Manta Drive: Proof-of-concept för ett ROV-framdrivningssystem: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:47

Varje nedsänkt fordon har svagheter. Allt som genomborrar skrovet (dörr, kabel) är en potentiell läcka, och om något måste både genomborra skrovet och röra sig samtidigt multipliceras risken för läckage.

Denna instruktion beskriver ett drivsystem som eliminerar behovet av drivaxlar för att genomborra skrovet på en ROV ("Fjärrstyrt fordon" - en robotubåt som styrs via tråd) och tar också bort den mycket verkliga möjligheten att roterande pumphjul fastnar eller fastnar av undervattensväxter eller hängande linjer. Det kan också ge upphov till fordon som har en mycket mindre skadlig effekt på de livsmiljöer de används för att undersöka, på grund av avsaknaden av en "tvätt", och eftersom bristen på roterande pumphjul kommer att minska risken för att skada djur Manta Drive möten.

Steg 1: Konceptet

Hela idén med Manta Drive inspirerades av ett besök i ett akvarium där allmänheten fick chansen att lotsa små ROV runt en hinderbana. Jag fick min första titt på ROV: erna och insåg två saker:

• Det fanns många platser för vattnet att komma till insidan av ROV: erna
• ROV: erna såg inte rätt ut - de var bara lådor och såg inte ut att vara utformade för att simma. De saknade den elegans jag förknippar med simdjur.

Senare kom cogitation också att överväga makt-de högrevolutionella pumphjularna som används av ROV: erna tyckte mig som makthungrig. Jag kan ha fel, och jag har inte testat strömförbrukningen på Manta Drive, men detta är en sekundär övervägande. När jag vandrade i akvariet spelade ROV: erna i mitt sinne, och jag fann mig själv att jämföra dem med varje djur jag såg. Hur jämförde de? Kan djurets simrörelse replikeras elegant, på ett sätt som upprätthåller skrovets integritet*? När jag tittade på fisk som strålar, havsgurkor och stenfisk insåg jag att den mest eleganta framdrivningsmetoden var den viftande fenan. Jag insåg också något viktigt - fisk läcker inte ut. En roterande axel måste genomborra skrovet helt och arbeta genom ett hål i skrovet. Å andra sidan kan en fram- och återgående rörelse (upp och ner) fungera genom ett flexibelt, vattentätt membran som kunde fixeras ordentligt runt rörliga delar utan att riva. Jag insåg vidare att flexibla membran kan slits ut, men magneter gör inte det, och magneter kan verka genom alla icke-magnetiska material utan begränsningar. Gör skrovet styvt, men icke-magnetiskt, och risken för läckage på grund av drivsystemet elimineras helt._{* Åh, jag gick alla Star Trek för en sekund där!}

Steg 2: Material och verktyg

Allt jag faktiskt köpte för detta projekt var magneterna - små, försänkta neodymmagneter från ebay. Resten var gjord av material som jag redan hade lagrat i mitt skjul - skrot, bambuspett och ett par döda kulspetspennor. inga specialverktyg krävdes-en junior bågfil med blad för trä och metall, en limpistol, borr och mitt multiverktyg. Var försiktig. Var särskilt försiktig med neodymmagneter - de kan smeta smärtsamt och går sönder om de får flyga tillsammans.

Steg 3: Ramarna

Jag skär två tomma kulspetspennor i fem ungefär lika långa vardera-tre för att ta mantans revben, två för att placera ut dem.

Själva ramen är gjord av tre längder skurna av skrotvirke - basen är cirka 10 cm lång, ändpartierna är cirka 3 cm långa och borrade nära toppen, med en vridbit med samma diameter som bambuspettarna. Jag limmade ihop virket och träde sedan bambu genom hålen och pennbitarna.

Steg 4: Revbenen

Själva framdrivningen av Manta Drive bärs av enkla revben. Dessa är kopplade till drivmekanismen med magneterna.

Lätt. Jag gängade in bambuspett i hålen på magneterna och varmlimmade dem på plats, sedan limmade jag bambu på tre av pennbitarna på ramen.

Steg 5: Den faktiska enheten

Ribben är via magnetiska krafter anslutna till drivmekanismen.

I en färdig ROV skulle de interna magneterna förmodligen flyttas av motorer eller servon. I den här modellen använde jag bara fler spakar, förkortade versioner av revbenen.

Steg 6: Anslutning och enhet

Enheten är inte avsedd för magneterna att vara i direkt kontakt, och den besegrar ändå föremålet.

I den sista ROV kommer det att finnas ett icke-magnetiskt skrov mellan revbenen och drivenheten. Icke-magnetisk luft gör samma sak, så allt jag behövde var en uppsättning distanser för att hålla isär de två uppsättningarna magneter. Mer skrotvirke (6 cm långt, om du är intresserad), med bitar av bambu för att förhindra att det glider åt sidan.

Steg 7: Arbeta med modellen

Funktionen är i princip väldigt enkel: när spakarna rör sig inuti ROV, rör sig piggarna på utsidan. Tricket är att flytta revbenen i en användbar sekvens. I den här videon gjorde jag en enkel "fäste" av mer bambu, gled det över drivspakarna och använde det för att flytta spakarna i en grundvågssekvens. För mer kontroll, som tillåter "vågor" av olika längd och frekvens, kan varje spak flyttas individuellt av en mikroprocessorstyrd servomotor.

Steg 8: Framtida steg

Uppenbarligen kommer modellen som presenteras i steg 7 att driva ingenting. En färdig ROV kommer att ha en rad revben ner på varje sida av skrovet, betydligt fler revben än tre. Mellan revbenen kommer ROV antingen att ha ett enda membran, så att krusningar i membranet kommer att ge framdrivningskraften. Vid vändning av vågens riktning vänder dragkraften. ROV är mycket billigare än de professionella enheter som för närvarande finns tillgängliga. Med hjälp av den magnetkopplade drivenheten kan skrovet vara lätt att källa till och lätt att göra vattentätt. Jag föreställer mig att det skulle fungera bra med en längd av plastavloppsrör som skrov. Matchande kompressionsbeslag kan enkelt stänga av rörets ändar. Modifieringar för att låta en kamera se ut, eller en kontrollkabel att passera in kan göras vattentätt mycket enkelt, eftersom de inte behöver tillåta rörelse. För faktisk användning kommer ROV: er som drivs av Manta Drive, jag förväntar mig, att vara främst hobbyfordon, används för att utforska mysterierna i den lokala poolen eller kanalen. Jag skulle dock hoppas att enheten kunde tas upp av "seriösa" forskare, eftersom den kunde användas för att göra ROVs mer smygande - med ett skrov som är lämpligt format och färgat kan en Manta Drive ROV vara förklädd till en stor stenfisk, eller även en riktig Manta -stråle. Detta skulle göra det möjligt för dem att interagera med levande fisk mer naturligt, på ett liknande sätt som BBCs Roboshark eller Draper Laboratory's Robot Tuna, men med färre tekniska hinder att hoppa (och mycket billigare!)

Andra pris i Instructables och RoboGames Robot Contest