Roboyacht. Summing-up

Roboyacht. Summing-up

Before starting RYacht -2 project I decided to summing-up what hade been done during RYacht-1 project.

1. The project started from the idea of creation unmanned wind driven trimaran for patrol and exploration.
The main goal was to create unmanned  eco friendly device with a big range and  ability to work during days or ,even, weeks.

First sketches:

2. As a propulsion system was chosen wing sail. This type of sail easy to control by computer, require minimum amount of servos, have perfect performance and ability to use surface for solar panels. 

So, power of wind for motion and power of solar for electronics and servos. And sure thing some batteries for backup and cloudy days :-)

3. Main body was made from a plastic tube.

   Brain - single board computer  with  AMD K-6-266 CPU at the nose of yacht.

Power supply and battery ( UPS) was located on the center and rear end of the body.

Body included two servos - main one for wing sail orientation and small one for taxiing.

 4. Device was created in two modifications:

1st.

 2nd.

5. Building process photos:

6. Final look:

7.  Test-drive

Due to  my relocation to Canada device was completely disassembled.

Now I'm ready to RYacht-2 project!

Final Test. Роботояхта

Спустя все годы (как странно это звучит сейчас когда все сделано) пришло время для испытаний.

Итак изначальная идея "а давайте построим робот-яхту" за все это время вылилась в:

- для простоты тестирования сначала отошли от водоплавания в пробном варианте и перешли на лыжи. Спустя несколько зим и убедившись, что идеального снежного наста для движения не найти - перешли на колеса

- многосекторный парус-крыло воплотился в обычный вращающейся парус-крыло

- требование герметичности корпуса превратилось в "так чтоб не было щелей" и соблюдение теплообмена

Что еще изменилось за годы так это ядро системы - компьютер. Тестовый экземпляр практически полностью проектировался под плату одноплатного компьютера и питание от UPS. Сейчас эти наработки вызывают улыбку и все можно поместить в куда меньшие объем и массу.

Итак вот он результат работы:

Устройство получилось довольно массивным - около 20 кг и требования к ветру многократно возрасли.

Это еще больше усложнило испытания и сказалось на информативности. Большой вес перегрузил и переднюю опору и под конец испытаний редуктор разрушился. Маленький диаметр колес и отсутствие демпфирующих элементов привели к вибрации и дополнительному сопротивлению качению. Для сдвига устройства ,ибо ветра для страгивания не хватало, и придания ему начальной скорости применялись весьма "архаичные методы" :-)

По результатам было решено демонтировать опытный образец:

- усовершенствования его не дадут заметного прогресса ввиду устаревшей базы

- несовершенство компонентов

- получен нужный набор эксперементальных данных, для чего собственно все и затевалось

- приобретен опыт проектирования и постройки и все шишки набиты :-)

Итак, тест закончен, первый экземпляр разобран, пошла работа на вторым!

а теперь на колесах

Итак, настало время выполнения обещанного самому себе.

Бывший тримаран обзавелся колесами.



На данный момент они самоориентирующиеся (для упрощения катания по полу в период отладки и хранения) , перед заездом они будут заблокированы.

Испытания также покажут насколько сила трения в колесах велика и позволит ли она двигаться буеру при слабом ветре.

Единственное,что внушает опасения - это стойка переднего колеса в точке крепления к валу редуктора. Мало того ,что сам вал короткий и диаметром всего миллиметра 3, так и засчет конструкции колеса появилось плечо приложения веса робота к валу и теперь он испытывает приличные изгибающие нагрузки.



А ведь еще не установлен аккумулятор. Переделка же узла с нуля займет (при моей текущей загрузке) минимум месяц и так не успею оглянуться как придет зима. Пока иду в ва-банк : испытываю как есть скрестив на удачу пальцы - лопнет вал - буду выкручиваться.

Эх. Давненько руки не доходили до робота. Еще в предверии зимы решив заново переделать узел вращения мачты для простоты транспортировки - разобрал агрегат на крупные узлы. Все переделал - а вот собрать все не торопился. Зима ,что странно :-), назло всем глобальным и местечковым потеплениям выдалась холодной и снежной. И уже заботило больше собственная устойчивость на дорогах нашего "космического" мера, а никах не испытания робота. Легкий пародокс : робот предназначенный для екстремальных условий эти вот условия пережидал в домашнем тепле :)

Итак зима и лень прошла - рвусь в бой. Колеса купил - будем переобуваться для летних испытаний! В планах - сборка, финальные тесты и вперед в пампасы!

Первые испытания

Итак теории теориями , а практических испытаний никто не отменял.

В один погожий и снежный денек решил (задолго до фнальной сборки) я проверить как же мой волшебный агрегат ходит по рыхлому снегу.

Результат как говориться на лицо:

Итак проходимость по рыхлому снегу и сопротивление движение ясно продемострировали, что для ходовых испытаний такая поверхность совершенно не годиться. Мало того, что аппарат даже без весовой нагрузки утопает в нем, так и двигаться вперед весьма и весьма непросто.

Было решено, что ходовые испытания делать либо на льду либо на укатанном и слежавшемся снежном насте. Кроме того в подошву лыж необходимо втроить лезвия для противодействия боковому сносу (скольжению) аппарата, получи этакий гибрид лыж и коньков.

Конструктор и его дитя. Испытание реальностью:

Финальная зборка и ПО

Итак подошло время финальной зборки.

На внутреннюю сторону крышки приборного отсека смонтирован жесткий диск.

На материнскую плату через изоляционную прокладку установлена плата управления сервомоторами и подключена к внутреннему разьему LPT порта. Кабели и платы были закреплены термоклеем. В процессе зборки пришлось здорово повозиться с феном , снимая этот клей при ошибках монтажа.

Панорамное :-) фото сборочной площадки.

Первоначально для отладки и тестирования компонентов монитор и клавиатура подключались напрямую к плате бортового компьютера.

Ввиду неудобства подобных подключений (соответствующие разъемы скрыты передней кромкой корпуса и для подключения необходимо частичное извлечения платы компьютера) для доступа к бортовому копьютеру использовался VNC через WiFi.

Итак коротко о ПО робота.

Операционная система : Windows 2000 - наличие необходимых драйверов и простота подключения USB WiFi и USB Web-Cam. (Хотя и не простой доступ к низкоуровневым функциям портов ввода-вывода)

Билиотека IO.dll для никоуровневой работы с портом.

Программа распознавания изображений (С++) для работы с web-camera (обнаружение препятствий по курсу)

Веб -сервер Apache

CGI программа связи веб-интерфейса робота иLPT порта(С++) . Фактически основной программный компонент робота где реализована вся логика движения и взаимодействия компонентов.

Управление роботом осуществляеться через веб интерфейс заданием угла атаки паруса и направления движения. Все это фактически еще инженерные интерфейсы и по результатам ветровых и ходовых испытаний будут заменены автоматической системой управления парусом и избегания (обхода) пряпятствий. Единственными входными параметрами будут курс и скорость движения, а в идеале - траектория или район патрулирования.

Ну и напоследок готовое изделие "Робояхта" во всей своей красе.

Следующей публикацией начнуться описания испытаний, внесений изменений в конструкцию по их результатам и оптимизации программного обеспечения.

Робояхта. Парус

Итак одним из важнейших компонентов робота, а точнее его движителем являеться крыло парус. Конструкция паруса совмещает елементы как паруса так и крыла. Для обеспечения необходимой прочности мачта представляет собой стальную трубу и выполяет роль лонжерона в контсрукции крыла. Изначально предполагалось сделать мачту неподвижной и обепечить вращение крыла-паруса вокруг нее как оси. Однако для снижения веса, упрощения конструкции и простоты разборки для перевозки - крыло было жестко связано с мачтой. Это потребовало дополнительной установки в корпусе пятнерса (нижней опоры для мачты) с интегрированной обоймой подшипников.

Вертикальная нагрузка ,однако, воспринимаеться опорой редуктора привода , которая входит в зацепление с опорной подушкой крыла посредством штифтов. Пятнерс же воспринимает в основном изгибающуюю нагрузку мачты.

Силовой набор крыла состоит из 5 нервюр , переднего стрингера формирующего переднюю кромку и дополнительного плоского центрального лонжерона паралельно мачте усиливающего прочность крыла на кручение.

Само крыло изготовлено из блоков пенопласта , расположенных между нервюрами и приклееными к ним и лонжеронам. Резка пенопласта осуществлялось нихромовой проволокой.

Неровности и изьяны поверхности пенопласта были заполнены герметиком.
В качестве обшивки использовался пропитаный полимерной смолой ватман. Для повышения влагозащищенности крыло покрыто белой водооттакивающей краской.