اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران گزارش طراحی دقیق...

اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

گزارش طراحی دقیق کن ست

BARRACUDA1390م�ه�ر�م�ا�ه�

3

فهرست مطالبتغییرات بعد از طراحی اولیه•اعضای تیم•پروفیل عمر•ویژگی های سیستم•زیرسیستم ها و اجزای آن ها•شرح نرم افزار•بودجه بندی•زمان بندی •نتیجه گیری•


4

اعضای تیم

گروه الکترونیک و برنامه نویسی

محمدعلی تلخابی

سعید صبری

محمود تلخابی

گروه ساختارها و سیستم های مکانیکی

صالح جمع�ه زاده

محمد گلشنی

سعید صبری

barracuda تیمسرپرست: محمدعلی

تلخابیاستاد راهنما: دکتر

هادی گرایلو


5

خالصه ماموریت


ماموریت •تصویربرداری و فیلم برداری و ارسال بالدرنگ آن•

ملزومات ماموریت•به کارگیری بهینه و صحیح سیستم ناوبری اینرسی•رهاسازی و گسترش صحیح چتر•راه اندازی سیستم های تصویربرداری و ارسال داده•راه اندازی سیستم حرک�تی کن ست•

ماموریت جانبی• 500بازگشت به محل مع�ین بعد از رهاسازی ک�ن ست از ارتفاع •

متری با کم ترین فاصله از مقصد

6

تغییرات بعد از طراحی اولیه

سیستم نجات•نوع چتر•

سیستم هدایت•استفاده از سیستم ناوبری اینرسی•

سیستم کنترل زمینی•استفاده از مانیتورینگ•

طراحی مکانیکی•


7

پروفیل عمر


آماده سازی

راه اندازی سیستم

اوج گیری و آغاز تبادل اطاّلعات

آغاز سقوط

رسیدن کن ست به زمین

حرکت به سمت نقطه ی معیّن

8

ویژگی های سیستمتصمیماتی که کن ست تیم ما را متفاوت کرده است، بیشتر •

مربوط به ماموریت بازگشت به محل معین است که ذیالً به آن ها پرداخته می شود.

سیس�تم تعیین مسیر منحصر به فرد•استفاده از سیستمی نزدیک به سیستم ناوبری اینرسی به جای استفاده •

GPSمتداول از سیس�تم حرکتی منحصربه فرد•

با توجه به بررسی های انجام شده 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 کن ست در هوا به سمت هدف، آن را بر روی زمین به

سمت هدف روانه می کنیم.سیس�تم مانیتورینگ•

برای ثبت داده های دریافتی از کن ست به صورت نمودار و تصویر، از یک •سیستم مانیتورینگ استفاده می شود.


9

زیرسیستم ها و اجزای آن ها

•Descent Control Design (DCD)حسگرها•دوربین و پردازنده•مکانیک حرکت•


10

DESCENT CONTROL DESIGN


یکی از اهداف استفاده از چتر نجات سقوط آرام و ایمن کن ست •است، اما به کن ست اجازه می دهد که به اندازه کافی سریع

پایین بیاید تا از هدف منحرف نشود. عالوه بر این از چتر نجات می توان به عنوان وسیله هدایت نیز استفاده کرد؛ اما به دالیلی

هم چون عدم دقت، هزrینه و... این روش را به صرفه ندیدیم و فقط از چتر به عنوان وسیله ای برای سقوط ایمن بهره

rجسته ایم. اما باز هم با این وجود از تأثیر آن در هدایت غافلنشده ایم که در ادامه به توضیح ان نیز خواهیم پرداخت.

با توجه به قوانین مسابقات سایز چrتر قبل از بازشدن جزء سایز •کن ست محسوب شده و در تصمیم گیری ها تأثیرگذار است.

با توجه به اندازه چتر برای کمکr به بازشدن چتر، از چتر کوچکی •استفاده می کنیم تا نیروی اولیه الزم گسترش چترr را فراهم کند

و فضای مناسب برای هوا را فراهم سازد تا از سقوط سریع جلوگیری کند.

11

تغییرات


در ابتدا الزم است مکانیزم های مدنظر بیان شود و در ادامه به توضیح •هرکدام می پردازیم و مکانیزم انتخاب شده و دالیل انتخاب آن را بیان

خواهیم کرد.استفاده از دو چتر با قابلیت جداشدن•

مناسب است برای PDRبا توجه به توضیحات و معرفی های انجام شده در •اینکه فرودی سریع و ایمن داشته باشیم از چتری نیم کره ای و گالیدری استفاده

کنیم.استفاده از این ترکیب مزایای فراوانی دارد. برای آن که سقوطی سریع و با •

انحرافی کم را داشته باشیم، باید از چتر نیم کره ای با قطر کم کمک گرفت و دلیل استفاده از چتر گالیدری قابلیت هایی است که در هدایت، این چتر را

منحصر به فرد کرده است.زیرساخت های الزم برای پیاده سازی این طرح، دسترسی 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 کن ست جدا شود و چتر گالیدری باز شود و متناسب با سیستم هدایت، در هدایت از آن استفاده گردد.

12

تغییرات


استفاده از دو چتر با اندازه های متفاوت•اگر در سیستم نجات یک شی 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 شود. 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.

13

ملزومات

اهمیت

دلیل نیاز

زیاد کمک به رها سازی چتر نجات اصلی چتر با قطر کم

زیاد نیاز مسابقه؛ سقوطی ایمن با انحرافی کم. چتر با قطر زیاد

زیاد به منظور تسهیل در مرحله جداشدن از کن ست.

با توجه به مکانیزم انتخابی در ماموریت بازگشت به محل معین.

واصل


14

سخت افزار


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 کن ست 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 پذی�ری ،بلوکه کننده خوب ،االستیک بودن ،در دسترس ،وزن کم.•نخ مکرومه بافی•

به دلیل سبکی، محکم بودن و ابعاد مناسب•

15

محاسبات سقوط


اندازه چتر براساس فرمول زیر تعیین می شود که هر •مولفه معرفی شده است.

•Dقطر چتر = •mgوزن مجموعه کن ست = •Cd ضریب درگ (برگرفته از = aerospaceweb(•Vسرعت سقوط = •Dقطر چتر =

http://www.aerospaceweb.org/question/aerodynamics/q0231.shtml

16

پیش بینی های سقوط


متر بر 3با توجه به محاسبات ذکر شده، به سرعت حدود • 0.6ثانیه رسیدیم و برای این سرعت سقوط، قطر چتر را

متر انتخاب کردیم.الزم به ذکر است با ایجاد یک سوراخ در چتر برای •

سقوrطی پایدارتر و سریعتر، به خودی خود در ضریب درگ تغییر ایجاد می کنیم که برای جلوrگیری از سرعت بیش از

حد کن ست 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



17

استراتژی جداشدن چتر


1 2 3

18

حسگرها

ADXL330

CMP03

ADXRS300ABG


19

ملزومات حسگرها

اهمیت دلیل نیاز

زیاد بخشی از شبکه سنسور به منظور تعیین موقعیت

ژیروسکوپ

زیاد موقعیت، اندازه گیری سرعت شتاب سنج

متوسط

کمک به ناوبری، برای نشان دادن جهت کن ست

قطب نما


20

تغییرات، سعی در پیاده سازی GPSبه جای استفاده از سنسور •

سیستمی مشابه سیستم ناوبری اینرسی داریم؛ ازاین رو از سنسورهایی دیگر کمک می گیریم.


21

شتاب سنجADXL330 شتاب سنجr انتخابی:

± را دارد و می تواند شتاب های استاتیک را به 3gتوانایی اندازه گیریr تا خوبی اندازه گیری کند.

خروجی سه ولتاژ متغیر است که می توان به طور مستقیم با میکرو کنترلر اندازه گیری کرد

هرتز برای محور 1600 هرتز تا 0.5 قابل تنظیم از ADXL330پهنای باند است.Z هرتز برای محور 550 هرتز تا 0.5 اسrت و Y و Xهای

سرعت بسیار زیاد نسبت به سنسورهای الکترولیتی، جیوه ای و یا گرمایی..g میلی ولت به ازای هر 300خروجی

قیمت وزن ابعاد ولتاژ

کاریحساسی

تسنسور انتخابی

14000 4 4mm*4mm 3.6 تا 1.8ولت %1± ADXL330


22

ژیروسکوپ ADXRS300ABGسنسور انتخابی:

gyroیک ژیروسکوپ کامل در یک تراشه Zهمراه با محوrر

خروجی سرعت مطلق برای کارکرد دقیقتر بسیار کوچک و سبک

قیمت

ولتاژ کاری ابعاد وزن دمای کاری سنسور انتخابی

69000 5v 7mm × 7mm کم تر از

گرم0.5 125 تا 55از -

درجهADXRS300AB

G


23

قطب نماCMP03ماژول انتخابی:

است و استفاده از آن بسیار آسان I2C وPWMدارای دو خروجیاست.

Timing Pulse 1mS to 37mS in 0.1mS increments : 1خروجی I2C Interface, 0-255 and 0-3599 SCL speed up to : 2خروجی

1MHz

قیمت ولتاژ کاری ابعاد وزن دقت رزلوش

نماژول انتخابی

52000 5v 32mm x 35mm 4 گرم

4 تا 3درجه

0.1 درجه CMP03


24

پردازنده


•ATmega128 مگاهرتز16سرعت پردازنده: •رابط داده:• کیلوبایت128فلش مموری: ••SRAM / EEPROM:4کیلوبایت ولت5 تا 4.5ولتاژ کاری: •چیپ حافظه•

•ATMEL0736، 8( مگابایت، حالت SPI ؛)رابط سریال موازی برای مواقعی که در صورت کارنکردن درست ارتباطات،

نسخه ی پشتیبان داده ها را در خود ذخیره کند.

25

دوربین


26

گیرنده فرستنده


27

مکانیک حرکتخالصه•

مأموریت بازگشت به محل معین•


استفاده از چرخ های پهن استفاده ازمینی گیربکس قدرتمند

مکانیزم رهاسازی چتر مکانیزم حرکت روی زمین

28

تغییرات


به جای مکانیزم افزایش قطر چرخ ها و افزایش طول •کن ست، به دلیل نبود امکانات، از چرخ با پهنای زیاد

استفاده می شود.

29

تغییرات


به جای افزایش طول کن ست، ارتفاع آن از سطح زمین •افزایش یافته است.

30

نیازها


نیاز دلیل اهمیت

دنبالک تاشو کمک به حفظ تعادل در حرکت روی زمین

زیاد

آج دار بودن چرخ ها کمک در عبور از موانع زیادقدرت باالی موتور کمک در عبور از موانع

صرفه جویی در زمانزیاد

باالبودن بدنه ی کن ست از سطح زمین

صدمه ندیدن بدنه متوسط

داشتن دو موتور مجزا توانایی مانور و هدایت زیاد

موrتور گیربکس دار مینی•

31

سخت افزار


10 gr وزن 3-6 v ولتاژ80 mA آمپر در حالت� بی

باری 240 rpm دور در دقیقه

1.5 kg.cm گشتاور عملیاتی 25 mm طول موتور و گیربکس

220 دور عملیاتی 10 mm طول شافت160 mA آمپر در حالت

عملیاتی 3 mm قطر شافت

سانتی متر پالستیکی آجدار با شافت6.5چرخ •

32

سخت افزار


قطر چرخ میلی متر65قطر سوراخ میلی متر4

مرکزیسوراخ مرکز میلی متر6 تا 4

پالستیک فشرده جنسوزن گرم45

33

شرح نرم افزار انجام AVRو در محیط ++C/Cبرنامه نویسی نرم افزار پرواز، به زبان •

می شود. است.ATmega128میکروپروسسور استفاده شده، •نرم افزار پرواز، اطاّلعات را از حسگرها می خواند و با ایستگاه زمینی •

تبادل اطاّلعات می کند. اطاّلعات به صورت هم زمان به ایستگاه زمینی ارسال می شود. عالوه براین، از این اطاّلعات، برای اجرای مأموریت های

بعدی نیز استفاده می شود.ارتباط با ایستگاه زمینی را برقرار می کند.•محّل کن ست را از مجموعه ی سیستم ناوبری دریافت می کند.•نرم افزار تشخیص می دهد که کن ست در مرحله ی صعود است یا سقوط.• متر از محّل پرتاب، 100به محض این که کن ست، در ارتفاعی کم تر از •

برای مدّتی بدون تغییر ارتفاع باشد، نرم افزار پرواز، تشخیص می دهد که کن ست به زمین رسیده است.

تغییر سرعت، مالک ورود به مرحله ی بعدی عملیات است.•


34

بودجه بندی


مدل تعداد

جرم کل

توان مصرفی

هزینه ی کل

پردازنده ATmega128 1 3 2.5mw 7،000دوربین OV 660 1 20 60mw 28،000گیرنده

فرستندهRFM12BP 2 15 600mw 30،000

باتری Li-ion 1 50 - 20،000ژیروسکوپ ADXRS300ABG 1 5 69،000

قطب نما CMP03 1 4 52،000شتاب سنج ADXL330 1 4 14،000

موتور مینی گیربکس 2 20 960mw 15،000چرخ آج دار 2 90 - 28،000چتر نیم کره 2 10 - 1،000

بقیه قطعات

- - 129 - 36،000

مجموع مجموع - 350 - 300،000

35

زمان بندی


36

زمان بندی


37

زمان بندی


38

نتیجه گیرینتیجه فعالیت ها و درصد پیشرفت•

با توجه به طراحی اولیه و فعالیت های انجام شده تاکنون، طرح • درصد تکمیل شده است.80اولیه با رفع نواقص تا

درصد همکاری اعضا•


نام رشته سال ورودی

درصد مشارکت

محمدعلی تلخابی (سرپرست)

مهندسی الکترونیک 86 درصد20

صالح جمعه زاده خضربیگی

مهندسی مکانیک - جامدات

88 درصد20

محمد گلشنی مهندسی مکانیک - سیاالت

88 درصد20

سعید صبری مهندسی رباتیک 88 درصد20محمود تلخابی مهندسی برق 88 درصد20

39

نتیجه گیریبرنامه آینده•

استفاده از سیستم ناوبری اینرسی در مسابقات موشک های آبی •(Quadrotorو لیگ ربات های پرنده ی چهارملخه )

شرکت در مسابقات آتی کشوری و بین المللی•تکمیل طرح اولیه شامل مکانیزم افزایش قطر چرخ ها•استفاده از موشک ساخته شده توسط تیم برای رساندن کن ست •

به ارتفاع موردنظر


اولین دوره مسابقات ملی کنست ایران گزارش طراحی دقیق...

Documents