الروبوت الغواص OpenROV

الروبوت الغواص OpenROV

image020

لكل المهتمين والباحثين والمحبين للاختراعات نقدم لكم في هذا المقال طريقة صنع روبوت مائي غواص بإمكانه استكشاف أعماق البحار التي قد تصل إلى 100 متر. بعد فهم آلية هذا الروبوت يمكنك تطويره ليتم استخدامه في أعماق سحيقة أو لأغراض تنقيبية أو عسكرية أو تجسسية وما إلى ذلك.


تقديم

رغم شساعة البحار فإن التركيز على استكشافها واستغلالها من طرف الإنسان لا يزال ضئيلا وأن تطوير غواصات وروبوتات مائية وبرمائية يكاد يكون قليلا جدا. لهذا فإن المنافسة في هذا الميدان قليلة والسبق إليه سهل. وقد يكون سبب قلة التنافس في هذا الميدان يُعزى لصعوبة تطوير آليات مقاومة للماء وللتكلفة المادية التي قد تذهب سدى إذا حصل وغرق الجهاز أو تم فقدان الإتصال به داخل المياه.

 image002

نقدم لك اليوم غواصة أو لنقل روبوتا مائيا غواصا هو من بين أحدث وأبسط الأجهزة في هذا الميدان. تجد في هذا المقال جميع المعلومات والخطوات اللازمة لصنع هذا الجهاز ولن يبقى لك إلا التنفيذ والتطوير.


استعراض للجهاز

 

سنتطرق لصنع  الإصدار OpenROV 2.3 لهذا الروبوت. يمكن اختصار أهم مميزاته في الجدول التالي:

 

الخاصية

المقدار

ملاحظة

القدرة على الغوص

100 متر

كأقصى عمق نظريا

الوزن

2.5 كلغ

 

الطول

300 ملم

 

العرض

200 ملم

 

الإرتفاع

150 ملم

 

 

تبين الصور التالية شكل الروبوت من مختلف جوانبه:

 

الصور 1 و2 و3: قمرة القيادة

يظهر إليك في الصور جميعا أنبوبا عريضا شفافا عازلا للماء في مقدمة الروبوت، طوله 180 ملم وقطره 90 ملم. يمثل هذا الأنبوب قمرة القيادة لدى الروبوت حيث يضم في داخله كل الأجزاء الإليكترونية المتحكمة في الروبوت وكذلك المعدات التي يجب أن تبقى بعيدة عن الماء، تتوسطه كاميرا صغيرة مُعدةَ للتصوير داخل الماء. وتجدر الإشارة إلى أنه بإمكانك تفكيك الأنبوب بمحتوياته من هيكل الروبوت بسهولة. هذا سيساعدك في تطوير قمرة القيادة عن طريق تزويدها بمركبات إليكترونية أخرى كالمستشعرات (أي الحساسات) مثلا.

 

الصورة 4: المحركات والمروحيات الدافعة

تحتاج لثلاث محركات وثلاث مروحيات فقط من أجل التحكم بحركة الروبوت داخل الماء. نوع المحركات المستخدم هي المحركات اللامفروشة (brushless motors) ذات القدرة 700kv.

اثنين من المحركات مركبين بطريقة أفقية في مؤخرة الروبوت يتوليان دفع الروبوت إلى الأمام وكذلك تمكينه من اللف والدوران. ومحرك آخر مركب بطريقة عمودية على ظهر الروبوت يتولى مهمة إنزل الروبوت تحت الماء أو رفعه.

 

مقطع مصور

إليك الآن مقطعا مصورا حتى تستكمل عندك الصورة:

 

يتطلب صنع هذا الروبوت ثلاث مراحل مهمة: ميكانيكية وإليكترونية وبرمجية.


الأجزاء الرئيسية

قم بتحميل الأجزاء الرئيسية لصنع الجهاز من خلال الملف التالي:

OpenROV 2.3 Bill of Materials.xls

 image003

تجدر الإشارة إلى أنه يمكنك شراء المواد اللازمة كلها عبر الإنترنت من خلال الرابط التالي:

الرابط

أما إذا كنت تريد أن تتولى ذلك بنفسك فإليك جدول هذه المواد :

http://kitbom.com/simonech/openrov-23-eu-suppliers


المرحلة الأولى: ميكانيكيا

 

تصميم الهيكل

يمكنك تحميل التصميم العام للجهاز من خلال إحدى صيغ التالية:

OpenROV2_3DevLaserPattern.pdf

OpenROV2_3DevLaserPattern.cdr

image004

تم تصميم الإصدار OpenROV 2.3 حتى يكون أقل تكلفة، سهل الإنجاز وقادر على القيام برحلات استكشافية محترمة في أعماق المياه. ونبرز فيما يلي أهم مميزاته:

·        نظام كهربائي بسيط.

·        واجهة أمامية فارغة: من أجل تمكينك من تثبيت أجهزة أخرى على الروبوت تساعدك على الإستكشاف كالكاميرا وبعض المستشعرات الإليكترونية.

·        أنابيب سهلة التفكيك: كالذراعين الذين يمثلان قاعدة الروبوت.

·        هيكل داخلي سهل الإستخراج

·        حجم صغير.

 

تركيب الهيكل

 

يمكن تجميع وإنجاز الجهاز في حوالي أسبوع كأقصى حد. وأن كل خطوة من الخطوات التالية تتطلب أقل من ساعة من الزمن لإنجازها.

 

أ- تقطيع أجزاء الهيكل

 المادة التي ينصح باستعمالها لبناء هيكل الروبوت تدعى بـ acrylic وهي مادة بلاستيكية صلبة. فإن لم تجدها، فيمكنك تدبر أمرك باختيار ألمنيوم خفيف الوزن أو أي مادة أخرى تراها مناسبة.

 

يمكنك تقطيع الأجزاء المختلفة للروبوت باستعمال قاطع ليزري أو منشار دوار. ولك كامل الحرية في أن تختار طريقة التقطيع التي تحلو لك.

 image005

 image006

 

ب- تعويج الشكل الخارجي

بعد إنجاز عملية التقطيع سنحتاج لتعويج الشكل الخارجي للجهاز.

 

من البديهي لك أن هذا الجزء هو أكبر جزء في الجهاز. ما عليك إلا أن تقوم بتنيه من المنطقتين اللتين تفصلان الذراعين من ظهر الشكل  في الوسط كما هو مبين في الصورة جانبه.

 

الزاوية المطلوب إنجازها بين الذراعين والظهر هي بمقدار يقل عن 90 درجة أي حوالي 87 درجة مثلا.

 image007

إذا استعملت البلاستيك الصلبacrylic  فلا يجب أن تقوم بتنيه بيديك حتى لا ينكسر، بل بالأحرى أن تعرض مكاني الإعوجاج للحرارة ثم تقوم بثنيه بحذر.

 

ملاحظة 1: يمكنك استخدام شفرة الحلاقة من أجل رسم خطين في مكاني الإعوجاج عند استعمالك للبلاستيك acrylic. في هذه الحالة قم بتعويج الذرعين في الوجه الذي استخدمت فيه شفرة الحلاقة.

 image008

ملاحظة 2: ستحتاج لإعادة العملية مع كل جزء يتطلب ثنيه ليأخذ شكله النهائي.

 

ج- تجميع الهيكل

يمكنك تتبع الخطوات التالية حتى تتمكن من تجميعه بالشكل المطلوب.

 image009

 image010

 image011

 image012

 image013

 image014

 image015


المرحلة الثانية: إليكترونيا

 

العقل الإليكتروني

تم الإعتماد على الميكروكنترولور Atmega328 (أساسا بطاقة أردوينو) لإدارة مهام الروبوت الغواص.

 image016

تجدر الإشارة إلى أنه يمكنك  شراء بطاقة أردوينو أو صنعها بنفسك كما هو موصوف في اصنعها إليكترونيا.

 

الأجزاء الرئيسية الخاصة باللوحة الإليكترونية

العربية

الإنجليزية

الفرنسية

الكمية

الرمز في الدارة الكهربائية

الصيغة أو الرمز

المقاومة

Resistor

Résistance

 

R1

33 KOhm

 

R2

 20 KOhm

 

R3

720 Ohm

 

R4

240 Ohm

 

R5

 3.3 KOhm

 

R6

 10 KOhm

 

R7

 1 KOhm

 

R11, R10, R9,R8

330 Ohm

 

R13,R12

3.3 KOhm

 

R14

 22 kOhm

 

R15

 15 kOhm

 

R18,R16

 20 kOhm

 

R17

 22 kOhm

المكثف

Capacitor

Condensateur

 

C1

 22pF

 

C2

22pF

 

C3

470uF

 

C4

0.1uF

 

C5

10uF

 

C6

100uF

 

C7

0.1uF

التؤنزستور موسفت

MosFET

3

Q1, Q2, Q3

 MOSFET – NCHANNELSMD

 N-Channel MOSFET 60V 30A

ميكروكنترولور

Microcontroller

Microcontroleur

 

 

ATMEGA 328

معدل كهربائي

Voltage regulator

Régulateur de tension

 

 

317 SMD

 Voltage Regulator - 5V

الصمام الثنائي

Diode

3

D1, D2, D3

 1N4004

الصمام الضوئي

LED

4

LED1, LED2, LED3, LED4

واحد أخضر والباقي كله أصفر

الترنزستور

Transistor

 

T3

 2N2222A

المتذبذب الكريستالي

Crystal oscillator

Quartz

 

Y1

 CRYSTAL 16Mhz

 

لابد من قراءته

ستضطر لصناعة اللوحة الإليكترونية بنفسك. فإذا كنت لا تعرف فلا بد وأن تقرأ المقالاتت التالية حتى تنجلي عنك الغشاوة ويصبح بصرك حديدا في هذا المجال:

اصنعها إليكترونيا – الشرائح الإليكترونية 1

اصنعها إليكترونيا – الشرائح الإليكترونية 2

اصنعها إليكترونيا – تحويل الدارات إلى بطاقات إليكترونية 

ملاحظة: لا مشكلة إذ لم تكن الإليكترونيات هي اختصاصك. فقط اتبع الخطوات وستصل إن شاء الله.

 

اللوحة الإليكترونية

يمكنك الضغط على الرابط التالي من أجل الحصول على خطاطة الدارة الكهربائية بشكل أوضح:

الدارة الكهربائية

 image017

اللوحة الإليكترونية

لكل جهاز إليكتروني لوحة إليكترونية تضم معظم المركبات الإليكترونية الضرورية لتشغيله. من أجل إنجاز هذه اللوحة يجب تحميل الملفين التاليين:

OpenROV Cape.brd

OpenROV Cape.sch

 

قم بفتحهما على البرنامج Eagle حتى تتمكن من استخراج تصميم اللوحة لتقوم بطباعته بما وصف في ما ذكرنا في لابد من قرائته. لكن، إذ لم يعجبك Eagle فيمكنك حينئذ تحميل ملفات اللوحة الإليكترونية الخاصة بالبرنامج Fritzing:

OpenROV-mcu.fzz

OpenROV-power.fzz

 image018


المرحلة الثالثة: برمجيا

 

الملفات

الهدف الأساسي وراء صناعة هذا الروبوت الغواص هو استكشاف ودراسة ما تحت الماء من عوالم. لذا، فبعد إكمال صناعته ميكانيكيا وإليكترونيا ستبقى مهمة برمجته حتى يتسنى لنا التحكم في حركته عن بعد.

يمكنك تحميل الملفات التالية الخاصة بالبرمجة. وسنتكلم فيما يلي عما يجب فعله خطوة خطوة:

 

OpenROV-openrov-software-5ff369e.zip

 image019

تمت البرمجة باستعمال برنامج أردوينو المبني على لغة البرمجة السيويمكنك تحميل آخر اصدار له من خلال الرابط التالي:

http://arduino.cc/en/Main/Software

 

التصوير في الأعماق

من أجل تحقيق عملية التصوير داخل الماء ومعاينة المعلومات على شاشة  الحاسوب عن بعد، تم دمج ثلاث تقنيات برمجية لتعطي قوة ومتسعا للمبرمجين في المستقبل، وهي كالتالي:

 

التقنية

الموقع

Node.js

http://nodejs.org/

Socket.io

http://socket.io/

OpenCV

http://opencv.willowgarage.com/

 

باستخدام التقنيتين Node.js و Socket.io سنتمكن من التحكم بالروبوت عن بعد وتوجيهه حيث نشاء وأيضا ستخولنا للحصول على صور متتابعة على شاشة الحاسوب الملتقطة من الروبوت. هذه ليست إلا بداية فقط إذ أن الهدف الحقيقي هو الحصول على تصوير حي بالفيديو وهذا يتأتى باستخدام التقنية OpenCV.

 

التقنية Socket.io: تهدف هذه التقنية لجعل التحكم بالتطبيقات المختلفة عن طريق المتفحصات كـ Internet explorer  و Firefox في الوقت الحي. تنبني هذه التقنية على اللغة البرمجية JavaScript. تجد التفاصيل عنها في الرابط التالي:http://socket.io

 

التقنية Node.js: هي عبارة عن بيئة برمجية مبنية على اللغة البرمجية JavaScript مخصصة أيضا للتحكم بالتطبيقات في الوقت الحي بشكل أسرع وأخف.

 

التقنية OpenCV: هي تقنية مجانية مخصصة لتسهيل عملية نقل مقاطع الفيديو والصور. تدعم واجهات للغات البرمجة C و  ++C و Python يمكنك التعامل معها من خلال أنظمة التشغيل Windows و Linux و Mac و Android. تتكون هذه التقنية من خوارزميات سريعة مخصصة للتعامل مع الفيديو والصور وتسهيل نقلها من آلة لأخرى.

 

تثبيت البرامج: تتبع الخطوات الموصوفة في الرابط التالي لتثبت البرامج المذكورة أعلاه:

http://wiki.openrov.com/index.php/Installing_The_Software

 

ملاحظة: في حالة إذا استعصى عليك الأمر فاترك تعليقا في آخر المقال حتى يتم تبيان ما أشكل عليك.


متابعة المشروع

 

يمكنك زيارة الموقع http://openrov.com لمتابعة المشروع.

image001

 


تأليف

 

المؤلف: http://openrov.com

البريد الإليكتروني: عنوان البريد الإلكتروني هذا محمي من روبوتات السبام. يجب عليك تفعيل الجافاسكربت لرؤيته.

ترجمة بتصرف: محمد السهلي 

 


المراجع

 

http://openrov.com

http://wiki.openrov.com/index.php/Main_Page

http://wiki.openrov.com/index.php/Videos


التعليقات   

 
# Guest 2015-04-27 11:43
قام المدير بحذف هذا التعليق
 
 
# Guest 2015-04-15 23:23
قام المدير بحذف هذا التعليق
 
 
# Guest 2015-03-24 20:46
قام المدير بحذف هذا التعليق
 

أضف تعليق


كود امني
تحديث


Go to top