开源水下滑翔机-电路方案

描述: 低成本的自主式无人机已经取得了突破性的进展，并且随着这一能力的成熟已经形成了广泛的业余爱好和商业应用。没有负担得起的延长水下勘探平台，这个项目旨在解决这个需求。 利用商品硬件，3D打印部件和开源自动驾驶仪，我的目标是生产一种低成本和多功能的水下滑翔机，能够一次完成长达数周的任务。我希望通过建立这个平台，可以降低从业余爱好者，业余科学家到海产养殖者的水下项目的成本。 为什么滑翔机？ 传统的无人水下航行器依赖于主动推进，限制了其航程和运行时间，使其不适合长时间的监视任务。水下滑翔机使用浮力引擎来改变滑翔机的质量，使其能够在水中上升和下降。由于动力仅用于间歇性地驱动发动机，因此滑翔机通常可以运行数周或数月而不需要再充电，使其成为环境监测的理想选择。然而，现有的商业解决方案却很少（而且可用的解决方案非常昂贵），而且还有更少的爱好者项目。 由于水下滑翔机在水中缓慢行驶，所以它们很少干扰周围的水，从而实现准确可靠的数据记录。水下滑翔机通常是AUV（自主水下航行器），可以运行预定的路线，而不需要人为干预。它们的低速和自主性，加上电池寿命长，使得水下滑翔机非常适合长期使用，环境监测任务，能够记录溶解气体水平，pH值，温度和光学传感（用于海洋勘测和海洋生物记录）。 这款滑翔机是开源的，3D打印部件与现成的硬件相结合，使其成本低廉。考虑到项目的开放性，项目可以被分解以产生适合于特定场景的替代设计。例如; 将管材改为铝材，成为深海滑翔机或使用独特的传感器阵列进行专业应用。 我正在寻找使用与Pixhawk自动驾驶仪平台相结合的开放源代码Mission Planner，允许使用标准化界面控制滑翔机。 示例用例 随着对产品透明度和可追溯性的兴趣越来越高，环境监测变得越来越重要。海带农民可以使用滑翔机监测生长季节的水分状况（温度/ pH值/营养水平/污染），并将测量结果推向区块链。海带/海鲜可以包装一个二维码，这将引导你到一个网络前端，呈现增长的季节条件。将区块链和数据保险用于测量存储将消除测量篡改的可能性，因此消费者会知道他们的食物生长的条件以及他们正在吃什么。 怎么样？ 对于滑翔机的移动，浮力引擎吸水并增加滑翔机的密度。当滑翔机的密度变得比周围水的密度大时，滑翔机下降。滑翔机的机翼确保滑翔机前进，攻角可以改变，从而产生不同的滑翔机特性。当在下降的底部，浮力引擎将排出含水，使滑翔机更加浮力，使其上升，再次前进。 我设计的浮力引擎，用步进电机旋转时，用一个顶杆来移动针筒的端部，使柱塞进水。当进水时，滑翔机的体积保持不变，但整体质量增加，因此滑翔机的整体密度增加，滑翔机的浮力减小。 在滑翔机的中心将是一个控制俯仰和滚转的质量。质量应由锂离子电池和钢棒组成，形成实质性的质量，以便对滑翔机有足够的控制。质量应控制滑翔机的俯仰和滚转。步调马达将由另一个顶杆连接的步进电机控制，以使质心向前和向后移动，从而使质心向前和向后移动，从而影响俯仰。辅助步进电机将驱动一个行星齿轮箱来控制质量的摇摆。由于质量较重，向左侧滚动时，质心向左侧略微移动，使滑翔机向左侧稍微滚动，下降时弯曲。向右滚动质量会产生相反的效果。 每次下降的深度目前都是基于一个计时器，但是当前的硬件包括一个压力传感器，当达到一定的深度时，这个传感器可以允许滑翔机切换滑行状态。此外，IMU可以向微处理器（ATMEGA2560）提供有关俯仰的信息，并且这可以使用PID算法来确保滑翔机保持恒定的攻角，同时最小化功率使用。 该主板使用蓝色机器人公司的Fathom-S串行通信板卡，可以连接中性浮力绳索，使滑翔机可以在水下操作（因此也可以在水下进行编程，加速测试/开发）。这个系绳也可以取下，并用一个水密的帽子来代替。 显示滑翔机功能的所有不同部分如何在一起的系统图如下所示（单击图像查看完整大小的图像）: