수중 드론:광기의 이야기

이 기사에서는 Raspberry Pi로 구동되는 수중 드론 프로토타입의 설계 프로세스, 개발 및 조립 작업에 대해 설명합니다.

나는 디스커버리 채널에서 발명가에 관한 많은 프로그램을 보았고, 한 번에 정말 인상적이고 어려울 수 있는 전기 모터, 컨트롤러, 핸들링, 카메라와 같은 흥미로운 일을 혼자서 하기로 결정했습니다. 유용한(그리고 그다지 유용하지 않은) 물건을 많이 구입한 후, 어떤 종류의 프로젝트를 시작해야 하는지 생각하기 시작했습니다. 마침내 나는 비행하고 운전하는 드론이 많이 있지만 수중 드론에 관한 것이 아니라는 결론에 도달했습니다.

인터넷 서핑을 한 후 몇 가지 흥미로운 프로젝트를 찾았지만 대부분이 개발 단계에 있거나 저렴하지 않은 프로젝트였습니다(3k++ 달러). 이 프로젝트에 관심이 있는 사람들은 여기에서 일부를 찾을 수 있습니다.

앞으로 몇 미터 깊이를 헤엄칠 수 있는 작동하는 프로토타입이 있다고 말할 수 있지만 장단점이 있습니다. 나는 마침내 내가 제어하기 쉬운 물건이나 엔지니어의 열정을 진정시키는 것 이상을 할 수 있는 물건을 얻었다고 단언할 수 없습니다. 그러나 이 항목의 모든 단위가 제대로 작동하며 내 실수와 경험이 누군가가 정말로 중요한 것을 만드는 데 도움이 될 수 있다는 것이 매우 중요합니다(그 자신에게만 의미가 있더라도).

많은 작업이 완료되었으므로 이 기사는 다음 장으로 나눌 수 있습니다.

<울>

멋진 아이디어(티저)

구성요소 선택

ESC 프로그래밍

라즈베리 파이 서버 구성

Raspberry Pi를 사용한 전기 모터 핸들링

자이로스코프

라즈베리 파이 손전등 제어

클라이언트-서버 통신 프로토콜

Android용 애플리케이션

동영상 스트림

화면 및 조이스틱 제어

건설 조립 및 테스트

결론

미친 아이디어(티저)

글쎄요, 먼저 저는 아마추어이고 제가 한 대부분의 일은 과학적 시행착오를 거쳐 이루어졌다는 것을 말하고 싶습니다. 모든 가능성을 허용하고 이해하는 것보다 무언가를 구성하고 테스트하는 것이 재미있기 때문입니다. 이론상 작동하지 않는다는 것입니다. 다양한 가능한 프로젝트와 아이디어가 있었고 그 중 정말 말도 안되는 아이디어가있었습니다 (그 중 하나는 재미로 아래에서 설명합니다). 나에게 첫 번째이자 주요 임무는 국내 조건에서 밀폐형 하우징을 구축함과 동시에 구동 프로펠러에 토크를 전달하는 것이었습니다. 늘 그렇듯이 처음의 아이디어가 가장 똑똑한 아이디어가 아니기 때문에 (두 번 생각하는 것이 익숙하지 않습니다) 자석을 사용하여 토크를 전달하는 실험을 시도했습니다. 저는 가장 단순한 디자인을 선택하고 다음과 같은 "첨단 기술" 장치를 구성했습니다.

두 개의 자석이 기어에 나사로 고정되어 있고 전기 모터에 연결되어 있습니다(자석의 극성에 따라). 기어 사이에는 하우징의 벽을 모방한 판이 있습니다. 이 글을 본 후 글을 닫고 눈을 찔러보고 싶은 마음이 있다면 정상적인 반응이지만 서두에 경고했습니다 🙂 약간의 결함에도 불구하고 모델을 출시 한 후에는 확실히 말할 수 있습니다. 움직인다”(c).

토크가 전달되고 부품이 회전하지만 자기가 마찰을 증가시킵니다. 수십 가지의 다른 단점을 제외하고 또 하나의 단점은 가상의 나사를 멈추면 자석의 접촉이 끊어지고 속도 차이로 인해 한 번 더 붙지 않는다는 것입니다.

이러한 모델을 베어링, 기어, 자석을 사용하여 조립한다고 해도 효율성, 구현 용이성 및 상식이 이 모델의 약점이기 때문에 가장 좋은 아이디어는 아닙니다.

마지막으로 브레인을 걸지 않고 브러시리스 모터를 사용하고 필요한 경우 모터 권선을 바니시로 덮기로 결정했습니다. 그래서 아이디어는 하우징에서 나온 전선을 물 속으로 집어넣고 밀봉하는 것이었습니다. 기계 및 전자 부품을 물에서 멀리 유지하기 위해 오일 및 오일 씰 또는 기타 복잡한 메커니즘으로 모델을 구성하는 것보다 훨씬 쉬울 것입니다.

이제 더 중요한 사항으로 넘어가겠습니다.

구성요소 선택

아래에서 기기를 만드는 데 사용된 다양한 항목의 목록을 찾을 수 있습니다.

마더보드

다양한 컨트롤러 중에서 Raspberry Pi 3B를 선택했습니다. 나는 적어도 4개의 모터, 다이오드, 자이로스코프를 제어하고 카메라에서 비디오 스트림을 보내고 동시에 수신해야 하기 때문에 복잡한 작업을 관리하지 않기 때문에 이 프로젝트에 Arduino와 같은 보드를 권장하지 않습니다. 제어 장치의 명령을 처리합니다. Raspberry Pi 3B에는 RJ-45 커넥터용 Wi-Fi 및 이더넷이 내장되어 있어 이러한 모든 작업에 틀림없이 도움이 될 것입니다.

커뮤니케이션 채널

네, 맞습니다. 트위스트 페어 와이어입니다. 수중에서 데이터를 전송하는 것은 항상 어려웠습니다. 물은 우수한 방패이므로 무선 데이터 전송을 잊어버릴 수 있습니다("잠수함은 어떻습니까?" 팬 – 이러한 전송을 구현하기 위한 안테나 크기와 기술 비용, 전송 채널의 복잡성과 너비). 그래서 다른 탈출구가 없었다. 성공적으로 통과한 체크리스트가 있습니다:

<울>

수중 데이터 전송 기능.

수중 데이터 전송 속도.

보편성(Raspberry Pi 3B 및 송신기에 완벽하게 맞습니다).

뉴트럴 플로팅 물 전용 케이블이 있는데 100미터를 따로 살 수도 없고 릴에 500불 이상 쓰고 싶지도 않았어요.

기본 송신기

NEXX 미니 라우터 전송에는 3가지 주요 옵션이 있습니다.

<울>

Wi-Fi 안테나를 물에서 육지로 연결해 보았지만(이 경우 꼬임선 대신 단선을 사용해야 함) 논란의 여지가 많았습니다.

두 개의 Raspberry Pi 3B 간에 클라이언트-서버 브리지 연결을 생성합니다(적절하지만 더 비싸고 문제가 있음).

트위스트 페어 와이어를 사용하여 라즈베리와 미니 라우터를 연결합니다. 이 옵션은 가장 안정적이고 빠르고 저렴하기 때문에 기본으로 사용되었습니다. 경험에 따르면 이것이 매우 좋은 선택입니다.

전기 모터

N2830/2212 1000KV

3개의 다른 모터를 테스트한 후 이 모델을 선택했습니다. 이유를 물을 수 있습니다. 음, 충분히 강력하고 두 번째 축이 있으므로 2개의 프로펠러를 사용할 수 있습니다. 일반적으로 모든 모터는 조류나 모래가 모터 내부에 들어갈 때까지 수중에서 정상적으로 작동합니다. 속도가 빠르고 덜 강력한 모터를 선택하면 이러한 유형의 모터가 물에 가장 적합하지 않다는 것을 알게 될 것입니다. 저렴한 모터도 기대에 미치지 못했습니다. 음, 품질이 가격을 충족합니다.

제어판(ESC)

또한 매우 간단합니다. 정방향/역방향으로 전환하도록 프로그래밍할 수 있으며 테스트된 모터에 30암페어의 전력이 충분해야 합니다. 게다가 중국에서 배송이 오는데 한두달 기다리지 않아도 되었어요(물론 캐치가 1개 있습니다^^).

Afro ESC USB 프로그래밍 도구

ESC용 프로그래밍 도구. 이 장치를 사용하여 필요한 펌웨어를 업로드할 수 있습니다. 그러나 실제로 이것은 캐치입니다. 한 달 반을 기다려야 했습니다.

LED

크리 XHP50

이 모델은 그 빛으로 모든 것을 태워버리기 위한 것입니다. 이것이 목표였습니다.

LED 펄스 드라이버

7-30В 3А 또는 유사

이것은 우리의 목적에 딱 맞습니다. 위에서 언급한 두 개의 LED를 수용하고 Raspberry에도 연결하여 LED의 밝기를 조정할 수 있습니다.

출처:수중 드론:광기의 이야기