Prędkość skanowania

Rekordowa prędkość skanowania

Zmiany w układzie napędowym jednostki przyniosły oczekiwaną poprawę. Udało nam się podnieść prędkość maksymalną z 10 do 12 km/h oraz prędkość skanowania z 5 do 8 km/h. Dzięki temu jesteśmy w stanie obecnie skanować powierzchnie jeziora w tempie 1 hektar w 20 minut! Ten wynik nas bardzo zadowala i wyznacza obecnie górną granice z jaką mamy zamiar przeprowadzać skany, aby nie tracić na jakości zbieranych danych, a jednocześnie przemieszczać się z prędkością ekonomiczną pod względem czasu i energii.

Jak tylko zrobi się trochę cieplej rozpoczynamy dość duży projekt skanowania trójmiejskich jezior retencyjnych. Szczegółowe informacje będą pojawiać się na naszej stronie i blogu.

Śruba

Udoskonalamy napęd

Widzimy coraz więcej potencjalnych zastosowań dla naszej jednostki wykraczjących poza czysto wędkarską specyfikę. Korzystamy z mocnych silników dwa razy ponad 150 W i chcemy, aby dron mógł się poruszać również w trybie szybkiego skanowania – opcja fastscan. Rozpoczeliśmy pracę nad nowego typu śrubą napędową, która umożliwi pełne wykorzystanie mocy i będzie mogła rozpędzić jednostkę ponad 10 km/h. Niezwykle mocna i trwała śruba została opracowana zgodnie z dobrą praktyką inżynierską, a wykorzystanie wydruku 3D umożliwiło nam precyzyjne wykonanie dwóch przecibieżnych modeli. Teoria doboru optymalnej śruby napędowej z uwzględnieniem charakterystki pracy bezszczotkowego silnika elektrycznego nie było zadaniem trywialnym, ale udało nam się tego dokonać. Osoby zainteresowane szczegółami doboru śrub napędowych lub ich fizycznym wykonaniem prosimy o kontakt.

Pracę nad prototypem pomału dobiegają końca i szykujemy się do produkcji pierwszego skanera nadającego się w pełni  do profesjonalnego prowadzenia prac nie tylko skanowania zbiornika wodnego, ale również monitoringu. Nowy dron będzie wyposażony w samostabilizującą się kamerę również z funkcją pracy w nocy oraz dodatkowo możliwością zainstalowania zespolonego silnego światła typu szperacz (ang. searchlight). Realizacja planowna jest na czerwiec bieżącego roku. Będzie możliwe testowe opływanie drona w rejonie Trójmiasta.

 

Testy zimowe i kontroler

Trwają intensywne prace nad projektem. Określamy opcje, definiujemy komponenty i testujemy. Ujemne temperatury sprawiają, że czas spędzony nad wodą jest dosyć ograniczony. Przeprowadziliśmy optymalizację śruby napędowej i wydrukowaliśmy własne modele dopasowane do rzeczywistej charakterystyki oporowej kadłuba oraz parametrów silnika. Zaprojektowaliśmy od zera całkowicie nowy kontroler do sterowania jednostką, umożliwiający ciągłą transmisję parametrów pracy silników, napięcia baterii, transmisję obrazu z kamery oraz śledzenie pozycji i możliwość szybkiej modyfikacji zaplanowanej lub realizowanej trasy. Kontroler zapewnia ponad kilometrowy zasięg, a po wczytaniu trasy zasięg jednostki może sięgać aż 50 km.

Ze względu na panujące warunki pogodowe możemy testować sprzęt i jego pracę w ujemnych temperaturach. W takiej sytuacji korzystanie z autonomicznych rozwiązań i planowania misji jest niezmiernie korzystne, ponieważ sterowanie ręczne jest znacznie utrudnione i męczące dla operatora.

Zaczęliśmy wykorzystywać nowego typu oprogramowanie do wyznaczania misji, dzięki któremu nie ma potrzeby korzystania z laptopa. Wszystkie operacje można wykonać z poziomu smartfona, między innymi dlatego w kontrolerze zastosowaliśmy specjalny uchwyt do niego. Na smartfonie możemy również wyświetlać aktualne dane z echosondy lub inne dane, które  są przetwarzane przez jednostkę na wodzie.

W najbliższych planach mamy opracowanie nowej opcji –  trzyosiowej kamery wyposażonej w silny reflektor i światła na podczerwień do pracy w nocy. Monitorowanie akwenu również w nocy oraz rejestracja zaobserwowanych zdarzeń umożliwiłaby wykorzystanie drona do ochrony wód lub obserwacji dzikiej przyrody.

Przygotowaliśmy nawet krótki film pokazujący podstawowe parametry naszej jednostki:

Testy na wodzie

Testy na wodzie

Łódź jest kompletna, możemy zaczynać testy! Wyjątkowo dobra pogoda w październiku pozwalała na komfortowe warunki pracy. Celem testów było przede wszystkim: zweryfikowanie napędu jednostki, osiągalnej prędkości maksymalnej i serwisowej, a także sprawdzenie łączności na różnych pasmach. Mieliśmy jednego człowieka w wodzie, żeby w razie problemów można było jednostkę sprowadzić na brzeg. Całe szczęście nie było to konieczne.

Kilka godzin testów można podsumować jako wielki sukces. Większość systemów działała sprawnie. Uzyskaliśmy zadowalające osiągi, nie było problemów z łącznością. Jedynie system autonomicznego sterowania wymagał dopracowania, ale mniej więcej mieliśmy koncept co należy poprawić i jak rozwiązać ten problem.

Oczywiście to dopiero początek naszych prac. Rzeczy, do których doszliśmy, z góry były skazane na sukces, ponieważ dotyczyły obszarów, w których czuliśmy się pewnie i problemy, przez które przechodziliśmy były już dość dobrze poznane. Od tego etapu zaczyna się prawdziwa przygoda, ponieważ wkraczamy na niepoznany grunt. Zapowiada się ciekawie!

Elektronika

Instalujemy elektronikę

Równolegle podczas prac nad kadłubem były przygotowywane układy elektroniczne. Zaczęliśmy od podstawowego wyposażenia czyli autopilota i sterowników silników. Dołożyliśmy do tego przetwornik i echosondę do wykonywania pomiarów, a także kamerę z bezpośrednią transmisją obrazu do stacji roboczej, aby mieć stały podgląd otoczenia łodzi. Całość została zasilona wysokiej jakości bateriami litowo-jonowymi.

Początkowo mieliśmy trochę problemów ze sterownikami. Szukaliśmy błędu w sposobie ich zaprogramowania. Znalezienie przyczyny wymagało trochę wysiłku. Ostatecznie zdecydowaliśmy się na wymianę kompletu sterowników dzięki czemu problemy się skończyły.

Wstępne dogranie pracy podzespołów nie było zadaniem trywialnym, dlatego pierwsze testy sterowania przeprowadziliśmy w besenie. Dość szybko okazało się, że podstawowe funkcje bezpieczeństwa takie jak – powrót do bazy w przypadku utraty sygnału – udało się zaprogramować i byliśmy na najlepszej drodze do pierwszych testów “na wodzie”.

Układ napędowy

Dobór napędu

Z prac nad modelowaniem kadłuba posiadaliśmy informacje dotyczące prognozy oporowej, czyli punktu wyjścia do doboru napędu. Wiedzieliśmy, że chcemy zastosować nowoczesny silnik bezszczotkowy. Mieliśmy kilka przetestowanych modeli z wcześniejszych projektów i chcieliśmy iść w tym kierunku. Istotną kwestią był odpowiedni dobór mocy, po to by z jednej strony zapewnić nadwyżkę mocy na warunki ekstremalne, z drugiej natomiast, żeby mieć możliwie najmniejsze straty energetyczne.

Chcieliśmy stworzyć układ bardzo solidny, o niskim ryzyku uszkodzenia, dlatego zrezygnowaliśmy z używania jakichkolwiek przekładni czy pędników azymutalnych i umieściliśmy śrubę na łożyskowanym wale prostym z podwójnym uszczelnieniem. Rozwiązanie takie gwarantuje absolutną szczelność przejścia bez konieczności stosowania zalewanej dławicy.

Jeżeli chodzi o dobór śruby to na razie bazowaliśmy na śrubach seryjnych typu uciągowego. Śruby zakupiliśmy w sklepie modelarskim. W planie jest wykonanie optymalizacji i projektu śruby dedykowanej, jednak dopiero po testach łodzi na wodzie. Właściwy dobór śruby jest kluczowym elementem w układzie napędowym, ponieważ bezpośrednio przekłada się na sprawność całego układu napędowego. Będziemy jeszcze wracać do tego tematu.

Kadłub - sztuka

Kadłub – sztuka

Mamy to! Udało się bez problemów wyciągnąć pierwszą sztukę z formy. Kadłub wykonaliśmy na zbrojeniu z maty szklanej. Laminat z tym zbrojeniem charakteryzuje się dużą udarnością, czyli wytrzymałością na uderzenia. Dla tak małej gabarytowo jednostki uszkodzenia od uderzenia są niewątpliwie najbardziej ryzykowne. Pozostałe obciążenia nie mają większego znaczenia.

Zastosowaliśmy laminat, ponieważ jest to materiał, który prawidłowo wykonany pozwoli nam na użytkowanie urządzenia bez najmniejszych problemów przez co najmniej 10 lat. Nasz kadłub dodatkowo poddaliśmy wygrzewaniu w specjalnie przygotowanej komorze grzewczej, aby poprawić własności wytrzymałościowe, ale również odporność na szkodliwe oddziaływanie wody i wilgoci.

Kadłub ma być użyty w jednostce pomiarowej/badawczej dlatego zdecydowaliśmy się na żółty kolor żelkotu. Kolor żółty jest najlepiej widoczny w wodzie, dzięki czemu ułatwi nam obserwacje i rejestrację pracy jednostki na wodzie. Przy okazji tego projektu chcieliśmy dokonać kilku doświadczeń dotyczących charakterystyk oporowych kadłuba wypornościowego, ale to tylko dygresja. Teraz skupiamy się na modelowaniu pokładu.

W międzyczasie dotarła do nas zamówiona w USA echosonda z przetwornikiem. Wcześniej przeprowadziliśmy szeroko zakrojony przegląd produktów w tym zakresie. Sprawdziliśmy oferty wszystkich liczących się producentów echosond o interesujących nas parametrach. Zdecydowaliśmy się na zamówienie zagraniczne, głównie ze wzgledu na korzystną cenę. Bez problemu można ten sam produkt otrzymać na polskim rynku, jednak jego cena jest minimum 50% wyższa.

 

Forma

Kadłub – forma

Mając dobrze wykonane kopyto przechodzimy do budowy formy. Materiałem formy jest laminat poliestrowo-szklany tzn. żywica poliestrowa ze zbrojeniem z włókien szklanych. Forma stanowi negatyw finalnego produktu, czyli jej powierzchnia wewnętrzna przylega bezpośrednio do zewnętrznej powierzchni gotowego wyrobu. Od jakości powierzchni formy zależy jakość finalnego produktu. Dlatego, nie chcąc ryzykować zaprzepaszczenia naszego wcześniejszego wysiłku przy budowie kopyta, wykonaliśmy kilka próbek testowych samego żelkotu oraz laminatu. Próbki różniły się między sobą parametrami dotyczącymi temperatury nakładania oraz proporcji utwardzacza. Chcieliśmy sprawdzić wpływ poszczególnych czynników na własności finalnego kompozytu.

Uzyskaliśmy zadowalające rezultaty, więc mogliśmy przystąpić do robienia formy. Przestrzegając wcześniej ustalonych procedur udało się uniknąć niespodzianek. Forma została dodatkowo usztywniona poprzecznym żebrem, aby zminimalizować ryzyko deformacji po ściągnięciu z kopyta. Byliśmy bardzo zadowoleni z jakości uzyskanej powierzchni oraz faktu, że kopyto dało się lekko oddzielić od formy bez uszkadzania żadnego z elementów.

 

Kadłub - kopyto

Kadłub – kopyto

Budujemy kadłub! Wyplotowaliśmy przekroje kadłuba i nanieśliśmy je na płaty pianki poliuretanowej. Całość obrobiliśmy do pożądanego kształtu zwracając szczególną uwagę na odwzorowanie zamodelowanego kadłuba oraz płynność powierzchni. Eksperymentowaliśmy sporo z różnymi rodzajami materiałów pianki bazowej, kleju, szpachli oraz innych powłok służących do wyprowadzenia dobrej jakości powierzchni kopyta tj. elementu na bazie którego będziemy wykonywać formę kadłuba.

Korzystając z dużej wiedzy jaką posiadamy na temat teorii i procesu produkcji laminatów oraz pasji eksperymentowania (charakterystycznej dla niektórych członków zespołu), metodą kolejnych przybliżeń wyprowadzaliśmy powierzchnię kopyta. Pomimo tego, że założeniem budowy pierwszego kadłuba były jedynie testy jednostki prototypowej, chcieliśmy uzyskać możliwie najwyższą jakość powierzchni.

Po około dwóch tygodniach prac udało nam się osiągnąć oczekiwany efekt.  Możemy stwierdzić, że kluczowe było dobranie odpowiedniego rodzaju pianki i szpachli. Reakcje chemiczne, które pojawiają się w kontakcie styrenu z różnymi rodzajami pianek mogą powodować ich deformacje pomimo tego, że dana pianka powinna być “teoretycznie” odporna na odziaływanie styrenu. Parametry kopyta były właściwe, zachowaliśmy płynną powierzchnię oraz pożądane odzwierciedlenie modelu bazowego. Mogliśmy szykować się do produkcji formy. Przygotowaliśmy listę materiałową uwzglęniajacą zarówno formę jak również kolejne spodziewane sztuki kadłubów testowych. Zabieramy się za laminat.

Modelowanie

Modelujemy

Przyjemną cześcią projektu jest moment kiedy wizja przeobraża się w coś bardziej namacalnego, a modele 3D i wizualizacje takie są. Dodatkowo potrzebne było przygotowanie kształtu części podwodnej, którą wykonaliśmy za pomocą profesjonalnego oprogramowania do modelowania kształtu kadłuba statku. Nasz cykl projektowy nie odbiegał zanadto od tego, jaki znajduje zastosowanie przy projektowaniu pełnowymiarowych jednostek pływających, z tą różnicą, że poszczególne etapy trwały znacznie krócej. Udało nam się zoptymalizować kształt kadłuba dla prognozowanej prędkości projektowej, dzięki temu liczyliśmy na niskie zapotrzebowanie na energię, a to przekładało się dalej na znaczną autonomiczność łodzi.

Projekt części pokładowej zmienialiśmy wielokrotnie, poszukując optymalnego zagospodarowania przestrzeni oraz możliwości właściwego rozstawienia oprzyrządowania, w szczególności anten. W koncepcji jednostka pomiarowa miała być wyposażona w panele słoneczne, żeby jeszcze bardziej wydłużyć czas pracy urządzenia. Panele pochłaniały znaczną część przestrzeni pokładowej.

Ważnymi punktami przy planowaniu pokładu było również rozmieszczenie kamer, czujników przeszkód oraz pozostawienie właściwej przestrzeni wewnątrz jednostki na zamontowanie dodatkowych opcji jak kamera podwodna, dodatkowy zestaw baterii itp. Projekt jest nadal żywy, stale rozwijany i będzie jeszcze z pewnością ulegał dalszym zmianom. Jednak musimy od czegoś materialnie zacząć. Zaczynamy od kadłuba.