测绘船在日本冲之岛的测试

ArduPilot团队的核心开发者Randy Mackay带来个人项目的分享,以下是他给大家分享的视频以及具体内容。

视频请扫码观看 :grin:
image

我想和大家分享我与AttracLab、岛内大学和Lighthouse公司合作自主船项目的成果。该项目由DeSET和日本基金会赞助,项目旨在提供技术,用技术协助他们实现2030年前以每100米×100米平方至少一个深度读数的分辨率绘制世界所有海洋地图的目标。目前大约只有20%的海洋能以这种深度的分辨率被检测,我的团队(Teanm)的目标是降低制造无人机的门槛。
image

一、我并不是要售卖这艘船,只是给大家提供一个参考框架的原型,让其他人可以参考借鉴,以下是一些可参考的内容:

1.自动驾驶仪是运行ArduPilot Rover-4.2.0-DEV的Cube Gold(HEX赫星的金色飞控)。

2.数传和手动控制通过HEX赫星的HereLink。

3.由AttracLab提供的框架,尺寸约为185厘米×30厘米×80厘米,由FRB制成。我希望这个框架是现成的,任何人都可以购买。但是在目前,原始制造商(并非Attraclab)在决定投入量产之前,他们需要先确定市场是否具有足够多的需求。

4.动力来自Torqeedo 1003c电机,马力约2HP。有两种支持的电池配置,一种是电机自带的0.915kWh Torqeedo电池,另一种是6块松下的ebike电池(总计2.4kWh)。

5.Hondex HS-E8声纳具有200米射程,通过NMEA提供深度和后向散射数据的定制固件(由Hondex提供)。令人遗憾的是,这个声纳的NMEA接口只提供GPS数据,所以我建议所有人复制这个设置数据,因为这样可以使用ArduPilot支持的其它声纳。

6.Mission Planner地面站用于实时检查车辆状态,任务规划和在引导模式下移动船只。
e96495ac5f5ea5ae895468c9b0d12cae_640_wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

我们在日本冲之岛对这艘船进行了四天的测试,一切都很顺利。73公里的海底被绘制出来(通过船只航行的距离来测量),因为这是船只第一次接触海水,并且考虑到每天时间限制的原因,对于这个测试结果我们是可以接受的。

下面是ReefMaster对数据进行处理后的结果:
ea5f27ffe51f56a0ee330e0d4b84814a_640_wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1
ReefMaster是一个Windows PC应用程序,使用来自声纳日志文件的数据创建3D水下地图,结合多通道声纳查看器和图形航路点管理

二、以下是我们在测试过程中的一些收获分享

1.我很高兴把我们原来的燃气发动机换成了Torqeedo,虽然它的成本比较高。除了线性反馈、安静运行和低燃油成本,该电机还提供大量信息,包括转速、电压、电流和任何错误提示。新的AP驱动器利用这一优势,保持整个系统的可靠工作,同时也让飞行员知道发生了什么。令我唯一不喜欢的地方在于电机在它第一次开始旋转时会有2秒或者3秒的延迟,听说这是为了保护电机免受电流突然增加的影响,但我从未见过其它电机/ESC组合需要这样做,这会使车辆第一次开始移动时的速度控制变得更加困难。尽管这会使车辆在第一次移动时控制有些困难,但是我还是强烈推荐使用 Torqeedo,而不是简单的直流电机或燃气发动机。

2.具有排水量船体的船在高速行驶时消耗大量的能量! 下面是一个粗略的图表,它是在电池耗尽一半的情况下,在不同速度下进行的反复测试得出的结论(所以它不是非常准确)。在2.0m/s (7.2km/h)以上的消耗增加尤为明显,我们最终确定1.8m/s (6.5km/h)作为能源消耗和可用时间之间的最佳平衡。也就是说,太快会耗尽电池,太慢会耗尽时间。
c0e4531a97862b5780457dc0a4e74f46_640_wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

3.这艘船在恶劣条件下航行的很好,但在顺风航行时,它的偏航控制比预期的要差。我怀疑是因为油门输出非常低,默认电机推力缩放不匹配几乎线性推力的电机。

4.这个框架非常灵活,比一艘大部分时间都沿着直线行驶的测绘船所需要的还要灵活。双体船可能是一个更好的选择,它虽然没有那么灵活,但效率可能更好。

三、在进行测试的一周里,我们也遇到了一些小问题,以下的问题是我们希望在不久的将来能够解决的。

1.这艘船的中部和尾部舱盖是用螺丝拧紧的,而不是用铰链铰接的,这意味着它需要一个钻头和几分钟的时间来打开或关闭。

2.在第二天测试时,松下的ebike电池在手动模式下剧烈行驶时断电。我们一直到那天结束才注意到这个故障,因为船一直在继续前进着,这个故障意味着那天的发电量只有2 kWh,而不是2.4kWh。总体来说,我很喜欢这些电池,因为它们大小合适(每个0.4kWh),便于携带,易于购买,易于充电。它们也有内置的安全功能,如短路保护,但另一方面,如果电流增加过快或总体电流过大,它们就会断电。因为他们不提供数字接口,所以没有办法直接知道他们是否断电了。

3.松下电池的电压(28V)低于Torqeedo电池的电压(32V),这意味着船的最高速度略低于它本可以达到的速度。这个问题在电池电量不足时尤其明显。寻找一个32V的替代电池几乎是不可能的,但Torqeedo电机似乎可以接受高达40V的电压(仅在台架测试),所以其它36V电池可能是一个不错的选择 (也许可以考虑Makita电动工具电池?)

4.IMU 陀螺仪校准(启动后很快自动运行)如果已经在水中,通常会在船上失败,详情见以下链接:

https://github.com/ArduPilot/ardupilot/issues/19160

5.Rover固件对DO_LAND_START任务命令的支持将使返回home点比使用引导模式或手动将任务推进到最后几个航点更容易。
3be9fe3d58084e06e36062cf7679dc07_640_wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

四、ArduPilot对船只的支持已经做得很好了,但还有一些可以改进的方法。

  • 对无人车和无人船提供SCurve支持。这应该可以通过简单地增加WP_RADIUS参数来改善转弯并允许减少转弯的攻击性。

  • 添加对使用CAN接口的较大Torqeedo电机的支持。

  • 添加对ePropulsion电机的支持。

  • 使用3D AI相机(如 OAK-D)、雷达或水下扫描声纳改进物体避障。

  • 支持侧扫声纳。

我还想用3D打印替代品替换该结构的转向系统,以便于其他人可以更轻松地将Torqeedo集成到他们的结构中。初始设计如下:
c8ad0cc4ec8f9f339ba03b7db911be38_640_wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

最后,我想添加太阳能电池板来扩大范围。如果使用Torqeedo电池(只需插入面板),这应该很容易,如果使用其它电池,我还不清楚应该怎么做。

END