Rov / drone marino autonomo

[unalberts]

Ciao,
ho da poco deciso di cominciare ad informarmi per quanto riguarda la costruzione di un drone marino che possa procedere per waypoint per fare missioni autonome; Mi piacerebbe mandarlo in missione e recuperarlo dopo diversi giorni con foto e misurazioni varie a testimonianza del percorso svolto;
Mi sono informato un pochino e vorrei cominciare con un modellino alimentato ad energia solare e capire fino a dove si puo arrivare e poi magari in un futuro anche a vela ma una cosa per volta...
ho visto in internet questo progetto SEACHARGER - SeaCharger Oceangoing Autonomous Boat - Home e ha addirittura attraversato l'oceano..bellissimo!

Volevo qualche consiglio per cominciare a mettermi sulla buona strada:
L'obiettivo 1 è quello di fare un prototipo che mi consenta di sciogliere le riserve riguardo motori / consumi e raggiungimento dei waypoint;

--come sistema di controllo pensavo ad un arducopter (ho visto che c'e la versione rover che permette il controllo di imbarcazioni).
-- per il la spinta stavo pensando sicuramente a dei brushless, magari ad un sistema con doppio motore per motivi di ridondanza e qui nasce il primo dubbio abissale.. quali sono i piu efficenti?? mi proccupa molto incontrare delle alghe o fili che compromettano l'elica per questo persavo idrogetto ma credo non sia la scelta migliore in quanto a consumi; Per il timone ?? meglio far girare tutto il motore o aver un classico timone a pinna?
grazie a chiunque vorrà darmi una mano in questa piccola pazzia..

[CarloRoma63]

Originalmente inviato da unalberts

Ciao,
ho da poco deciso di cominciare ad informarmi per quanto riguarda la costruzione di un drone marino che possa procedere per waypoint per fare missioni autonome; Mi piacerebbe mandarlo in missione e recuperarlo dopo diversi giorni con foto e misurazioni varie a testimonianza del percorso svolto;
Mi sono informato un pochino e vorrei cominciare con un modellino alimentato ad energia solare e capire fino a dove si puo arrivare e poi magari in un futuro anche a vela ma una cosa per volta...
ho visto in internet questo progetto SEACHARGER - SeaCharger Oceangoing Autonomous Boat - Home e ha addirittura attraversato l'oceano..bellissimo!

Volevo qualche consiglio per cominciare a mettermi sulla buona strada:
L'obiettivo 1 è quello di fare un prototipo che mi consenta di sciogliere le riserve riguardo motori / consumi e raggiungimento dei waypoint;

--come sistema di controllo pensavo ad un arducopter (ho visto che c'e la versione rover che permette il controllo di imbarcazioni).
-- per il la spinta stavo pensando sicuramente a dei brushless, magari ad un sistema con doppio motore per motivi di ridondanza e qui nasce il primo dubbio abissale.. quali sono i piu efficenti?? mi proccupa molto incontrare delle alghe o fili che compromettano l'elica per questo persavo idrogetto ma credo non sia la scelta migliore in quanto a consumi; Per il timone ?? meglio far girare tutto il motore o aver un classico timone a pinna?
grazie a chiunque vorrà darmi una mano in questa piccola pazzia..

Bell'idea, ma i problemi tecnici sono tanti. Il principale riguarda l'abnorme differenza tra la potenza erogabile da un pannello solare e quella richiesta dai motori. Un pannello solare eroga non più di 200W al metro quadro (arrivi a 300 se compri quelli supercostosi), il motore del barchino che vedi nella mia firma consuma 500W. E' quindi ovvio che la motorizzazione non permetterà mai di raggiungere velocità o, comunque, prestazioni tali da metterti al riparo da problemi dovuti al mare mosso. Devi prevedere anche l'utilizzo di batterie tampone per evitare che, in condizioni di irraggiamento solare irregolare, l'alimentazione sia troppo instabile. Occorre quindi che il pannello solare ricarichi le batterie, occorre un circuito che spegne tutto (motori ed elettronica) quando le batterie si scaricano e riavvii il tutto quando invece hai un minimo di carica disponibile. Ciò significa che il percorso da seguire deve essere memorizzato da qualche parte (una microSD, ad esempio).

Per i motori, certamente i brushless sono i più efficienti e più affidabili. Le specifiche di efficienza le trovi nei rispettivi datasheet, prima però devi sapere che caratteristiche devono avere (potenza, tensione di funzionamento e KV, ovvero quanti giri fanno per ogni volt di alimentazione).

Nel bilancio energetico, tieniti un buon 30% di margine a causa delle varie fonti di perdita di potenza (efficienza dei motori, dei relativi ESC, delle batterie, etc).

Per il timone, io opterei certamente per montarlo, magari protetto da uno skeeg per evitare che le alghe vi si possano impigliare. Non ha senso avere due motori per avere maggiore affidabilità ed aver bisogno di entrambi per manovrare. Anzi, il progetto della propulsione e del timone deve prevedere che il timone sia sufficientemente autorevole anche con un motore solo in funzione, riuscendo a vincere il momento virante della spinta asimmetrica di un solo motore. Se invece opti per due idrogetti, il timone ovviamente non serve ma devi sempre garantire la manovrabilità anche con un motore solo.

Rispetto a questi problemi, gli atri sono una barzelletta.

Buon lavoro

Carlo

[unalberts]

Ciao Carlo, grazie per la risposta;
I problemi di cui parli tu paradossalmente per me sono i piu semplci da affrontare rispetto a quelli considerati banali infatti sono super appassionato di elettronica ed automazione e non sarebbe un problema settare qualsivoglia profilo di carica delle batterie e gestione dei pannelli o delle pause dalla marcia tenendo una detta della batteria per le funzioni vitali come mantenere la memoria etc; Mi da fiducia il fatto che ci siano già riusciti quindi la sfida e riuscire a studiare il giusto compromesso;
I modelli che vedo nel forum sono VELOCISSIMI e generalmente piccoli e infatti non riesco a trovare delle info che siano veritiere per quel che mi serve, tipo il tuo da 500W quanto fa di velocità?
a me interessa che si muova non che vada veloce quella che ho visto faceva in media 1m/s.

Giusto per avere un ordine di grandezza per una barca sui 10kg che vada lenta (diciamo sui 5-8m/s) su che categoria di potenza/velocità/eliche devo andare con i brushless?

Quindi per il design doppio motore fisso e doppio timone che sia capace di governare con un qualsiasi motore o timone in avaria..

p.s. poi se una volta settato il prototipo non mi da fiducia aggiungiamo la complessità della vela ma voglio tentarle tutte prima

[CarloRoma63]

Originalmente inviato da unalberts

Ciao Carlo, grazie per la risposta;
I problemi di cui parli tu paradossalmente per me sono i piu semplci da affrontare rispetto a quelli considerati banali infatti sono super appassionato di elettronica ed automazione e non sarebbe un problema settare qualsivoglia profilo di carica delle batterie e gestione dei pannelli o delle pause dalla marcia tenendo una detta della batteria per le funzioni vitali come mantenere la memoria etc; Mi da fiducia il fatto che ci siano già riusciti quindi la sfida e riuscire a studiare il giusto compromesso;
I modelli che vedo nel forum sono VELOCISSIMI e generalmente piccoli e infatti non riesco a trovare delle info che siano veritiere per quel che mi serve, tipo il tuo da 500W quanto fa di velocità?
a me interessa che si muova non che vada veloce quella che ho visto faceva in media 1m/s.

Giusto per avere un ordine di grandezza per una barca sui 10kg che vada lenta (diciamo sui 5-8m/s) su che categoria di potenza/velocità/eliche devo andare con i brushless?

Quindi per il design doppio motore fisso e doppio timone che sia capace di governare con un qualsiasi motore o timone in avaria..

p.s. poi se una volta settato il prototipo non mi da fiducia aggiungiamo la complessità della vela ma voglio tentarle tutte prima

Per rispondere alla tua domanda ci sono due sistemi: studiare ingegneria navale o vedere come si comportano modelli simili ed entrambe le vedo complicate, la prima perché sono 5 anni di studio e la seconda perché non credo che esistano modelli simili a quello che vuoi fare tu. Forse i modelli più vicini possono essere quelli di riproduzioni di grandi navi (cerca Amirel, ad esempio) che, per esigenze di scala vanno a velocità molto più simili alla tua. Comunque 5-8 m/s sono 18-30km/h, che per uno scafo di 10 kg non è proprio poco, specialmente se lo vuoi alimentare a celle solari.

Comunque in rete c'è molta documentazione sugli scafi dislocanti, comincia a farti una prima idea https://www.baarca.net/resistenza-al...a-della-barca/


Carlo

[Milione]

5 metri al secondo non sono proprio pochi..sono 50 metri in 10secondi,300 al minuto...
Parti dal fatto che la potenza è data da Volt per Ampere:
Esempio pratico:12V per 10A di assorbimento hai una potenza erogata di 120Watt.
24V per 10A hai una potenza erogata di 240W.
A parità di consumi hai una potenza disponibile maggiore,che si traduce in più coppia disponibile,in modo da poter spostare piu acqua con un elica piu grande.
Se tu assorbissi 20Ampere a 12v avresti si una potenza di 240W,ma al doppio dei consumi e con una coppia minore,cioè dovrai montare eliche più piccole.
Ora io non sono espertissimo ma partirei da queste considerazioni per trovare il giusto motore.

[CarloRoma63]

Originalmente inviato da Milione

5 metri al secondo non sono proprio pochi..sono 50 metri in 10secondi,300 al minuto...
Parti dal fatto che la potenza è data da Volt per Ampere:
Esempio pratico:12V per 10A di assorbimento hai una potenza erogata di 120Watt.
24V per 10A hai una potenza erogata di 240W.
A parità di consumi hai una potenza disponibile maggiore,che si traduce in più coppia disponibile,in modo da poter spostare piu acqua con un elica piu grande.
Se tu assorbissi 20Ampere a 12v avresti si una potenza di 240W,ma al doppio dei consumi e con una coppia minore,cioè dovrai montare eliche più piccole.
Ora io non sono espertissimo ma partirei da queste considerazioni per trovare il giusto motore.

Parlando di velocità, il mio "lumaca" con 500 W fa 35 km/h, ma è uno scafo planante e pesa attorno al kg.

unalberts ha detto di essere abbastanza smaliziato in elettronica, quindi non credo che abbia bisogno di sapere come si calcola la potenza elettrica ma solo come allestire e motorizzare lo scafo, non avendo idea del rapporto tra potenza del motore, forma e dimensioni dello scafo e velocità raggiungibili.

Il problema è che gli scafi dislocanti hanno delle regole radicalmente diverse da quelli plananti a cui siamo abituati noi, quindi le considerazioni che facciamo di solito non sono facilmente applicabili. Il primo impatto di uno scafo dislocante è che, per una questione fisica legata alla sua lunghezza ed alle onde che genera, non può materialmente superare una determinata velocità, definita critica, a meno di non montarci un motore d'aereo e farlo decollare. Già uno scafo semidislocante non ha questo limite, ma la potenza necessaria per superare la velocità critica è comunque notevole.

Se potesse fare uno scafo planante sarebbe più facile, ma il peso e le dimensioni che propone lui non sono compatibili con la potenza necessaria per farlo planare, vista la necessità di alimentarlo, anche se indirettamente, a celle solari. Si finirebbe per avere un modello che naviga per 5 minuti a 30-40 km/h e sta fermo in ricarica per due o tre ore.

Per i neofiti elettrici ho scritto una guida sul dimensionamento ELETTRICO di un modello, anche se volutamente non entro nel merito del dimensionamento del motore rispetto al modello proprio per la vastità e complessità dell'argomento. La guida è comunque disponibile quì https://www.baronerosso.it/forum/mot...nsionarli.html

Carlo

[Milione]

Hai ragione Carlo.il tutto si traduce comunque al calcolo dell elica adatta a spostare tot acqua a tot velocità,ovviamente in base a peso forma e dimensioni.
Forse è la vera base di partenza.poi il calcolo della potenza adatta a far muovere quell elica.
La soluzione ideale sarebbe di montare dei motori subacquei,si trovano appositi per rov anche se a prezzi non proprio bassi.
Io monterei 2 batterie,va studiato un sistema che possa alternare l utilizzo delle stesse.mentre una si carica l altra lavora.

[unalberts]

Bellisismo il sito che mi hai passato me lo controllo a dovere prima di buttarmi a capofitto sullo scafo... per carità mi è bastata ingegneria elettrica ci manca solo navale poi pian piano che uno si appassiona cerca e approfondisce naturalmente ma farlo a priori per un hobby è troppo

guardate questo come ha fatto il primo prototipo per provare il sistema di navigazione hahaha
https://www.youtube.com/watch?v=msrbfZhuWuE

pero come primissima cosa devo riuscire a tirare fuori numeri per capire quanto consumano effettivamente i motori, quanta spinta generano e con quale elica e capire come funziona il sistema di navigazione

come motori mi è sembrato di capire che più lenti sono meglio si comportano a velocità basse se accoppiati con eliche con un buon pitch o numerose pale
come li vedete questi? ne prenderei due e c'e margine in quanto a potenza..
https://hobbyking.com/en_us/turnigy-...en_us_products

radio e receiver ed fpv li prendo in prestito dal drone

esc https://hobbyking.com/en_us/turnigy-...en_us_products

pero non trovo nulla per la trasmissione, avete qualche cinesazzo di riferimento o qualche consiglio diverso da hobbyking (che fin'ora ho sempre usato in maniera esclusiva)?


@milione
per la ricarica della batteria non è importante che ce ne siano due: per esempio per vederla in maniera semplicistica il pannello, le batterie e i motori sono tutti in parallelo, con le relative protezioni, regolatori etc etc, se il pannello produce 200W e il motore ne consuma 100 gli altri 100 vanno alla batteria fino alla carica completa della stessa, ugualmente se il motore necessita di 100W e il pannello ne produce 50, gli altri 50 li prende dalla batteria; Questo per piccole potenze dell'ordine delle centinaia di W è fatto anche in maniera automatica dai regolatori per pannelli solari che hanno una coppia di morsetti per il pannello, una per la batteria e una per il carico..

[nicolap]

L'idea del Rov autonomo non è male ma da elettronico posso confermare che l'autonomia giornaliera (a braccio) difficilmente potrebbe arrivare ad un'ora per un modello di quel peso. Ci sono inoltre molti fattori da considerare come il traffico navale, la presenza di bagnanti vicino alla riva e la navigazione in presenza di mare mosso. Io suggerirei di partire con un modello più piccolo per escursioni giornaliere. L'entusiasmo è una bellissima cosa ed è quello che ci porta a progetti ambiziosi ma è l'esperienza a portare i risultati migliori. Questo ovviamente è solo il mio punto di vista

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[CarloRoma63]

Originalmente inviato da unalberts

Bellisismo il sito che mi hai passato me lo controllo a dovere prima di buttarmi a capofitto sullo scafo... per carità mi è bastata ingegneria elettrica ci manca solo navale poi pian piano che uno si appassiona cerca e approfondisce naturalmente ma farlo a priori per un hobby è troppo

guardate questo come ha fatto il primo prototipo per provare il sistema di navigazione hahaha
https://www.youtube.com/watch?v=msrbfZhuWuE

pero come primissima cosa devo riuscire a tirare fuori numeri per capire quanto consumano effettivamente i motori, quanta spinta generano e con quale elica e capire come funziona il sistema di navigazione

come motori mi è sembrato di capire che più lenti sono meglio si comportano a velocità basse se accoppiati con eliche con un buon pitch o numerose pale
come li vedete questi? ne prenderei due e c'e margine in quanto a potenza..
https://hobbyking.com/en_us/turnigy-...en_us_products

radio e receiver ed fpv li prendo in prestito dal drone

esc https://hobbyking.com/en_us/turnigy-...en_us_products

pero non trovo nulla per la trasmissione, avete qualche cinesazzo di riferimento o qualche consiglio diverso da hobbyking (che fin'ora ho sempre usato in maniera esclusiva)?


@milione
per la ricarica della batteria non è importante che ce ne siano due: per esempio per vederla in maniera semplicistica il pannello, le batterie e i motori sono tutti in parallelo, con le relative protezioni, regolatori etc etc, se il pannello produce 200W e il motore ne consuma 100 gli altri 100 vanno alla batteria fino alla carica completa della stessa, ugualmente se il motore necessita di 100W e il pannello ne produce 50, gli altri 50 li prende dalla batteria; Questo per piccole potenze dell'ordine delle centinaia di W è fatto anche in maniera automatica dai regolatori per pannelli solari che hanno una coppia di morsetti per il pannello, una per la batteria e una per il carico..

Con quel motore non hai certo problemi di potenza... ma forse sono anche troppo grossi per l'ottimizzazione dei consumi. Un parametro che devi controllare nei motori è il loro assorbimento a vuoto, che viene ovviamente misurato alla massima tensione di lavoro. in quel motore hai ben 2,7A a 22 Volt, quindi siamo a circa 60 Watt "sprecati".
Purtroppo ti trovi in una situazione dove devi rispettare dei requisiti antagonisti tra loro: avere un motore piccolo, ovvero ottimizzato per la velocità di crociera, per avere poche perdite, ma questo ti pone in difficoltà se il mare dovesse diventare "ostile" (onde grosse o vento forte) da rendere difficile il controllo del mezzo. L'alternativa sarebbe di usare un motore grosso, sovradimensionato per la crociera ma in grado di fornire quello spunto in più per vincere la forza del mare quando necessario, ma un motore grosso spreca tanta energia. La soluzione migliore, a mio avviso, sarebbe di avere due motori collegati alla trasmissione in parallelo con dei giunti "a senso unico" (come il rocchetto delle biciclette, in folle quando non pedali ma in presa quando pedali), in modo che puoi azionare un motore alla volta o più motori in contemporanea a seconda delle necessità. Se riuscissi in questa impresa, ti basterebbe anche una sola elica (intubata per proteggerla dalle alghe) in quanto il doppio motore di garantirebbe comunque l'affidabilità necessaria.

Come te la cavi in meccanica?

La trasmissione la scegli quando hai definito le dimensioni e la forma dello scafo e, volendo, puoi anche costruirla tu se non trovi nulla di già pronto. Un asse di acciaio da 4 o 5mm, un tubo di ottone di 8-10mm (7-9mm di diametro interno) e due bronzine o due cuscinetti a sfera alle estremità. Se l'estremità interna allo scafo rimane sotto la linea di galleggiamento, devi prevedere un para-acqua.
L'elica la puoi collegare attraverso un morsetto speciale, che si chiama drive-dog, che non richiede necessariamente la filettatura dell'abero.https://www.amazon.com/Drive-Stainle.../dp/B06XY51SWK

In ogni caso, vista l'idea di lasciarlo in acqua per alcuni giorni, devi prevedere una pompa di sentina che si attivi automaticamente quando necessario.

Hai già una idea sullo scafo? Forma e dimensioni?

Carlo