सेल्फ-ड्राइविंग बोट (ArduPilot Rover) का निर्माण: 10 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:18

फ्यूजन 360 प्रोजेक्ट्स »

तुम्हें पता है क्या अच्छा है? मानवरहित सेल्फ ड्राइविंग वाहन। वे वास्तव में इतने अच्छे हैं कि हमने (मेरे यूनी सहयोगियों और मैंने) 2018 में खुद को बनाना शुरू कर दिया। यही कारण है कि मैंने इस साल अपने खाली समय में इसे खत्म करने का फैसला किया।

इस निर्देशयोग्य में मैं इस परियोजना को आपके साथ साझा करना चाहता हूं और आपको अपना स्वयं का ड्राइविंग वाहन बनाने में मदद करना चाहता हूं। मैंने एक छोटा YouTube वीडियो भी बनाया है जो परियोजना की सतह को खरोंचता है और आपको रास्ते में होने वाली सभी दुर्घटनाओं का त्वरित विवरण देता है। यह निर्देशयोग्य सहसंबंधी मार्गदर्शिका है जो बताती है कि यह चीज़ वास्तव में कैसे काम करती है।

यह किसके लिए निर्देश योग्य है और इसे कैसे पढ़ा जाए

इस निर्देशयोग्य के वास्तव में दो उद्देश्य हैं। सबसे पहले और सबसे महत्वपूर्ण, मैं जो कुछ मैंने बनाया और सीखा है उसे साझा करना चाहता हूं और आप लोगों को सेल्फ ड्राइविंग वाहन बनाने में दिलचस्पी लेना चाहता हूं। माध्यमिक उद्देश्य परियोजना और इसके अधिकांश विवरणों का दस्तावेजीकरण करना है ताकि मेरे पुराने विश्वविद्यालय में अगला छात्र समूह, जो परियोजना को उठाता है, जानता है कि क्या हो रहा है।

यदि आप यहां केवल मनोरंजन के लिए हैं, तो आप पैरामीटर सूचियों और सटीक वायरिंग आरेख जैसे विवरणों को अनदेखा कर सकते हैं। मैं शुरुआत में चरणों को बहुत सामान्य रखने की कोशिश करूंगा, ताकि उन्हें किसी भी ArduPilot RC नाव पर लागू किया जा सके और विवरण को अंत में रखा जा सके।

परियोजना दो भागों में समाप्त हो गई थी और निर्देशयोग्य उसी संरचना का अनुसरण करता है। मैं पहले भाग को "मांसपेशियों" के रूप में संदर्भित करने जा रहा हूं क्योंकि इसमें सभी बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स और नावों के पतवार शामिल हैं। फिर मैं "ब्रेन" पर जा रहा हूं जो नाव के ऊपर एक छोटा सा बॉक्स है, जिसमें मुख्य नियंत्रक और सभी रिसीवर ट्रांसमीटर सामान शामिल हैं।

केंद्रप्राइज़ की उत्पत्ति

ठीक है, यहाँ इस प्रोजेक्ट की बैकस्टोरी है, अगर आपने इसे पहले से वीडियो में नहीं सुना है। यह परियोजना 2018 में शुरू हुई जब मैं अभी भी विश्वविद्यालय में था। हम चौथे सेमेस्टर के अंत में थे जो 5वीं की ओर जा रहा था। हमारे विश्वविद्यालय में आपको लगभग 6 महीने के लिए एक टीम प्रोजेक्ट करने को मिलता है। आप या तो तैयार परियोजनाओं की सूची (अच्छे ग्रेड का अच्छा मौका) में से चुन सकते हैं या अपनी खुद की परियोजना शुरू कर सकते हैं (मेरी जानकारी में इससे पहले किसी ने भी ऐसा नहीं किया)। इस प्रोजेक्ट के लिए आपको 12 क्रेडिट पॉइंट भी मिलते हैं, जो इसे बैचलर्स थीसिस के बराबर बनाता है। इस तरह असफल होना वास्तव में आपके समग्र ग्रेड में अंतर ला सकता है।

मैंने निश्चित रूप से एक परियोजना को खरोंच से शुरू करने का फैसला किया और एक टीम-प्रोजेक्ट की डंपस्टर आग में इस यात्रा पर मेरा पीछा करने के लिए 4 गरीब आत्माएं मिलीं। हमने 5 लोगों की न्यूनतम आवश्यक टीम के आकार के साथ शुरुआत की लेकिन हम में से 2 बाद में चले गए। हमें १५०० € भी दिए गए थे, लेकिन हमें इसे किसी भी सुंदर चीनी वेबशॉप पर खर्च करने की अनुमति नहीं थी, जिसमें हमेशा नवीनतम और महानतम इलेक्ट्रॉनिक्स हों। इसके बजाय हम अच्छे पुराने जर्मन इलेक्ट्रॉनिक्स आपूर्तिकर्ताओं के लिए बाध्य थे। स्पॉयलर: इस तरह से सेल्फ ड्राइविंग बोट कंपोनेंट्स प्राप्त करना असंभव है।

मूल विचार

जब हमने परियोजना के लिए एक विचार के बारे में सोचा, तो हमने ड्रोन से संबंधित कुछ करने के बारे में सोचा क्योंकि ड्रोन अब तक की सबसे अच्छी चीज हैं। हालाँकि सामान्य उड़ने वाले ड्रोन पहले से ही एक चीज़ हैं और हम कुछ और उपन्यास बनाना चाहते थे। इसलिए हमने एक ड्रोन बोट बनाने का फैसला किया। हमें यह विचार पास की एक झील के कारण मिला।

झील 12km^2 के क्षेत्र को कवर करती है और ज्यादातर सिर्फ 1.5m गहरी है। इसका मतलब है कि यह गर्मी के महीने में गर्म हो जाता है, जबकि इसमें पानी भी कम होता है। आप जानते हैं कि कौन सा जीवन स्वरूप गर्म पानी से प्यार करता है: साइनोबैक्टीरिया, जिसे जर्मनी में नीला शैवाल भी कहा जाता है। सही परिस्थितियों में ये चीजें कुछ ही समय में पुन: उत्पन्न हो सकती हैं और विषाक्त पदार्थों का उत्पादन करते हुए बड़े क्षेत्रों को कवर कर सकती हैं जो मनुष्यों और जानवरों को समान रूप से नुकसान पहुंचा सकती हैं। नाव का उद्देश्य झील की सतह को नियमित रूप से साफ करना और शैवाल की एकाग्रता को मापना था। फिर एकत्र किए गए डेटा को हीटमैप में मुद्रित किया जा सकता है, यह समझने के लिए कि किन परिस्थितियों में शैवाल का निर्माण शुरू होता है और स्थानीय लोगों और पर्यटकों को वास्तविक समय की चेतावनी भी जारी करता है।

एक और स्पोइलर: हम कभी भी नीले शैवाल के लिए एक मापने वाली असेंबली बनाने और इसे नाव पर फिट करने में सक्षम नहीं थे, क्योंकि ऐसी असेंबली वर्री महंगी होती हैं और आमतौर पर जहाज पर 1mx1mx2m रैक में रखी जाती हैं, जो 1 मीटर लंबे के लिए एक अव्यवहारिक आकार है नाव। स्थानीय जीवविज्ञानी को यह देखने में सक्षम बनाने के लिए कि समय के साथ झील का बिस्तर कैसे बदलता है, नया ध्यान स्वचालित रूप से और सस्ते में झील से गहराई के नक्शे बनाने पर है। आवश्यक शारीरिक श्रम के कारण अभी इसे स्कैन करना बहुत महंगा है।

एक नीचे की ओर सर्पिल

कहानी पर वापस। पृष्ठभूमि के ज्ञान और योजना को इकट्ठा करने के पहले दो महीनों में हमने विचार किया कि ऐसी नाव की क्या आवश्यकता होगी: एक पतवार, एक इलेक्ट्रिक ड्राइव ट्रेन, सेल्फ-ड्राइविंग क्षमताएं, इंटरनेट नियंत्रणीयता,…। तभी मैंने फैसला किया कि हमें स्वायत्त ड्राइविंग पर ध्यान केंद्रित करते हुए लगभग हर चीज का निर्माण खुद करना चाहिए। यह एक बुरा विचार था, एक ऐसा विचार जो असफल होने और अनुमान लगाने के लिए काफी अभिशप्त था कि उसने क्या किया? ठीक 6 महीने बाद हमने अपना समय और पसीना एक विशाल आरसी नाव, केंटरप्राइज (छवि 4 में इन्फोग्राफिक) में डाला था। रास्ते में हम सीमित पैसे, कोई उपलब्ध इलेक्ट्रॉनिक्स और खराब टीम प्रबंधन के साथ संघर्ष करते रहे, जिसके लिए मैं सबसे अधिक जिम्मेदारी लेता हूं।

तो वहाँ यह था, केंटरप्राइज़, एक स्वायत्त मापने वाला वाहन जो न तो स्वायत्त था और न ही कुछ भी माप रहा था। उतनी सफलता नहीं जितनी आप देख सकते हैं। हम अपनी अंतिम प्रस्तुति के दौरान ग्रील्ड हो गए। सौभाग्य से हमारे प्रोफेसर ने हमारे सुने हुए काम को स्वीकार किया और फिर भी हमें एक अच्छा ग्रेड दिया, पिछले कुछ वर्षों में किसी भी अन्य परियोजना समूह से भी बदतर लेकिन ठीक है।

2020 अपग्रेड

मैं इस छात्र परियोजना को एक पूर्ण डंपस्टर आग कहने पर विचार करूंगा, लेकिन जैसा कि पुरानी कहावत है: "डंपस्टर की आग के निशान आपको मजबूत बनाते हैं"। इस अनुभव ने वास्तव में मुझे अपने लक्ष्यों को उचित रूप से मापने और मेरी निम्नलिखित सभी परियोजनाओं में केंद्रित रहने में मदद की। मुझे अभी भी एक मानव रहित वाहन के विचार से प्यार है जो जीवविज्ञानी को झील सर्वेक्षण करने और स्वयं ड्राइविंग नाव बनाने की सामान्य अपील करने में मदद कर सकता है। यही कारण है कि अब, एक साल बाद, मैं अपने नए प्राप्त FPV ड्रोन ज्ञान, सुंदर ओपन सोर्स प्रोजेक्ट ArduPilot और सस्ते इलेक्ट्रॉनिक्स साइटों की शक्ति का उपयोग करके इसे समाप्त करना चाहता था।

लक्ष्य इसे पूरी तरह से मापने वाली नाव में बदलना नहीं था, बल्कि सभी प्रणालियों को ऊपर उठाना और चलाना और एक ऑटोपायलट स्थापित करना था। इसका संपूर्ण होना जरूरी नहीं है। मैं बस इस बोट ड्राइव को अवधारणा के प्रमाण के रूप में देखना चाहता था।

इसके बाद मैं भविष्य की परियोजनाओं जैसे सीबेड की मैपिंग के लिए यूनिवर्सिटी को वर्किंग ऑटोनॉमस बोट पास करने जा रहा हूं। वैसे, मैं अकेला नहीं था। मेरे दोस्त अम्मार, जो 2018 में परियोजना समूह में भी थे, ने नाव के परीक्षण में मेरी मदद की।

आगे की हलचल के बिना, आइए इसमें शामिल हों

चरण 1: मांसपेशियां: पतवार

पतवार नाव का सबसे बड़ा हिस्सा है। न केवल इसके विशाल आयामों (100cm * 80cm) के कारण, बल्कि इसलिए भी कि इस कस्टम संरचना को बनाने में बहुत समय लगा। अगर मैं इसे फिर से करूंगा, तो मैं निश्चित रूप से शेल्फ भागों के लिए जाऊंगा। एक बंद आरसी नाव दुर्भाग्य से हमारे लिए कार्ड में नहीं थी, क्योंकि उन नावों में बहुत सीमित पेलोड क्षमता होती है। बॉडीबोर्ड या सर्फ़बोर्ड जैसा कुछ या हार्डवेयर स्टोर से पीवीसी पाइप्स की एक जोड़ी एक बहुत ही सरल उपाय होता जिसकी मैं केवल सिफारिश कर सकता हूं।

वैसे भी, हमारा पतवार फ़्यूज़न 360 में एक 3D मॉडल के साथ शुरू हुआ। मैंने एक बहुत विस्तृत मॉडल बनाया और वास्तव में इसे बनाने से पहले कई पुनरावृत्तियों के माध्यम से चला गया। मैंने मॉडल में प्रत्येक घटक को उचित वजन देना सुनिश्चित किया और यहां तक कि इंटीरियर का भी मॉडल तैयार किया। इससे मुझे नाव बनाने से पहले उसका अनुमानित वजन पता चल गया। मैंने "वाटर लाइन" डालकर, वाहन को काटकर और पानी के नीचे की मात्रा की गणना करके कुछ उछाल वाले अंशांकन भी किए। नाव एक कटमरैन है क्योंकि इस प्रकार का वाहन उच्च स्थिरता का वादा करता है, फिर एक एकल पतवार वाली नाव।

मॉडलिंग के घंटों के एक टन के बाद हमने पॉलीस्टीरिन प्लेटों से दो हलों के मूल आकार को काटकर नाव को जीवंत बनाना शुरू कर दिया। फिर उन्हें आकार में काट दिया गया, छेद भर दिए गए और हमने बहुत सारी सैंडिंग की। दो पतवारों को जोड़ने वाला पुल सिर्फ एक बड़ा लकड़ी का बक्सा है।

हमने फाइबर ग्लास की 3 परतों के साथ सब कुछ कवर किया। इस कदम में लगभग 3 सप्ताह का समय लगा और एक अच्छी चिकनी सतह प्राप्त करने के लिए मैनुअल सैंडिंग के दिनों में शामिल किया गया (0/10 अनुशंसित नहीं होगा)। उसके बाद हमने इसे अच्छे पीले रंग में रंग दिया और "Kenterprise" नाम जोड़ा। यह नाम जर्मन शब्द "केंटर्न" का एक संयोजन है जो डूबने और स्टार ट्रेक स्पेसशिप "यूएसएस एंटरप्राइज" का अनुवाद करता है। हम सभी ने सोचा कि यह नाम उस राक्षसी के लिए बिल्कुल उपयुक्त है जिसे हमने बनाया है।

चरण 2: मांसपेशियां: प्रणोदन प्रणाली

मोटर या पाल के बिना एक नाव में ड्रिफ्टवुड के टुकड़े की ड्राइविंग विशेषताएं होती हैं। इसलिए हमें खाली पतवार में एक प्रणोदन प्रणाली जोड़ने की जरूरत थी।

मैं आपको एक और स्पॉइलर देना चाहता हूं: हमारे द्वारा चुने गए मोटर बहुत शक्तिशाली हैं। मैं वर्तमान समाधान और इसकी कमियों का वर्णन करने जा रहा हूं और एक वैकल्पिक प्रणोदन प्रणाली का भी प्रस्ताव करता हूं।

वर्तमान समाधान

हम वास्तव में नहीं जानते थे कि नाव को कितने जोर की जरूरत है इसलिए हमने खुद को इनमें से दो रेसिंग बोट मोटर्स प्राप्त किए। उनमें से प्रत्येक 1 मीटर लंबी आरसी रेसिंग नाव को चलाने के लिए है और संबंधित इलेक्ट्रॉनिक गति नियंत्रक (ईएससी) लगातार 90 ए वितरित कर सकता है (यह खपत एक घंटे में एक बड़ी कार बैटरी को खत्म कर देगी)।

उन्हें पानी ठंडा करने की भी आवश्यकता होती है। आमतौर पर आप बस ईएससी और मोटर को कुछ ट्यूबिंग से जोड़ते हैं, इनलेट को नाव के सामने रखते हैं और आउटलेट को प्रोपेलर के सामने रखते हैं। इस तरह प्रोपेलर झील के पानी को शीतलन प्रणाली के माध्यम से खींचता है। हालांकि, विचाराधीन झील हमेशा साफ नहीं होती है और यह समाधान शीतलन प्रणाली को रोक सकता है और झील पर बाहर निकलते समय मोटर की विफलता का कारण बन सकता है। इसलिए हमने एक आंतरिक कूलिंग लूप के लिए जाने का फैसला किया जो पतवार के ऊपर एक हीट एक्सचेंजर के माध्यम से पानी को पंप करता है (छवि 3)।

अभी के लिए नाव में जलाशयों के रूप में पानी की दो बोतलें हैं और कोई हीट एक्सचेंजर नहीं है। जलाशय केवल तापीय द्रव्यमान को बढ़ाते हैं इसलिए मोटरों को गर्म होने में अधिक समय लगता है।

मोटर शाफ्ट दो सार्वभौमिक जोड़ों, एक एक्सल और एक तथाकथित स्टर्न ट्यूब के माध्यम से प्रोप से जुड़ा होता है, जो पानी को बाहर रखने के लिए होता है। आप दूसरी तस्वीर में इस असेंबली का एक साइड व्यू देख सकते हैं। मोटर को 3D प्रिंटेड माउंट के साथ एक कोण पर रखा गया है और प्रॉप्स भी प्रिंट किए गए हैं (क्योंकि मैंने पुराने को तोड़ा)। मुझे यह जानकर बहुत आश्चर्य हुआ कि ये प्रॉप्स मोटरों की ताकतों का सामना कर सकते हैं। उनकी ताकत का समर्थन करने के लिए मैंने ब्लेड को 2 मिमी मोटा बनाया और उन्हें 100% इन्फिल के साथ मुद्रित किया। प्रॉप्स को डिज़ाइन करना और प्रिंट करना वास्तव में विभिन्न प्रकार के प्रॉप्स को आज़माने और सबसे कुशल खोजने के लिए एक बहुत अच्छा अवसर है। मैंने अपने प्रॉप्स के 3D मॉडल संलग्न किए हैं।

एक संभावित विकल्प

परीक्षण से पता चला कि नाव को धीरे-धीरे घूमने के लिए केवल 10-20% थ्रॉटल रेंज की आवश्यकता होती है (1m/s पर)। सीधे 100% थ्रॉटल पर जाने से एक विशाल करंट स्पाइक होता है, जो पूरी नाव को पूरी तरह से निष्क्रिय कर देता है। इसके अलावा एक शीतलन प्रणाली की आवश्यकता बहुत कष्टप्रद है।

एक बेहतर समाधान तथाकथित थ्रस्टर्स हो सकता है। एक थ्रस्टर में मोटर सीधे प्रोपेलर से जुड़ी होती है। फिर पूरी असेंबली जलमग्न हो जाती है और इसलिए ठंडी हो जाती है। यहां संबंधित ईएससी के साथ एक छोटे थ्रस्टर का लिंक दिया गया है। यह अधिकतम 30 ए की धारा प्रदान कर सकता है, जो अधिक उपयुक्त आकार की तरह लगता है। यह संभवतः छोटे वर्तमान स्पाइक्स का निर्माण करेगा और थ्रॉटल को इतना सीमित करने की आवश्यकता नहीं है।

चरण 3: मांसपेशियां: संचालन

प्रणोदन शांत है, लेकिन नाव को भी मुड़ना पड़ता है। इसे हासिल करने के कई तरीके हैं। दो सबसे आम समाधान हैं रडर्स और डिफरेंशियल थ्रस्ट।

पतवार एक स्पष्ट समाधान की तरह लग रहा था इसलिए हम इसके लिए गए। मैंने फ़्यूज़न में एक पतवार असेंबली का मॉडल तैयार किया और 3 डी ने पतवार, टिका और एक सर्वो माउंट मुद्रित किया। सर्वो के लिए हम यह सुनिश्चित करने के लिए दो बड़े 25 किग्रा सर्वो चुनते हैं कि अपेक्षाकृत बड़े पतवार पानी के खिंचाव का सामना करने में सक्षम थे। फिर सर्वो को पतवार के अंदर रखा गया और पतले तारों का उपयोग करके एक छेद के माध्यम से बाहर की तरफ पतवार से जोड़ा गया। मैंने कार्रवाई में पतवारों का एक वीडियो संलग्न किया। इस यांत्रिक असेंबली चाल को देखना काफी सुखद है।

हालांकि पतवार बहुत अच्छे लग रहे थे, पहली टेस्ट ड्राइव से पता चला कि उनके साथ मोड़ त्रिज्या लगभग 10 मीटर है जो कि बहुत ही भयानक है। इसके अलावा पतवार सर्वो से डिस्कनेक्ट हो जाते हैं, जिससे नाव चलाने में असमर्थ हो जाती है। अंतिम कमजोर बिंदु उन तारों के लिए छेद है। यह छेद पानी के इतना करीब था, कि उलटने से यह जलमग्न हो गया, इसलिए पतवार के अंदरूनी हिस्से में पानी भर गया।

उन मुद्दों को ठीक करने की कोशिश करने के बजाय, मैंने पतवारों को एक साथ हटा दिया, छिद्रों को बंद कर दिया और एक विभेदक जोर समाधान के लिए चला गया। डिफरेंशियल थ्रस्ट के साथ, दो मोटर वाहन को मोड़ने के लिए विपरीत दिशा में मुड़ते हैं। चूंकि नाव लगभग उतनी ही चौड़ी है जितनी छोटी है और मोटरें केंद्र से बहुत दूर स्थित हैं, इससे मौके पर मुड़ने की अनुमति मिलती है। इसके लिए केवल थोड़े से कॉन्फ़िगरेशन कार्य (ESC और मुख्य नियंत्रक की प्रोग्रामिंग) की आवश्यकता होती है। ध्यान रखें कि एक नाव जो डिफरेंशियल थ्रस्ट का उपयोग करती है, यदि एक मोटर विफल हो जाती है, तो वह हलकों में घूमेगी। मैंने अनुभव किया होगा कि पहले चरण में वर्णित वर्तमान स्पाइक समस्या के कारण एक या दो बार।

चरण 4: मांसपेशियां: बैटरी

मेरे लिए ऐसा लगता है कि आरसी कंपोनेंट्स, जैसे कि इस नाव में इस्तेमाल होने वाले, किसी भी चीज से बहुत ज्यादा संचालित हो सकते हैं, एक घड़ी की बैटरी से लेकर परमाणु ऊर्जा संयंत्र तक। जाहिर है कि यह थोड़ा अतिशयोक्ति है लेकिन उनके पास काफी व्यापक वोल्टेज रेंज है। यह श्रेणी डेटा शीट में नहीं लिखी जाती है, कम से कम वोल्ट में तो नहीं। यह एस-रेटिंग में छिपा है। यह रेटिंग बताती है कि यह श्रृंखला में कितनी बैटरी कोशिकाओं को संभाल सकता है। ज्यादातर मामलों में यह लिथियम पॉलीमियर (LiPo) कोशिकाओं को संदर्भित करता है। फुल चार्ज होने पर इनमें 4.2V का वोल्टेज और खाली होने पर लगभग 3V का वोल्टेज होता है।

बोट मोटर्स 2s से 6s को संभालने में सक्षम होने का दावा करती है जो कि 6V की वोल्टेज रेंज में 25.2V तक अनुवाद करती है। हालांकि मैं हमेशा ऊपरी सीमा पर भरोसा नहीं करता, क्योंकि कुछ निर्माता अपने बोर्डों पर ऐसे घटकों को रखने के लिए जाने जाते हैं जो केवल कम वोल्टेज का सामना कर सकते हैं।

इसका मतलब यह है कि उपयोग करने योग्य बैटरी की एक विस्तृत विविधता है, जब तक वे आवश्यक वर्तमान प्रदान कर सकते हैं। और मैं वास्तव में एक उचित निर्माण करने से पहले दो अलग-अलग बैटरियों से गुजरा। यहाँ तीन बैटरी पुनरावृत्तियों का एक त्वरित ठहरनेवाला है जो नाव (अब तक) से गुजरी है।

1. लीपो बैटरी पैक

जब हमने नाव की योजना बनाई तो हमें पता नहीं था कि यह कितनी ऊर्जा की खपत करेगी। पहली बैटरी के लिए हम जाने-माने 18650 लीथियम आयन सेलों में से एक पैक बनाना चुनते हैं। हमने उन्हें निकल स्ट्रिप्स का उपयोग करके 4S 10P पैक में मिलाया। इस पैक की वोल्टेज रेंज 12V से 16.8V है। प्रत्येक सेल में 2200mAh है और इसे 2C (काफी कमजोर) की अधिकतम डिस्चार्ज दर पर रेट किया गया है, इसलिए 2 * 2200mA। चूंकि समानांतर में १० सेल हैं, यह केवल ४४ ए की चरम धाराएं दे सकता है और इसकी क्षमता २२एएच है। हमने पैक को बैटरी प्रबंधन बोर्ड (बाद में बीएमएस पर और अधिक) के साथ सुसज्जित किया है जो चार्ज संतुलन का ख्याल रखता है और वर्तमान को 20 ए तक सीमित करता है।

नाव का परीक्षण करने पर यह पता चला कि 20A अधिकतम करंट मोटरों की खपत से कम है और अगर हम ट्रॉटल स्टिक से सावधान नहीं थे तो BMS लगातार बिजली काट रहा था। यही कारण है कि मैंने बीएमएस को पुल करने का फैसला किया और पूर्ण 44 एएमपीएस प्राप्त करने के लिए बैटरी को सीधे मोटर्स से जोड़ दिया। बुरा विचार!!! जबकि बैटरियां थोड़ी अधिक शक्ति देने में कामयाब रहीं, कोशिकाओं को जोड़ने वाली निकल स्ट्रिप्स इसे संभाल नहीं सकीं। कनेक्शन में से एक पिघल गया और नाव के लकड़ी के इंटीरियर को धुआं पैदा करने का कारण बना।

हाँ, तो यह बैटरी वास्तव में उपयुक्त नहीं थी।

2. कार बैटरी

मेरी 2020 की अवधारणा के प्रमाण के लिए, मैंने एक बड़ी बैटरी का उपयोग करने का निर्णय लिया। हालाँकि, मैं कोई अतिरिक्त पैसा खर्च नहीं करना चाहता था इसलिए मैंने एक पुरानी कार की बैटरी का इस्तेमाल किया। कार की बैटरी पूरी तरह से डिस्चार्ज और रिचार्ज करने के लिए नहीं होती हैं, उन्हें हमेशा फुल चार्ज पर रखा जाना चाहिए और इंजन शुरू करने के लिए केवल शॉर्ट करंट बर्स्ट के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए। इसलिए इन्हें स्टार्टर बैटरी कहा जाता है। आरसी वाहन के लिए बैटरी के रूप में उनका उपयोग करने से उनका जीवनकाल काफी कम हो जाता है। एक अन्य प्रकार की लीड बैटरी होती है जिसमें अक्सर एक ही फॉर्म फैक्टर होता है और इसे विशेष रूप से डिस्चार्ज और कई बार रिचार्ज करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जिसे डीप साइकिल बैटरी कहा जाता है।

मैं अपनी बैटरी के कम आने से अच्छी तरह वाकिफ था, लेकिन मैं जल्दी से नाव का परीक्षण करना चाहता था और बैटरी वैसे भी पुरानी थी। खैर, यह 3 चक्र बच गया। अब जब भी मैं थ्रॉटल से टकराता हूं तो वोल्टेज 12V से 5V तक गिर जाता है।

3. LiFePo4 बैटरी पैक

"तीसरी बार एक आकर्षण है" वे कहते हैं। चूंकि मैं अभी भी अपना पैसा खर्च नहीं करना चाहता था, इसलिए मैंने अपने विश्वविद्यालय से मदद मांगी। निश्चित रूप से उनके पास मेरे सपनों की बैटरी थी। हमारा यूनी "फॉर्मूला स्टूडेंट इलेक्टिक" प्रतियोगिता में भाग लेता है और इसलिए उसके पास एक इलेक्ट्रिक रेस कार है। रेसिंग टीम ने पहले LiFePo4 कोशिकाओं से 18650 LiPo कोशिकाओं में स्विच किया क्योंकि वे हल्के हैं। इसलिए उनके पास कई प्रयुक्त LiFePo4 कोशिकाओं का एक भंडार है जिनकी उन्हें अब आवश्यकता नहीं है।

वे सेल अपने वोल्टेज रेंज में LiPo या LiIon कोशिकाओं से भिन्न होते हैं। इसमें 3.2V का नाममात्र वोल्टेज होता है और यह 2.5V से 3.65V तक होता है। मैंने उन ६०Ah कोशिकाओं में से ३ को ३एस पैक में इकट्ठा किया। यह पैक 3C उर्फ की पीक करंट डिलीवर कर सकता है। 180A और केवल 11V का अधिकतम वोल्टेज है। मैंने मोटर करंट को कम करने के लिए कम सिस्टम वोल्टेज के लिए जाने का फैसला किया। इस पैक ने आखिरकार मुझे 5 मिनट से अधिक समय तक नाव चलाने और स्वयं ड्राइविंग क्षमताओं का परीक्षण करने की अनुमति दी।

बैटरी चार्जिंग और सुरक्षा पर एक शब्द

बैटरी ऊर्जा केंद्रित करती है। ऊर्जा गर्मी में बदल सकती है और अगर यह गर्मी बैटरी की आग का रूप ले लेती है, तो आपके हाथ में एक समस्या है। इसलिए आपको बैटरियों को उस सम्मान के साथ व्यवहार करना चाहिए जिसके वे हकदार हैं और उन्हें सही इलेक्ट्रॉनिक्स से लैस करें।

बैटरी सेल में मरने के 3 तरीके होते हैं।

1. उन्हें उनकी न्यूनतम वोल्टेज रेटिंग (ठंड से मृत्यु) से कम पर डिस्चार्ज करना
2. उन्हें उनके अधिकतम रेटेड वोल्टेज से ऊपर चार्ज करना (सूजन, आग और विस्फोट हो सकता है)
3. बहुत अधिक करंट खींचना या उन्हें छोटा करना (इसलिए मुझे वास्तव में यह बताना होगा कि यह खराब क्यों हो सकता है)

बैटरी प्रबंधन प्रणाली उन सभी चीजों को रोकती है, इसलिए आपको उनका उपयोग करना चाहिए।

चरण 5: मांसपेशियां: वायरिंग

मांसपेशी भाग के लिए तारों को पहली छवि में दिखाया गया है। तल पर हमें बैटरी मिली है जिसे उपयुक्त फ्यूज के साथ जोड़ा जाना चाहिए (अभी कोई नहीं है)। मैंने चार्जर कनेक्ट करने के लिए दो बाहरी संपर्क जोड़े। उन्हें एक उचित XT60 कनेक्टर से बदलना एक अच्छा विचार होगा।

फिर हमारे पास एक बड़ा बैटरी स्विच होता है, जो बाकी सिस्टम को बैटरी से जोड़ता है। इस स्विच में एक वास्तविक कुंजी है और मैं आपको बता दूं, इसे चालू करना और नाव को जीवंत होते देखना बहुत संतोषजनक है।

मस्तिष्क बैटरी ग्राउंड से जुड़ा होता है जबकि ईएससी और सर्वो को शंट रेसिस्टर द्वारा अलग किया जाता है। यह छोटे नारंगी कनेक्शन के माध्यम से करंट को मापने की अनुमति देता है क्योंकि यह शंट रोकनेवाला पर एक छोटा वोल्टेज ड्रॉप का कारण बनता है।बाकी वायरिंग सिर्फ लाल से लाल और काले से काले रंग की होती है। चूंकि सर्वो अब वास्तव में उपयोग नहीं किए जाते हैं, उन्हें केवल अनदेखा किया जा सकता है। कूलिंग पंप नाव का एकमात्र घटक है जिसके लिए ठीक 12V की आवश्यकता होती है और यदि वोल्टेज इससे अधिक या कम है तो वे अच्छी तरह से काम नहीं करते हैं। इसलिए उन्हें एक रेगुलेटर की आवश्यकता होती है यदि बैटरी वोल्टेज 12V से ऊपर है या एक स्टेप अप कन्वर्टर है यदि यह उससे कम है।

पतवार स्टीयरिंग के साथ दोनों ईएससी सिग्नल तार मस्तिष्क पर एक ही चैनल पर जाएंगे। हालाँकि नाव अब डिफरेंशियल थ्रस्ट उर्फ का उपयोग करती है। स्किड स्टीयरिंग, इसलिए प्रत्येक ईएससी को अपना अलग चैनल होना चाहिए और सर्वो की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं है।

चरण 6: मस्तिष्क: अवयव

मस्तिष्क दिलचस्प इलेक्ट्रॉनिक्स से भरा एक बड़ा बॉक्स है। जिनमें से कई एफपीवी रेसिंग ड्रोन में पाए जा सकते हैं, और उनमें से कुछ वास्तव में मेरे अपने ड्रोन से निकाले गए थे। पहली छवि सभी इलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल दिखाती है। वे पीतल के पीसीबी स्टैंडऑफ का उपयोग करके एक दूसरे के ऊपर बड़े करीने से स्टैक्ड होते हैं। यह संभव है क्योंकि एफपीवी-घटक विशेष रूप कारकों में आते हैं जिन्हें स्टैक साइट कहा जाता है। नीचे से ऊपर तक हमारे स्टैक में निम्नलिखित शामिल हैं:

विद्युत वितरण बोर्ड (पीडीबी)

यह बात वही करती है जो नाम का तात्पर्य है और शक्ति वितरित करता है। बैटरी से दो तार आते हैं और यह विभिन्न मॉड्यूल को बैटरी से जोड़ने के लिए कई सोल्डर पैड प्रदान करता है। यह PDB 12V और 5V रेगुलेटर भी प्रदान करता है।

उड़ान नियंत्रक (एफसी)

फ्लाइट कंट्रोलर ArduPilot Rover फर्मवेयर चलाता है। यह कई तरह की चीजें करता है। यह कई पीडब्लूएम आउटपुट के माध्यम से मोटर नियंत्रकों को नियंत्रित करता है, यह बैटरी वोल्टेज और वर्तमान की निगरानी करता है, यह विभिन्न सेंसर और इनपुट और आउटपुट डिवाइस से जुड़ता है और इसमें एक जीरोस्कोप भी शामिल है। आप कह सकते हैं कि यह छोटा मॉड्यूल वास्तविक मस्तिष्क है।

आरसी रिसीवर

रिसीवर रिमोट कंट्रोल से जुड़ा है। मेरे मामले में यह आरसी विमानों के लिए फ्लाईस्की रिमोट है जिसमें दस चैनल हैं और यहां तक कि दो तरह से संचार भी स्थापित करता है ताकि रिमोट रिसीवर से सिग्नल भी प्राप्त कर सके। यह आउटपुट सिग्नल तथाकथित आई-बस प्रोटोकॉल का उपयोग करके एक तार के माध्यम से सीधे एफसी तक जाते हैं।

वीडियो ट्रांसमीटर (वीटीएक्स)

ब्रेन बॉक्स में थोड़ा सा एनालॉग कैमरा है। कैमरे का वीडियो सिग्नल FC को भेजा जाता है जो वीडियो स्ट्रीम में ऑन स्क्रीन डिस्प्ले (OSD) जोड़ता है, जिसमें बैटरी वोल्टेज जैसी जानकारी होती है। इसके बाद इसे वीटीएक्स को भेज दिया जाता है जो इसे दूसरे छोर पर एक विशेष 5.8GHz रिसीवर तक पहुंचाता है। यह हिस्सा कड़ाई से जरूरी नहीं है लेकिन यह देखने में सक्षम है कि नाव क्या देखती है।

बॉक्स के ऊपर एंटेना का एक गुच्छा है। एक वीटीएक्स से है, दो आरसी रिसीवर से। अन्य दो एंटेना निम्नलिखित घटक हैं।

टेलीमेट्री मॉड्यूल

433 मेगाहर्ट्ज एंटीना टेलीमेट्री मॉड्यूल से संबंधित है। यह छोटा ट्रांसमीटर एक इनपुट/आउटपुट डिवाइस है जो फ्लाइट कंट्रोलर को ग्राउंड स्टेशन (433 मेगाहर्ट्ज यूएसबी डोंगल वाला लैपटॉप) से जोड़ता है। यह कनेक्शन ऑपरेटर को दूर से पैरामीटर बदलने और आंतरिक और बाहरी सेंसर से डेटा प्राप्त करने की अनुमति देता है। इस लिंक का उपयोग नाव को दूर से नियंत्रित करने के लिए भी किया जा सकता है।

जीपीएस और कम्पास

नाव के ऊपर बड़ी गोल चीज वास्तव में एंटीना नहीं है। वैसे यह एक तरह का है लेकिन यह एक संपूर्ण जीपीएस मॉड्यूल और एक कंपास मॉड्यूल भी है। यह वही है जो नाव को उसकी स्थिति, गति और अभिविन्यास जानने में सक्षम बनाता है।

ड्रोन बाजार के विकास के लिए धन्यवाद, प्रत्येक मॉड्यूल के लिए चुनने के लिए विभिन्न प्रकार के घटक हैं। सबसे अधिक संभावना है कि आप स्विच करना चाहते हैं एफसी है। यदि आप अधिक सेंसर कनेक्ट करना चाहते हैं और अधिक इनपुट की आवश्यकता है तो कई अधिक शक्तिशाली हार्डवेयर विकल्प हैं। यहाँ उन सभी FC की सूची दी गई है जिनका ArduPilot समर्थन करता है, वहाँ पर एक रास्पबेरी पाई भी है।

और यहाँ मेरे द्वारा उपयोग किए जाने वाले सटीक घटकों की एक छोटी सूची है:

• एफसी: ओम्निबस F4 V3S Aliexpress
• RC रिसीवर: फ्लाईस्की FS-X8B Aliexpress
• टेलीमेट्री ट्रांसमीटर सेट: 433MHz 500mW Aliexpress
• वीटीएक्स: वीटी5803 अलीएक्सप्रेस
• जीपीएस और कम्पास: M8N Aliexpress
• संलग्नक: 200x200x100 मिमी IP67 Aliexpress
• रिमोट कंट्रोल: FLYSKY FS-i6X Aliexpress
• वीडियो रिसीवर: स्काईड्रॉइड 5, 8 गीगाहर्ट्ज अलीएक्सप्रेस

चरण 7: मस्तिष्क: वायरिंग

मस्तिष्क को अपना ऑपरेटिंग वोल्टेज सीधे बैटरी से मिलता है। इसे करंट शंट से एक एनालॉग वोल्टेज भी मिलता है और यह दोनों मोटर्स के लिए कंट्रोल सिग्नल को आउटपुट करता है। वे बाहरी कनेक्शन हैं जिन्हें ब्रेन बॉक्स के बाहर से एक्सेस किया जा सकता है।

अंदर से बहुत अधिक उलझा हुआ दिखता है। इसलिए मैंने पहली तस्वीर में थोड़ा वायरिंग आरेख बनाया है। यह उन सभी विभिन्न घटकों के बीच संबंध दिखाता है जिनका मैंने पिछले चरण में वर्णन किया था। मैंने PWM आउटपुट चैनलों और USB पोर्ट के लिए कुछ एक्सटेंशन कॉर्ड भी बनाए और उन्हें बाड़े के पीछे रूट किया (चित्र 3 देखें)।

स्टैक को बॉक्स में माउंट करने के लिए मैंने 3 डी प्रिंटेड बेस प्लेट का इस्तेमाल किया। चूंकि घटक (विशेष रूप से वीटीएक्स) गर्मी पैदा करते हैं, इसलिए मैंने एक 40 मिमी प्रशंसक को एक और 3 डी प्रिंटेड एडेप्टर के साथ जोड़ा। मैंने ढक्कन खोलने की आवश्यकता के बिना नाव पर बॉक्स को पेंच करने के लिए किनारों पर 4 काले प्लास्टिक के टुकड़े जोड़े। सभी ३डी प्रिंटेड भागों के लिए एसटीएल फाइलें संलग्न हैं। मैंने सब कुछ चिपकाने के लिए एपॉक्सी और कुछ गर्म गोंद का इस्तेमाल किया।

चरण 8: मस्तिष्क: अर्दुपायलट सेटअप

अर्डुपिलॉट विकी वर्णन करता है कि कैसे एक रोवर को बड़े विस्तार से स्थापित किया जाए। यहाँ रोवर प्रलेखन है। मैं यहां केवल सतह को खरोंचने जा रहा हूं। मूल रूप से एक ArduPilot रोवर को प्राप्त करने और सब कुछ सही ढंग से वायर्ड होने के बाद चलने के लिए निम्नलिखित चरण हैं:

1. फ्लैश ArduPilot फर्मवेयर एफसी के लिए (टिप: आप इसके लिए एक सामान्य एफपीवी ड्रोन सॉफ्टवेयर, बीटाफलाइट का उपयोग कर सकते हैं)
2. मिशन प्लानर जैसा ग्राउंड स्टेशन सॉफ्टवेयर इंस्टॉल करें और बोर्ड को कनेक्ट करें (इमेज 1 में मिशन प्लानर UI देखें)

3. एक बुनियादी हार्डवेयर सेटअप करें

   • जाइरो और कंपास को कैलिब्रेट करें
   • रिमोट कंट्रोल कैलिब्रेट करें
   • सेटअप आउटपुट चैनल

4. पैरामीटर सूची (छवि 2) के माध्यम से जाकर अधिक उन्नत सेटअप करें

   • वोल्टेज और वर्तमान सेंसर
   • चैनल मैपिंग
   • एल ई डी
5. एक परीक्षण ड्राइव करें और थ्रॉटल और स्टीयरिंग के लिए मापदंडों को ट्यून करें (छवि 3)

और बूम, आपके पास सेल्फ-ड्राइविंग रोवर है। बेशक उन सभी चरणों और सेटिंग्स में कुछ समय लगता है और कंपास को कैलिब्रेट करने जैसी चीजें काफी कठिन हो सकती हैं लेकिन दस्तावेज़ों की सहायता से, ArduPilot फ़ोरम और YouTube ट्यूटोरियल आप अंततः वहां पहुंच सकते हैं।

ArduPilot आपको सैकड़ों मापदंडों का एक उन्नत खेल का मैदान देता है जिसका उपयोग आप किसी भी सेल्फ-ड्राइविंग वाहन के निर्माण के लिए कर सकते हैं जिसके बारे में आप सोच सकते हैं। और अगर आपको कुछ याद आ रहा है तो आप इसे बनाने के लिए समुदाय के साथ जुड़ सकते हैं क्योंकि यह महान परियोजना खुला स्रोत है। मैं आपको केवल इसे आजमाने के लिए प्रोत्साहित कर सकता हूं, क्योंकि स्वायत्त वाहनों की दुनिया में आने का यह शायद सबसे आसान तरीका है। लेकिन यहाँ एक छोटी सी प्रो टिप है: एक विशाल RC नाव बनाने से पहले इसे एक साधारण वाहन के साथ आज़माएँ।

यहाँ उन्नत सेटिंग्स की एक छोटी सूची है जो मैंने अपने विशेष हार्डवेयर सेटअप के लिए की थी:

• RC MAP में परिवर्तित चैनल मैपिंग

  • पिच 2->3
  • थ्रॉटल 3->2
• सक्रिय I2C RGB LED
• फ़्रेम प्रकार = नाव

• सेटअप स्किड स्टीयरिंग

  • चैनल 1 = थ्रॉटल लेफ्ट
  • चैनल 2 = थ्रॉटलराइट
• चैनल 8 = फ्लाइटमोड
• चैनल ५ = शस्त्रीकरण/निरस्त्रीकरण

• सेटअप करंट और बैटरी मॉनिटर

  • BATT_MONITOR=4
  • फिर रिबूट करें। BATT_VOLT_पिन 12
  • BATT_CURR_पिन 11
  • BATT_VOLT_MULT 11.0

चरण 9: मस्तिष्क: कस्टम एलईडी नियंत्रक

मेक इट मूव प्रतियोगिता 2020 में प्रथम पुरस्कार