Transcript barracuda
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
گزارش طراحی دقیق کنست
BARRACUDA
مهرماه 1390
فهرست مطالب
•
تغییرات بعد از طراحی اولیه
•
اعضای تیم
•
پروفیل عمر
•
ویژگیهای سیستم
•
زیرسیستمها و اجزای آنها
•
شرح نرمافزار
•
بودجهبندی
•
زمانبندی
•
نتیجهگیری
3
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
تیم barracuda
استاد راهنما :دکتر هادی گرایلو
اعضای تیم
سرپرست :محمدعلی تلخابی
گروه ساختارها و سیستمهای مکانیکی
گروه الکترونیک و برنامهنویس ی
صالح جمعهزاده
محمدعلی تلخابی
محمد گلشنی
سعید صبری
ی
سعید صبر
محمود تلخابی
4
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
خالصه ماموریت
•
ماموریت
•
• تصویربرداری و فیلمبرداری و ارسال بالدرنگ آن
ملزومات ماموریت
•
• بهکارگیری بهینه و صحیح سیستم ناوبری اینرس ی
• رهاسازی و گسترش صحیح چتر
• راهاندازی سیستمهای تصویربرداری و ارسال داده
• راهاندازی سیستم حرکتی کنست
ماموریت جانبی
• بازگشت به محل معین بعد از رهاسازی کنست از ارتفاع 500متری با کمترین فاصله از
مقصد
5
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
تغییرات بعد از طراحی اولیه
•
سیستم نجات
•
• نوع چتر
سیستم هدایت
•
• استفاده از سیستم ناوبری اینرس ی
سیستم کنترل زمینی
•
• استفاده از مانیتورینگ
طراحی مکانیکی
6
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
پروفیل عمر
ی
آمادهساز
راهاندازی سیستم
ّ
اوجگیری و آغاز تبادل اطالعات
آغاز سقوط
رسیدن کنست به زمین
حرکت به سمت نقطهی ّ
معین
7
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
ویژگیهای سیستم
•
تصمیماتی که کنست تیم ما را متفاوت کرده است ،بیشتر مربوط به ماموریت بازگشت به محل
ً
معین است که ذیال به آنها پرداخته میشود.
•
سیستم تعیین مسیر منحصر به فرد
•
•
سیستم حرکتی منحصربهفرد
•
•
استفاده از سیستمی نزدیک به سیستم ناوبری اینرس ی به جای استفاده متداول از GPS
با توجه به بررس یهای انجامشده توسط اعضای تیم در مورد بازگشت به محل معین در
مسابقات برگزارشده در سطح دنیا به این نتیجه رسیدیم که کاراترین مکانیزم حرکت به سوی
هدف در زمین است؛ یعنی به جای هدایت و حرکت کنست در هوا به سمت هدف ،آن را بر
روی زمین به سمت هدف روانه میکنیم.
سیستم مانیتورینگ
•
برای ثبت دادههای دریافتی از کنست بهصورت نمودار و تصویر ،از یک سیستم مانیتورینگ
استفاده میشود.
8
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
زیرسیستمها و اجزای آنها
• )Descent Control Design (DCD
•
حسگرها
•
دوربین و پردازنده
•
مکانیک حرکت
9
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
DESCENT CONTROL
DESIGN
•
یکی از اهداف استفاده از چتر نجات سقوط آرام و ایمن کنست است ،اما به کنست اجازه می
دهد که به اندازه کافی سریع پایین بیاید تا از هدف منحرف نشود .عالوه بر این از چتر نجات
میتوان به عنوان وسیله هدایت نیز استفاده کرد؛ اما به دالیلی همچون عدم دقت ،هزینه و...
این روش را به صرفه ندیدیم و فقط از چتر به عنوان وسیلهای برای سقوط ایمن بهره
جستهایم .اما باز هم با این وجود از تأثیر آن در هدایت غافل نشدهایم که در ادامه به توضیح ان
نیز خواهیم پرداخت.
•
با توجه به قوانین مسابقات سایز چتر قبل از بازشدن جزء سایز کنست محسوب شده و در
تصمیمگیریها تأثیرگذار است.
•
با توجه به اندازه چتر برای کمک به بازشدن چتر ،از چتر کوچکی استفاده میکنیم تا نیروی اولیه
الزم گسترش چتر را فراهم کند و فضای مناسب برای هوا را فراهم سازد تا از سقوط سریع
جلوگیری کند.
10
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
تغییرات
•
در ابتدا الزم است مکانیزمهای مدنظر بیان شود و در ادامه به توضیح هرکدام میپردازیم و
مکانیزم انتخابشده و دالیل انتخاب آن را بیان خواهیم کرد.
•
استفاده از دو چتر با قابلیت جداشدن
• با توجه به توضیحات و معرفی های انجام شده در PDRمناسب است برای اینکه فرودی
سریع و ایمن داشته باشیم از چتری نیمکرهای و گالیدری استفاده کنیم.
• استفاده از این ترکیب مزایای فراوانی دارد .برای آنکه سقوطی سریع و با انحرافی کم را داشته
باشیم ،باید از چتر نیمکرهای با قطر کم کمک گرفت و دلیل استفاده از چتر گالید ری
قابلیتهایی است که در هدایت ،این چتر را منحصر به فرد کرده است.
• زیرساختهای الزم برای پیادهسازی این طرح ،دسترس ی به دو سیستم رهاساز جداگانه است
به طوری که در ابتدا چتر نیم کره ای رها شود و قسمت اعظمی از مسیر را طی کند و بعد از
آن این چتر از مجموعه کنست جدا شود و چتر گالیدری باز شود و متناسب با سیستم
هدایت ،در هدایت از آن استفاده گردد.
11
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
تغییرات
•
استفاده از دو چتر با اندازه های متفاوت
•
•
•
•
اگر در سیستم نجات یک ش ی قرار به استفاده از یک چتر باشد با توجه به محاسبات سرعت
سقوط ،به چتری به قطری نسبتا بزرگ خواهیم رسید که این قطر در یک سیستم نجات به عنوان
یک نقطه ضعف قلمداد می شود چرا که احتمال دارد در هنگام باز شدن چتر نیروی هوا در جریان
کار مشکل بوجود آورد.
حال برای حل این مشکل مناسب است از چتری کوچک با مساحت هوا خور کمتر کمک می گیریم و
با استفاده از نیرویی که بعد از باز شدن ایجاد می کند چتر اصلی را باز می کنیم .این سیستم شبیه
به عملی است که در چتر نجات چتر بازان صورت می گیرد.
استفاده از این چتر با محدودیت هایی نیز همراه است .این نوع چتر در سیستم هدایت کارایی نسبتا
باالیی را دارا نمی باشد و بیشتر نیز به عنوان وسیله ای برای فرود ایمن استفاده می ش ود .اما با
کمی تغییرات در ساختار آن می توان نقش آن را در سقوطی با انحراف کم افزایش داد؛ برای این
منظور می توانیم یک یا چند سوراخ در چتر ایجاد کرد
با توجه به محدودیت های اعمال شده در قوانین مسابقات در مورد هزینه ها ،ابعاد و وزن؛ برای
کنترل سقوط از دو چتر با اندازه های متفاوت استفاده می کنیم.
12
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
ملزومات
نیاز
دلیل
اهمیت
چتر با قطر کم
کمک به رها سازی چتر نجات اصلی
زیاد
چتر با قطر زیاد
نیاز مسابقه؛ سقوطی ایمن با انحرافی کم.
زیاد
واصل
به منظور تسهیل در مرحله جداشدن از کنست.
با توجه به مکانیزم انتخابی در ماموریت بازگشت به محل معین.
زیاد
13
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
سختافزار
•
با توجه به نوع انتخاب چتر ،در مرحله سقوط نیاز به استفاده از وسیله ای خاص به جز چتر
نداریم و نیاز به عاملی جز چتر را فقط در هنگام قرار گیری بر سطح زمین احساس می کنیم .با
توجه به اینکه برای رسیدن به موقعیت مشخص شده در ماموریت بازگشت به محل معین،
حرکت بر روی زمین را برگزیده ایم؛ باید بعد از رسیدن به زمین ،چتر را از بدنه کنست جدا کنیم.
•
ما از دو چتر استفاده می کنیم چرا که:
•
• طراحی و ساخت آن آسان است.
• وزن کلی سیستم چتر سبک تر است.
مواد الزم برای چتر
•
پالستیک
•
•
به دلیل انعظاف پذیری ،بلوکه کننده خوب ،االستیک بودن ،در دسترس ،وزن کم.
نخ مکرومه بافی
•
به دلیل سبکی ،محکم بودن و ابعاد مناسب
14
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
محاسبات سقوط
•
اندازه چتر براساس فرمول زیر تعیین می شود که هر مولفه معرفی شده است.
•
= Dقطر چتر
• = mgوزن مجموعه کنست
• = Cdضریب درگ (برگرفته از )aerospaceweb
• = Vسرعت سقوط
•
= Dقطر چتر
15
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
پیشبینیهای سقوط
•
با توجه به محاسبات ذکر شده ،به سرعت حدود 3متر بر ثانیه رسیدیم و برای این سرعت
سقوط ،قطر چتر را 0.6متر انتخاب کردیم.
•
الزم به ذکر است با ایجاد یک سوراخ در چتر برای سقوطی پایدارتر و سریعتر ،به خودی خود در
ضریب درگ تغییر ایجاد می کنیم که برای جلوگیری از سرعت بیش از حد کنست قطر چتر را
تغییر می دهیم.
•
سوراخ ایجاد شده شکل چتر را از نیم کره کامل دور می کند.
•
مرجع ضریب درگ ،آدرس زیر است.
•
http://www.aerospaceweb.org/question/aerodynamics/q0231.shtml
16
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
استراتژی جداشدن چتر
3
2
1
17
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
حسگرها
ADXL330
CMP03
ADXRS300ABG
18
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
ملزومات حسگرها
نیاز
دلیل
اهمیت
ژیروسکوپ
بخش ی از شبکه سنسور به منظور تعیین موقعیت
زیاد
شتابسنج
موقعیت ،اندازهگیری سرعت
زیاد
قطبنما
کمک به ناوبری ،برای نشان دادن جهتکنست
متوسط
19
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
تغییرات
•
به جای استفاده از سنسور ،GPSسعی در پیادهسازی سیستمی مشابه سیستم ناوبری
اینرس ی داریم؛ ازاینرو از سنسورهایی دیگر کمک میگیریم.
20
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
شتابسنج
شتاب سنج انتخابیADXL330 :
سنسور انتخابی
حساسیت
ولتاژ کاری
ابعاد
وزن
قیمت
ADXL330
±%1
1.8تا 3.6ولت
4mm*4mm
4
14000
توانایی اندازهگیری تا ±3gرا دارد و می تواند شتابهای استاتیک را به خوبی اندازهگیری کند.
خروجی سه ولتاژ متغیر است که می توان به طور مستقیم با میکرو کنترلر اندازه گیری کرد
پهنای باند ADXL330قابل تنظیم از 0.5هرتز تا 1600هرتز برای محور های Xو Yاست و 0.5هرتز
تا 550هرتز برای محور Zاست.
سرعت بسیار زیاد نسبت به سنسورهای الکترولیتی ،جیوهای و یا گرمایی.
خروجی 300میلی ولت به ازای هر .g
21
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
ژیروسکوپ
سنسور انتخابیADXRS300ABG :
ولتاژ کاری
سنسور انتخابی
دمای کاری
وزن
ابعاد
ADXRS300ABG
از 55-تا 125درجه
تر از 0.5گرم
کم
7mm × 7mm
5v
قیمت
69000
یک ژیروسکوپ کامل در یک تراشه gyro
همراه با محور Z
خروجی سرعت مطلق برای کارکرد دقیقتر
بسیار کوچک و سبک
22
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
قطبنما
ماژول انتخابیCMP03 :
ماژول انتخابی
CMP03
رزلوشن
0.1درجه
دقت
3تا 4درجه
وزن
4گرم
ولتاژ کاری
ابعاد
32mm x 35mm
5v
قیمت
52000
دارای دو خروجی PWMو I2Cاست و استفاده از آن بسیار آسان است.
خروجی Timing Pulse 1mS to 37mS in 0.1mS increments : 1
خروجی I2C Interface, 0-255 and 0-3599 SCL speed up to 1MHz : 2
23
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
پردازنده
•
ATmega128
•
سرعت پردازنده 16 :مگاهرتز
•
رابط داده:
•
فلش مموری 128 :کیلوبایت
•
4:SRAM / EEPROMکیلوبایت
•
ولتاژ کاری 4.5 :تا 5ولت
•
چیپ حافظه
•
8 ،ATMEL0736مگابایت ،حالت ( SPIرابط سریال موازی)؛ برای مواقعی که در
صورت کارنکردن درست ارتباطات ،نسخهی پشتیبان دادهها را در خود ذخیره کند.
24
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
دوربین
25
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
گیرندهفرستنده
26
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
مکانیک حرکت
•
خالصه
•
مأموریت بازگشت به محل معین
استفاده از چرخهای پهن
استفاده از
مینیگیربکس قدرتمند
مکانیزم رهاسازی چتر
مکانیزم حرکت روی زمین
27
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
تغییرات
•
به جای مکانیزم افزایش قطر چرخها و افزایش طول کنست ،به دلیل نبود امکانات ،از چرخ با
پهنای زیاد استفاده میشود.
28
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
تغییرات
•
به جای افزایش طول کنست ،ارتفاع آن از سطح زمین افزایش یافتهاست.
29
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
نیازها
نیاز
دلیل
اهمیت
دنبالک تاشو
کمک به حفظ تعادل در حرکت روی زمین
زیاد
دار بودن چرخها
آج
کمک در عبور از موانع
زیاد
قدرت باالی موتور
کمک در عبور از موانع صرفهجویی در زمان
زیاد
باالبودن بدنهی کنست از سطح زمین
صدمه ندیدن بدنه
متوسط
داشتن دو موتور مجزا
توانایی مانور و هدایت
زیاد
30
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
سختافزار
•
موتور گیربکسدار مینی
ولتاژ
دور در دقیقه
3-6 v
240 rpm
وزن
آمپر در حالت بی باری
طول موتور و گیربکس
25 mm
گشتاور عملیاتی
طول شافت
10 mm
دور عملیاتی
قطر شافت
3 mm
آمپر در حالت عملیاتی
10 gr
80 mA
1.5 kg.cm
220
160 mA
31
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
سختافزار
•
چرخ 6.5سانتی متر پالستیکی آجدار با شافت
قطر چرخ
65میلیمتر
قطر سوراخ مرکزی
4میلیمتر
سوراخ مرکز
4تا 6میلیمتر
جنس
پالستیک فشرده
وزن
45گرم
32
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
شرح نرمافزار
•
برنامهنویس ی نرمافزار پرواز ،به زبان C/C++و در محیط AVRانجام میشود.
•
میکروپروسسور استفادهشده ATmega128 ،است.
ّ
ّ
العات میکند.
اط
تبادل
مینی
ایستگاه
با
و
خواند
ی
م
حسگرها
از
ا
العات
اط
نر ّمافزار پرواز،
ز
ر
ّ
اطالعات بهصورت همزمان به ایستگاه زمینی ارسال میشود .عالوهبراین ،از این اطالعات ،برای
اجرای مأموریتهای بعدی نیز استفاده میشود.
•
ارتباط با ایستگاه زمینی را برقرار میکند.
ّ
محل کنست را از مجموعهی سیستم ناوبری دریافت میکند.
•
نرمافزار تشخیص میدهد که کنست در مرحلهی صعود است یا سقوط.
محل پرتاب ،برای ّ
به محض اینکه کنست ،در ارتفاعی کمتر از 100متر از ّ
مدتی بدون تغییر
ارتفاع باشد ،نرمافزار پرواز ،تشخیص میدهد که کنست به زمین رسیدهاست.
•
تغییر سرعت ،مالک ورود به مرحلهی بعدی عملیات است.
•
•
•
33
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
بودجه بندی
توان مصرفی
هزینهی کل
مدل
ATmega128
1
3
2.5mw
7،000
OV 660
1
20
60mw
28،000
RFM12BP
2
15
600mw
30،000
Li-ion
1
50
-
20،000
ADXRS300ABG
1
5
69،000
CMP03
1
4
52،000
ADXL330
1
4
14،000
پردازنده
تعداد
دوربین
گیرنده فرستنده
باتری
ژیروسکوپ
قطبنما
شتابسنج
جرم کل
موتور
مینیگیربکس
2
20
960mw
15،000
چرخ
آجدار
2
90
-
28،000
چتر
نیمکره
2
10
-
1،000
-
129
-
36،000
-
350
-
300،000
بقیه قطعات
مجموع
مجموع
34
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
زمانبندی
35
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
زمانبندی
36
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
زمانبندی
37
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
ی
نتیجهگیر
•
نتیجه فعالیت ها و درصد پیشرفت
•
• با توجه به طراحی اولیه و فعالیتهای انجامشده تاکنون ،طرح اولیه با رفع نواقص تا 80
درصد تکمیل شدهاست.
درصد همکاری اعضا
سال ورودی
درصد مشارکت
محمدعلی تلخابی (سرپرست)
مهندس ی الکترونیک
86
20درصد
صالح جمعهزاده خضربیگی
مهندس ی مکانیک -جامدات
88
20درصد
محمد گلشنی
مهندس ی مکانیک -سیاالت
88
20درصد
سعید صبری
مهندس ی رباتیک
88
20درصد
محمود تلخابی
مهندس ی برق
88
20درصد
رشته
نام
38
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران
ی
نتیجهگیر
•
برنامه آینده
•
•
•
•
استفاده از سیستم ناوبری اینرس ی در مسابقات موشکهای آبی و لیگ رباتهای پرندهی
چهارملخه ()Quadrotor
شرکت در مسابقات آتی کشوری و بیناملللی
تکمیل طرح اولیه شامل مکانیزم افزایش قطر چرخها
استفاده از موشک ساختهشده توسط تیم برای رساندن کنست به ارتفاع موردنظر
39
اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران