The Manta Drive: Proof-of-concept voor een ROV-voortstuwingssysteem. 8 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Elk onderwatervoertuig heeft zwakke punten. Alles wat de romp doorboort (deur, kabel) is een potentieel lek, en als iets door de romp moet gaan en tegelijkertijd moet bewegen, neemt de kans op lekkage toe.

Deze Instructable schetst een aandrijfsysteem dat de noodzaak elimineert dat aandrijfassen de romp van een ROV doorboren ("Remotely Operated Vehicle" - een robotonderzeeër die wordt bestuurd via draad), en verwijdert ook de zeer reële mogelijkheid dat roterende waaiers verstrikt raken of vastlopen door onderwaterplanten of hangende lijnen. Het zou ook kunnen leiden tot voertuigen die een veel minder schadelijk effect hebben op de leefgebieden die ze gebruiken om te onderzoeken, vanwege het ontbreken van een "was" en omdat het ontbreken van roterende waaiers het risico op verwonding van dieren zal verminderen, de Manta Drive ontmoetingen.

Stap 1: Het concept

Het hele idee van de Manta Drive was geïnspireerd op een bezoek aan een aquarium waar leden van het publiek de kans kregen om kleine ROV's rond een hindernisbaan te besturen. Ik kreeg mijn eerste blik op de ROV's en realiseerde me twee dingen:

• Er waren veel plaatsen waar het water de binnenkant van de ROV's kon bereiken
• De ROV's zagen er niet goed uit - het waren gewoon dozen en ze zagen er niet uit om te zwemmen. Ze misten de elegantie die ik associeer met zwemmende dieren.

Later kwam ook het nadenken over macht over - de hoog-revolutie-waaiers die door de ROV's werden gebruikt, kwamen op mij over als machtshongerig. Ik kan het mis hebben en ik heb het stroomverbruik van de Manta Drive niet getest, maar dit is een secundaire overweging. Terwijl ik door het aquarium dwaalde, speelden de ROV's door mijn hoofd, en ik merkte dat ik ze vergeleek met elk dier dat ik zag. Hoe vergeleken ze? Kan de zwembeweging van het dier op elegante wijze worden nagebootst, op een manier die de integriteit van de romp* handhaaft? Toen ik naar vissen als roggen, zeekomkommers en steenvissen keek, realiseerde ik me dat de meest elegante voortstuwingsmethode de wuivende vin was. Ik realiseerde me ook iets belangrijks: vissen lekken niet. Een roterende as moet de romp volledig doorboren, werkend door een gat in de romp. Aan de andere kant zou een heen en weer gaande beweging (op en neer) kunnen werken door een flexibel, waterdicht membraan dat stevig rond bewegende delen kon worden bevestigd zonder te scheuren. Ik realiseerde me verder dat flexibele membranen kunnen verslijten, maar magneten niet, en magneten kunnen onbeperkt door alle niet-magnetische materialen heen werken. Maak de romp stijf, maar niet-magnetisch, en het risico op lekkage door het aandrijfsysteem wordt volledig geëlimineerd._{* Oh, ik ben daar even helemaal Star Trek geweest!}

Stap 2: Materialen en gereedschappen

Het enige dat ik eigenlijk voor dit project kocht, waren de magneten - kleine, verzonken neodymiummagneten van ebay. De rest was gemaakt van materiaal dat ik al in mijn schuur had liggen - sloophout, bamboespiesen en een paar dode balpennen. er was geen speciaal gereedschap nodig - een ijzerzaag voor junioren met bladen voor hout en metaal, een lijmpistool, boormachine en mijn multitool. Gezondheid en veiligheidJe zult hete dingen, scherpe dingen en zeer flitsende dingen gebruiken. Wees voorzichtig. Wees extra voorzichtig met neodymiummagneten - ze kunnen pijnlijk knijpen en zullen versplinteren als ze samen vliegen.

Stap 3: De kaders

Ik sneed twee lege balpennen in vijf ongeveer gelijke lengtes van elk - drie om de ribben van de manta te pakken, twee om ze uit elkaar te houden.

Het frame zelf is gemaakt van drie lengtes gesneden uit sloophout - de basis is ongeveer 10 cm lang, de eindsecties zijn ongeveer 3 cm lang en worden bovenaan geboord met een twist-bit met dezelfde diameter als de bamboespiesen. Ik heb het hout aan elkaar gelijmd en vervolgens bamboe door de gaten en de stukjes pen geregen.

Stap 4: De ribben

De eigenlijke voortstuwing van de Manta Drive wordt gedragen door eenvoudige ribben. Deze zijn door de magneten aan het aandrijfmechanisme gekoppeld.

Eenvoudig. Ik heb bamboespiesen in de gaten van de magneten geregen en ze op hun plaats gelijmd, en vervolgens de bamboe op drie van de pennen op het frame geplakt.

Stap 5: De werkelijke aandrijving

De ribben zijn via magnetische krachten verbonden met het aandrijfmechanisme.

In een voltooide ROV zouden de interne magneten waarschijnlijk worden verplaatst door motoren of servo's. In dit model heb ik gewoon meer hendels gebruikt, verkorte versies van de ribben.

Stap 6: Aansluiten en rijden

De schijf is niet bedoeld om de magneten in direct contact te brengen en verslaat het object toch.

In de uiteindelijke ROV zal er een niet-magnetische romp zijn tussen de ribben en de aandrijving. Niet-magnetische lucht doet hetzelfde, dus alles wat ik nodig had was een set afstandhouders om de twee sets magneten uit elkaar te houden. Meer sloophout (6 cm lang, als je geïnteresseerd bent), met stukjes bamboe om te voorkomen dat het naar één kant wegglijdt.

Stap 7: Werken aan het model

De bediening is in principe heel eenvoudig: wanneer de hendels in de ROV bewegen, bewegen de stekels aan de buitenkant. De kunst is om de ribben in een bruikbare volgorde te bewegen. In deze video heb ik een eenvoudige "beugel" gemaakt van meer bamboe, schoof het over de aandrijfhendels en gebruikte het om de hendels in een basisgolfvolgorde te bewegen. In de laatste ROV zouden de hendels eenvoudig worden bewogen door een nokkenas aangedreven door een enkele motor. Voor meer controle, waardoor "golven" van verschillende lengte en frequentie mogelijk zijn, kan elke hendel afzonderlijk worden bewogen door een microprocessorgestuurde servomotor.

Stap 8: Toekomstige stappen

Het is duidelijk dat het model zoals gepresenteerd in stap 7 niets zal aandrijven. Een voltooide ROV heeft een rij ribben aan elke kant van de romp, aanzienlijk meer ribben dan drie. Tussen de ribben heeft de ROV ofwel een enkel membraan, zodat rimpelingen in het membraan de voortstuwingskracht zullen leveren. Het omkeren van de richting van de golf keert de stuwkracht om. ROV's veel goedkoper dan de professionele apparaten die momenteel beschikbaar zijn. Met behulp van de magnetisch gekoppelde aandrijving zou de romp gemakkelijk te verkrijgen zijn en gemakkelijk waterdicht te maken. Ik kan me voorstellen dat het goed zou werken met een stuk plastic rioolbuis met een grote diameter als romp. Bijpassende knelfittingen kunnen de uiteinden van de buis gemakkelijk afsluiten. Aanpassingen om een camera naar buiten te laten kijken of een stuurkabel naar binnen te laten, kunnen heel gemakkelijk waterdicht worden gemaakt, omdat ze geen beweging hoeven toe te staan. hobbyvoertuigen, gebruikt om de mysteries van het plaatselijke zwembad of kanaal te verkennen. Ik hoop echter dat de drive kan worden overgenomen door "serieuze" onderzoekers, omdat deze kan worden gebruikt om ROV's onopvallender te maken - met een romp die geschikt is gevormd en gekleurd, kan een Manta Drive ROV worden vermomd als een grote steenvis, of zelfs een echte mantarog. Dit zou hen in staat stellen om op een natuurlijkere manier met levende vissen om te gaan, op dezelfde manier als de Roboshark van de BBC of de Robot Tonijn van het Draper Laboratory, maar met minder technologische hindernissen om te springen (en veel goedkoper!)

Tweede prijs in de Instructables en RoboGames Robot Contest