhưng vẫn ổn.

Bản nâng cấp năm 2020

Tôi sẽ coi dự án của sinh viên này là một ngọn lửa hoàn toàn tuyệt đối, nhưng như người xưa vẫn nói: "những vết sẹo của đám cháy làm cho bạn mạnh mẽ hơn". Trải nghiệm này thực sự đã giúp tôi mở rộng mục tiêu một cách phù hợp và tập trung vào tất cả các dự án tiếp theo của tôi. Tôi cũng yêu thích ý tưởng về một phương tiện không người lái có thể giúp các nhà sinh vật học khảo sát hồ và sự hấp dẫn chung của việc chế tạo một chiếc thuyền tự lái. Đó là lý do tại sao bây giờ, một năm sau, tôi muốn hoàn thành nó bằng cách sử dụng kiến thức về máy bay không người lái FPV mới đạt được của mình, Dự án nguồn mở tuyệt đẹp ArduPilot và sức mạnh của các trang web điện tử giá rẻ.

Mục tiêu không phải là biến nó thành một chiếc thuyền đo lường chính thức, mà là để vận hành tất cả các hệ thống và lắp đặt một máy lái tự động. Nó không nhất thiết phải hoàn hảo. Tôi chỉ muốn xem chiếc thuyền này tự lái như một bằng chứng của khái niệm.

Sau đó, tôi sẽ chuyển con thuyền tự hành WORKING đến trường đại học cho các dự án trong tương lai như lập bản đồ đáy biển. Nhân tiện, tôi không đơn độc. Bạn tôi Ammar, người cũng trong nhóm dự án vào năm 2018 đã giúp tôi thử nghiệm chiếc thuyền.

Nếu không có thêm lời khuyên, hãy tham gia vào

Bước 1: Cơ bắp: Thân tàu

Vỏ tàu là phần lớn nhất của con thuyền. Không chỉ vì kích thước khổng lồ của nó (100cm * 80cm) mà còn vì nó đã mất rất nhiều thời gian để xây dựng cấu trúc tùy chỉnh này. Nếu tôi làm lại lần nữa, tôi chắc chắn sẽ bỏ đi phần kệ. Thật không may, một chiếc thuyền RC rời khỏi kệ không có trong thẻ đối với chúng tôi, vì những chiếc thuyền đó có khả năng tải trọng rất hạn chế. Một cái gì đó như một tấm ván thân hoặc một tấm ván lướt sóng hoặc chỉ một vài Ống PVC từ cửa hàng phần cứng sẽ là một giải pháp đơn giản hơn nhiều mà tôi chỉ có thể giới thiệu.

Tuy nhiên, thân tàu của chúng tôi bắt đầu với một mô hình 3D trong Fusion 360. Tôi đã tạo một mô hình rất chi tiết và trải qua nhiều lần lặp lại trước khi chúng tôi thực sự bắt đầu xây dựng nó. Tôi đảm bảo cung cấp cho mỗi thành phần trong mô hình các trọng lượng phù hợp và thậm chí là mô hình hóa nội thất. Điều này cho phép tôi biết trọng lượng gần đúng của chiếc thuyền trước khi đóng nó. Tôi cũng đã thực hiện một vài hiệu chỉnh độ nổi bằng cách chèn một "đường nước", cắt chiếc xe với nó và tính toán khối lượng ở dưới nước. Thuyền là một chiếc catamaran vì loại phương tiện này hứa hẹn độ ổn định cao hơn, sau đó là thuyền một thân.

Sau hàng tấn giờ làm mô hình, chúng tôi bắt đầu làm cho con thuyền trở nên sống động bằng cách cắt hình dạng cơ bản của hai thân tàu ra khỏi các tấm polystyrene. Sau đó chúng được cắt theo hình dạng, các lỗ được lấp đầy và chúng tôi thực hiện chà nhám rất nhiều. Cây cầu nối hai thân tàu chỉ là một hộp gỗ lớn.

Chúng tôi đã bao phủ mọi thứ bằng 3 lớp sợi thủy tinh. Bước này mất khoảng 3 tuần và bao gồm nhiều ngày chà nhám thủ công để có được bề mặt nhẵn mịn (0/10 sẽ không được khuyến nghị). Sau đó, chúng tôi sơn nó với màu vàng đẹp mắt và thêm tên "Kenterprise". Tên là sự kết hợp của từ tiếng Đức "kentern" có nghĩa là chìm và Tàu vũ trụ Star Trek "USS Enterprise". Tất cả chúng tôi đều cho rằng cái tên này hoàn toàn phù hợp với sự quái dị mà chúng tôi tạo ra.

Bước 2: Cơ bắp: Hệ thống đẩy

Một chiếc thuyền không có động cơ hoặc buồm có các đặc tính lái của một khúc gỗ lũa. Do đó, chúng tôi cần thêm một hệ thống đẩy vào thân tàu rỗng.

Tôi muốn cung cấp cho bạn một thông điệp khác: Động cơ chúng tôi chọn quá mạnh. Tôi sẽ mô tả giải pháp hiện tại và những thiếu sót của nó và cũng đề xuất một hệ thống động cơ thay thế.

Giải pháp hiện tại

Chúng tôi thực sự không biết con thuyền cần lực đẩy bao nhiêu nên chúng tôi đã tự trang bị cho mình hai động cơ thuyền đua này. Mỗi chiếc trong số đó được sử dụng để cung cấp năng lượng cho một chiếc thuyền đua RC dài 1m và bộ điều khiển tốc độ điện tử tương ứng (ESC) có thể cung cấp 90A liên tục (mức tiêu thụ này sẽ tiêu hao một lượng lớn pin ô tô trong một giờ).

Chúng cũng yêu cầu làm mát bằng nước. Thông thường, bạn chỉ cần kết nối ESC và Động cơ bằng một số đường ống, đặt đầu vào phía trước thuyền và đặt đầu ra phía trước chân vịt. Bằng cách này, cánh quạt sẽ kéo nước hồ qua hệ thống làm mát. Tuy nhiên, hồ được đề cập không phải lúc nào cũng sạch và dung dịch này có thể làm tắc nghẽn hệ thống làm mát và gây hỏng động cơ khi ra ngoài hồ. Đó là lý do tại sao chúng tôi quyết định sử dụng một vòng làm mát bên trong bơm nước qua một bộ trao đổi nhiệt ở phía trên thân tàu (hình 3).

Hiện tại trên thuyền có hai bình nước làm bể chứa và không có bộ trao đổi nhiệt. Các bể chứa chỉ đơn giản là làm tăng khối lượng nhiệt nên các động cơ mất nhiều thời gian hơn để nóng lên.

Trục động cơ được kết nối với giá đỡ thông qua hai khớp chung, một trục và một cái gọi là ống bao trục, có nghĩa là giữ cho nước thoát ra ngoài. Bạn có thể xem hình bên của cụm này trong hình ảnh thứ hai. Động cơ được gắn ở một góc với ngàm in 3D và các đạo cụ cũng được in (vì tôi đã làm hỏng những cái cũ). Tôi khá ngạc nhiên khi biết rằng những đạo cụ này có thể chịu được lực của động cơ. Để hỗ trợ sức mạnh của chúng, tôi đã làm các lưỡi dao dày 2mm và in chúng bằng 100% mực in. Thiết kế và in các đạo cụ thực sự là một kỹ năng khá thú vị để thử các loại đạo cụ khác nhau và tìm ra loại hiệu quả nhất. Tôi đã đính kèm các mô hình 3D của các đạo cụ của mình.

Một giải pháp thay thế khả thi

Thử nghiệm cho thấy, chiếc thuyền chỉ cần 10-20% dải ga để chuyển động chậm dần đều (tốc độ 1m / s). Đi thẳng đến 100% ga gây ra một dòng điện cực lớn, vô hiệu hóa hoàn toàn toàn bộ con thuyền. Ngoài ra, yêu cầu của một hệ thống làm mát là khá khó chịu.

Một giải pháp tốt hơn có thể được gọi là bộ đẩy. Một bộ đẩy có động cơ được kết nối trực tiếp với cánh quạt. Toàn bộ cụm sau đó được ngâm chìm và do đó được làm mát. Đây là một Liên kết đến một bộ đẩy nhỏ với ESC tương ứng. Điều này có thể cung cấp dòng điện tối đa là 30 A, có vẻ như là một kích thước phù hợp hơn. Nó có thể sẽ tạo ra cách tăng vọt nhỏ hơn hiện tại và bướm ga không phải bị hạn chế quá nhiều.

Bước 3: Cơ bắp: Chỉ đạo

Lực đẩy thật tuyệt, nhưng một con thuyền cũng cần phải quay đầu. Có nhiều cách để đạt được điều đó. Hai giải pháp phổ biến nhất là Bánh lái và lực đẩy vi sai.

Rudders dường như là một giải pháp hiển nhiên nên chúng tôi đã sử dụng nó. Tôi đã mô hình hóa một cụm bánh lái trong Fusion và in 3D các bánh lái, bản lề và giá đỡ servo. Đối với các Servos, chúng tôi chọn hai Servos lớn 25kg để đảm bảo rằng các bánh lái tương đối lớn có thể chịu được lực cản của nước. Sau đó, servo được định vị bên trong thân tàu và kết nối với bánh lái ở bên ngoài thông qua một lỗ bằng dây mỏng. Tôi đã đính kèm một video về các bánh lái đang hoạt động. Thật là hài lòng khi xem bộ máy cơ khí này di chuyển.

Mặc dù các bánh lái trông rất tuyệt, nhưng những lần lái thử đầu tiên cho thấy bán kính quay vòng với chúng là khoảng 10m, thật là khủng khiếp. Hơn nữa, các bánh lái có xu hướng ngắt kết nối với các servo, làm cho con thuyền không thể lái được. Điểm yếu cuối cùng là lỗ cho các dây đó. Hố này rất gần mặt nước, do đó việc đảo ngược đã khiến nó bị ngập nước, do đó làm ngập phần bên trong thân tàu.

Thay vì cố gắng khắc phục những vấn đề đó, tôi đã tháo tất cả các bánh lái lại với nhau, đóng các lỗ và tìm giải pháp lực đẩy vi sai. Với lực đẩy vi sai, hai động cơ quay ngược chiều làm cho xe quay đầu. Vì con thuyền gần như rộng nhưng lại ngắn và các động cơ được đặt ở vị trí xa trung tâm, điều này cho phép quay ngay tại chỗ. Nó chỉ yêu cầu một chút công việc cấu hình (lập trình ESC và bộ điều khiển chính). Hãy nhớ rằng một chiếc thuyền sử dụng lực đẩy vi sai sẽ chạy theo vòng tròn nếu một trong các động cơ bị hỏng. Tôi có thể đã gặp phải điều đó một hoặc hai lần do vấn đề tăng đột biến hiện tại được mô tả trong bước trước.

Bước 4: Cơ bắp: Pin

Đối với tôi, có vẻ như các Linh kiện RC, chẳng hạn như những linh kiện được sử dụng trong chiếc thuyền này, có thể được cung cấp năng lượng bởi khá nhiều thứ, từ pin đồng hồ cho đến nhà máy điện hạt nhân. Rõ ràng đây là một chút cường điệu nhưng chúng có một dải điện áp khá rộng. Phạm vi này không được ghi vào dữ liệu, ít nhất là không tính bằng Vol. Nó được ẩn trong xếp hạng S. Xếp hạng này mô tả số lượng pin nối tiếp mà nó có thể xử lý. Trong hầu hết các trường hợp, nó đề cập đến các tế bào Lithium Polymere (LiPo). Chúng có điện áp 4,2V khi sạc đầy và điện áp khoảng 3V khi trống.

Các động cơ tàu thuyền tuyên bố có thể xử lý từ 2 giây đến 6 giây, chuyển thành dải điện áp từ 6V đến 25,2V. Mặc dù tôi không phải lúc nào cũng tin tưởng vào giới hạn trên, vì một số nhà sản xuất được biết là đặt các thành phần trên bo mạch của họ chỉ có thể chịu được điện áp thấp hơn.

Điều này có nghĩa là có rất nhiều loại pin có thể sử dụng miễn là chúng có thể cung cấp dòng điện cần thiết. Và tôi thực sự đã trải qua một vài loại pin khác nhau trước khi chế tạo một loại phù hợp. Dưới đây là tóm tắt nhanh về ba lần lặp lại pin mà con thuyền đã trải qua (cho đến nay).

1. Bộ pin LiPo

Khi lên kế hoạch cho chiếc thuyền, chúng tôi không biết nó sẽ tiêu tốn bao nhiêu năng lượng. Đối với pin đầu tiên, chúng tôi chọn chế tạo một gói từ các tế bào Lithium Ion 18650 nổi tiếng. Chúng tôi đã hàn chúng thành một gói 4S 10P bằng cách sử dụng các dải niken. Gói này có dải điện áp từ 12V đến 16,8V. Mỗi ô có 2200mAh và được đánh giá ở tốc độ xả tối đa là 2C (khá yếu) nên 2 * 2200mA. Vì có 10 ô song song, nó có thể cung cấp dòng điện cực đại chỉ 44A và có dung lượng 22Ah. Chúng tôi cũng trang bị cho bộ sản phẩm một bảng quản lý pin (sẽ có thêm trên BMS sau này) đảm nhiệm việc cân bằng điện tích và giới hạn dòng điện ở mức 20A.

Khi thử nghiệm chiếc thuyền, nó chỉ ra rằng dòng điện tối đa 20A có thể ít hơn so với lượng tiêu thụ của động cơ và BMS liên tục cắt điện nếu chúng tôi không cẩn thận với thanh nước kiệu. Đó là lý do tại sao tôi quyết định làm cầu nối BMS và kết nối thẳng Pin với động cơ để có được 44Amps đầy đủ. Ý tưởng tồi !!! Trong khi pin quản lý để cung cấp nhiều năng lượng hơn một chút, các dải niken, kết nối các tế bào không thể xử lý được. Một trong những kết nối bị tan chảy và khiến nội thất bằng gỗ của con thuyền sinh ra khói.

Vâng, vì vậy pin này không thực sự phù hợp.

2. Ắc quy ô tô

Để có bằng chứng về khái niệm năm 2020, tôi quyết định sử dụng pin lớn hơn. Tuy nhiên, không muốn tốn thêm tiền nên tôi đã sử dụng bình ắc quy ô tô cũ. Ắc quy ô tô không có nghĩa là phải xả hết và sạc lại, chúng phải luôn được sạc đầy và chỉ được sử dụng cho dòng điện ngắn để khởi động động cơ. Đó là lý do tại sao chúng được gọi là pin khởi động. Sử dụng chúng làm pin cho xe RC làm giảm đáng kể tuổi thọ của chúng. Có một loại pin chì khác thường có hình thức giống nhau và được thiết kế đặc biệt để có thể xả và sạc lại nhiều lần được gọi là pin Chu kỳ sâu.

Tôi đã biết rõ về thời gian hoạt động ngắn của pin, nhưng tôi muốn nhanh chóng kiểm tra chiếc thuyền và dù sao thì pin cũng đã cũ. Chà, nó tồn tại được 3 chu kỳ. Bây giờ điện áp giảm từ 12V xuống 5V bất cứ khi nào tôi nhấn ga.

3. Bộ pin LiFePo4

“Lần thứ ba là cái duyên” là những gì họ nói. Vì tôi vẫn không muốn tiêu tiền của mình, tôi đã nhờ trường đại học giúp đỡ. Chắc chắn họ đã có pin trong mơ của tôi. Uni của chúng tôi tham gia cuộc thi "Formula Student Electic" và do đó có một chiếc xe đua điện. Đội đua trước đây đã chuyển từ các ô LiFePo4 sang 18650 ô LiPo vì chúng nhẹ hơn. Vì vậy, họ có một kho chứa nhiều ô LiFePo4 đã sử dụng mà họ không cần nữa.

Các tế bào đó khác với các tế bào LiPo hoặc LiIon trong phạm vi điện áp của chúng. Có điện áp danh định là 3,2V và nó nằm trong khoảng từ 2,5V đến 3,65V. Tôi đã lắp ráp 3 trong số các ô 60Ah đó thành một gói 3S. Gói này có thể cung cấp Dòng điện cao nhất của 3C aka. 180A và có điện áp tối đa chỉ 11V. Tôi quyết định sử dụng điện áp hệ thống thấp hơn để giảm dòng động cơ. Gói này cuối cùng đã cho phép tôi lái con thuyền trong hơn 5 phút và kiểm tra khả năng tự lái.

Một từ về sạc pin ans an toàn

Pin tập trung năng lượng. Năng lượng có thể chuyển thành nhiệt và nếu nhiệt này có hình dạng như một đám cháy pin, thì bạn đã gặp phải vấn đề. Đó là lý do tại sao bạn nên đối xử với pin bằng sự tôn trọng mà chúng đáng có và trang bị cho chúng những thiết bị điện tử phù hợp.

Tế bào pin có 3 cách chết.

1. Xả chúng xuống dưới mức điện áp tối thiểu của chúng (chết lạnh)
2. sạc chúng trên điện áp danh định tối đa của chúng (có thể gây phồng, cháy và nổ)
3. vẽ quá nhiều dòng điện hoặc làm ngắn chúng (vì vậy tôi thực sự phải giải thích tại sao điều này có thể tồi tệ)

Một hệ thống quản lý pin ngăn chặn tất cả những điều đó, đó là lý do tại sao bạn nên sử dụng chúng.

Bước 5: Cơ bắp: Nối dây

Hệ thống dây điện cho phần cơ được hiển thị trong hình ảnh đầu tiên. Ở phía dưới, chúng tôi có pin nên được hợp nhất với một cầu chì thích hợp (ngay bây giờ không có). Tôi đã thêm hai địa chỉ liên hệ bên ngoài để kết nối bộ sạc. Sẽ là một ý kiến hay nếu bạn thay thế chúng bằng một đầu nối XT60 thích hợp.

Sau đó, chúng tôi có một công tắc pin lớn, kết nối phần còn lại của hệ thống với pin. Công tắc này có một chìa khóa thực tế và để tôi nói với bạn, thật là thỏa mãn khi xoay nó và thấy con thuyền trở nên sống động.

Bộ não được kết nối với mặt đất của pin trong khi ESC và Servos được ngăn cách bởi một điện trở shunt. Điều này cho phép đo dòng điện qua kết nối nhỏ màu cam vì nó gây ra sụt áp nhỏ trên điện trở shunt. Phần còn lại của hệ thống dây chỉ là màu đỏ sang đỏ và đen đến đen. Vì các Servos không thực sự được sử dụng nữa, chúng có thể bị bỏ qua. Máy bơm làm mát là thành phần duy nhất của thuyền yêu cầu chính xác 12V và chúng dường như không hoạt động tốt nếu điện áp cao hơn hoặc thấp hơn. Do đó, họ cần một Bộ điều chỉnh nếu điện áp pin trên 12V hoặc một bộ chuyển đổi nấc nếu nó ở dưới mức đó.

Khi lái bánh lái, cả hai dây tín hiệu ESC sẽ đi đến cùng một kênh trên não. Tuy nhiên con thuyền bây giờ sử dụng lực đẩy vi sai aka. lái trượt, vì vậy mỗi ESC cần phải có kênh riêng biệt và không cần các servo.

Bước 6: Brain: Các thành phần

Bộ não là một chiếc hộp lớn chứa đầy các thiết bị điện tử thú vị. Nhiều người trong số đó có thể được tìm thấy trong các máy bay không người lái đua FPV, và một số trong số đó đã thực sự được lấy ra từ máy bay không người lái của chính tôi. Hình ảnh đầu tiên cho thấy tất cả các mô-đun điện tử. Chúng được xếp chồng lên nhau một cách gọn gàng bằng cách sử dụng các phụ kiện PCB bằng đồng. Điều đó có thể xảy ra bởi vì các thành phần FPV có các hệ số dạng đặc biệt được coi là vị trí ngăn xếp. Từ dưới lên trên ngăn xếp của chúng tôi chứa những thứ sau:

Bảng phân phối điện (PDB)

Điều này thực hiện đúng những gì tên ngụ ý và phân phối sức mạnh. Hai dây dẫn từ pin đi vào và nó cung cấp nhiều miếng hàn để kết nối các mô-đun khác nhau với pin. PDB này cũng cung cấp một bộ điều chỉnh 12V và 5V.

Bộ điều khiển chuyến bay (FC)

Bộ điều khiển chuyến bay chạy Phần mềm cơ sở ArduPilot Rover. Nó làm được nhiều thứ. Nó điều khiển bộ điều khiển động cơ thông qua một số Đầu ra PWM, nó giám sát điện áp và dòng điện của pin, nó kết nối với các cảm biến và thiết bị đầu vào và đầu ra khác nhau và nó cũng có một con quay hồi chuyển. Bạn có thể nói rằng mô-đun nhỏ này là bộ não thực sự.

Máy thu RC

Bộ thu được kết nối với điều khiển từ xa. Trong trường hợp của tôi, đó là điều khiển từ xa FlySky cho máy bay RC có mười kênh và thậm chí thiết lập giao tiếp hai chiều để điều khiển từ xa cũng có thể nhận tín hiệu từ bộ thu. Tín hiệu đầu ra của nó đi thẳng đến FC thông qua một dây duy nhất sử dụng giao thức I-bus.

Máy phát video (VTX)

Hộp não có một camera analog nhỏ. Tín hiệu video của máy ảnh được chuyển đến FC để thêm hiển thị trên màn hình (OSD) vào luồng video, chứa thông tin như điện áp pin. Sau đó, nó được chuyển tới VTX để truyền nó tới một bộ thu đặc biệt 5,8GHz ở đầu bên kia. Phần này không quá cần thiết nhưng có thể nhìn thấy những gì thuyền thấy cũng rất tuyệt.

Trên đầu hộp là một loạt các ăng-ten. Một là từ VTX, hai là từ Bộ thu RC. Hai ăng-ten còn lại là các thành phần sau.

Mô-đun đo từ xa

Ăng-ten 433MHz thuộc mô-đun đo từ xa. Máy phát nhỏ này là một thiết bị đầu vào / đầu ra kết nối bộ điều khiển chuyến bay với trạm mặt đất (máy tính xách tay có dongle USB 433MHz). Kết nối này cho phép người vận hành thay đổi từ xa các thông số và lấy dữ liệu từ các cảm biến bên trong và bên ngoài. Liên kết này cũng có thể được sử dụng để điều khiển thuyền từ xa.

GPS và La bàn

Thứ tròn lớn trên đầu thuyền thực ra không phải là ăng-ten. Nó giống như vậy nhưng nó cũng là một mô-đun GPS toàn bộ và một mô-đun la bàn. Đây là điều cho phép con thuyền biết vị trí, tốc độ và hướng của nó.

Nhờ sự phát triển của thị trường máy bay không người lái, có rất nhiều thành phần để lựa chọn cho mỗi mô-đun. Nhiều khả năng bạn có thể muốn chuyển đổi là FC. Nếu bạn muốn kết nối nhiều cảm biến hơn và cần nhiều đầu vào hơn, có nhiều tùy chọn phần cứng mạnh mẽ hơn. Đây là danh sách tất cả các FC mà ArduPilot hỗ trợ, thậm chí còn có một số pi mâm xôi trên đó.

Và đây là một danh sách nhỏ về các thành phần chính xác mà tôi đã sử dụng:

• FC: Omnibus F4 V3S Aliexpress
• Bộ thu RC: Flysky FS-X8B Aliexpress
• Bộ phát từ xa: 433MHz 500mW Aliexpress
• VTX: VT5803 Aliexpress
• GPS và La bàn: M8N Aliexpress
• Bao vây: 200x200x100 mm IP67 Aliexpress
• Điều khiển từ xa: FLYSKY FS-i6X Aliexpress
• Bộ thu video: Skydroid 5, 8 Ghz Aliexpress

Bước 7: Bộ não: Nối dây

Bộ não nhận điện áp hoạt động trực tiếp từ pin. Nó cũng nhận được một điện áp tương tự từ shunt hiện tại và nó xuất tín hiệu điều khiển cho cả hai động cơ. Đó là những kết nối bên ngoài có thể truy cập được từ bên ngoài của hộp não.

Bên trong trông phức tạp hơn nhiều. Đó là lý do tại sao tôi thực hiện sơ đồ nối dây nhỏ trong hình đầu tiên. Điều này cho thấy các kết nối giữa tất cả các thành phần khác nhau mà tôi đã mô tả trong bước trước. Tôi cũng đã tạo một vài dây nối dài cho các kênh đầu ra PWM và cổng USB và chuyển chúng đến mặt sau của vỏ (xem hình 3).

Để gắn chồng vào hộp, tôi đã sử dụng một tấm đế in 3D. Vì các thành phần (đặc biệt là VTX) tạo ra nhiệt, tôi cũng gắn một quạt 40mm với một bộ chuyển đổi in 3D khác. Tôi thêm 4 miếng nhựa đen vào các cạnh để vặn hộp vào thuyền mà không cần mở nắp. Các tệp STL cho tất cả các bộ phận được in 3D được đính kèm. Tôi đã sử dụng epoxy và một số keo nóng để dán mọi thứ vào.

Bước 8: Brain: Thiết lập ArduPilot

Ardupilot Wiki mô tả cách thiết lập rover rất chi tiết. Đây là tài liệu Rover. Tôi chỉ sẽ làm xước bề mặt ở đây. Về cơ bản, có các bước sau để khởi động và chạy ArduPilot Rover sau khi mọi thứ được kết nối chính xác:

1. Flash ArduPilot Firmware sang FC (Tipp: bạn có thể sử dụng Betaflight, một phần mềm bay không người lái FPV phổ biến, cho điều đó)
2. Cài đặt phần mềm Trạm mặt đất như Mission Planner và kết nối bảng (xem giao diện người dùng của Mission planner trong hình 1)

3. Thực hiện thiết lập phần cứng cơ bản

   • hiệu chỉnh con quay hồi chuyển và la bàn
   • hiệu chỉnh điều khiển từ xa
   • thiết lập các kênh đầu ra

4. Thực hiện thiết lập nâng cao hơn bằng cách xem qua danh sách tham số (hình 2)

   • cảm biến điện áp và dòng điện
   • ánh xạ kênh
   • Đèn LED
5. Lái thử và điều chỉnh các thông số cho ga và tay lái (hình 3)

Và bùng nổ, bạn đã có một chiếc xe tự lái. Tất nhiên tất cả các bước và cài đặt đó mất một chút thời gian và những thứ như hiệu chỉnh la bàn có thể khá tẻ nhạt nhưng với sự trợ giúp của các tài liệu, diễn đàn ArduPilot và hướng dẫn trên YouTube, cuối cùng bạn có thể đạt được điều đó.

ArduPilot mang đến cho bạn một sân chơi tiên tiến với hàng trăm thông số mà bạn có thể sử dụng để chế tạo khá nhiều phương tiện tự lái mà bạn có thể nghĩ đến. Và nếu bạn đang thiếu thứ gì đó, bạn có thể tham gia với cộng đồng để xây dựng nó vì dự án tuyệt vời này là mã nguồn mở. Tôi chỉ có thể khuyến khích bạn thử nó, vì đây có thể là cách dễ dàng nhất để tham gia vào thế giới xe tự hành. Nhưng đây là một mẹo nhỏ chuyên nghiệp: Hãy thử nó với một chiếc xe đơn giản trước khi đóng một chiếc thuyền RC khổng lồ.

Dưới đây là danh sách nhỏ về Cài đặt nâng cao mà tôi đã thực hiện cho thiết lập phần cứng cụ thể của mình:

• Đã thay đổi ánh xạ kênh trong RC MAP

  • Pitch 2-> 3
  • Bướm ga 3-> 2
• Đèn LED RGB I2C được kích hoạt
• Loại khung = Thuyền

• Thiết lập chỉ đạo trượt

  • Kênh 1 = ThrottleLeft
  • Kênh 2 = ThrottleRight
• Kênh 8 = Chế độ bay
• Kênh 5 = Vũ trang / Giải giáp

• Thiết lập màn hình hiện tại và pin

  • BATT_MONITOR = 4
  • Sau đó khởi động lại. BATT_VOLT_PIN 12
  • BATT_CURR_PIN 11
  • BATT_VOLT_MULT 11.0

Bước 9: Bộ não: Bộ điều khiển đèn LED tùy chỉnh

Giải nhất cuộc thi Make it Move 2020