利維坦I是由埃及亞歷山大大學(xué)的學(xué)生機(jī)器人團(tuán)隊(duì)robot - tech設(shè)計(jì)、制造和組裝的下一代遠(yuǎn)程操作車(chē)輛(ROV)。該系統(tǒng)是我們參加MATE和UMVC等全球競(jìng)賽的旗艦產(chǎn)品，在這些競(jìng)賽中，現(xiàn)實(shí)世界的水下任務(wù)，如物體檢索、導(dǎo)航和檢查，都是在極端條件下進(jìn)行的。

今年，我們進(jìn)一步挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的內(nèi)部架構(gòu)。我們的ROV的核心是多個(gè)定制pcb，全部由JLCPCB制造，這使我們能夠以高精度和高性能快速原型，迭代和部署。我們很自豪地說(shuō)，我們的系統(tǒng)是100%的學(xué)生建造-從機(jī)械設(shè)計(jì)到嵌入式代碼和電子硬件。

定制PCB模塊

今年robot - tech最重大的改進(jìn)之一是主板。它的唯一用途是為系統(tǒng)分配電源，產(chǎn)生和處理信號(hào)，并作為多個(gè)輔助板的匯聚區(qū)。它包括三個(gè)主要單元：電源調(diào)節(jié)和分配單元(PRDU)，主控單元(MCU)和反饋單元(FBU)。

a)電源管理為滿足系統(tǒng)的電源需求，采用多級(jí)轉(zhuǎn)換，提供3.3V、5V、12V三種電平。主板配備了兩個(gè)強(qiáng)大的村田DRQ1250 (48-12V)轉(zhuǎn)換器，每個(gè)轉(zhuǎn)換器能夠處理高達(dá)50A的負(fù)載電流。此外，F(xiàn)ulree轉(zhuǎn)換器(48-12V)為所有關(guān)鍵控制組件(如樹(shù)莓派和傳感器)提供電源。XL4005轉(zhuǎn)換器提供5V輸出，具有限流和可調(diào)電壓，而LD1117穩(wěn)壓器將5V降至3.3V，用于傳感器和邏輯ic。濾波電容器和led協(xié)助診斷和保護(hù)。

b)主控單元(MCU)由運(yùn)行ROS的樹(shù)莓派供電，該單元具有16通道PWM驅(qū)動(dòng)器和安全的SPI/I2C通信，可以對(duì)所有外設(shè)進(jìn)行精確控制。

c)反饋單元(FBU)集成了IMU、氣壓傳感器、溫度傳感器和檢漏模塊，確保環(huán)境監(jiān)測(cè)、基于pid的穩(wěn)定性，并在需要時(shí)緊急停機(jī)。

輔助板

ESC板支持6個(gè)ESC，通過(guò)子彈頭連接器和集成去耦電容器供電。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)板定制以匹配我們的系統(tǒng)，針對(duì)兩個(gè)PWM引腳進(jìn)行了優(yōu)化，并在內(nèi)部構(gòu)建以有效地處理單電機(jī)控制。

開(kāi)關(guān)單元基于mosfet的六通道電路控制閃光、直流閥和附加負(fù)載。帶邊緣連接器的雙層PCB確保易于維護(hù)。

PWM接口板具有16通道伺服驅(qū)動(dòng)器，用于隔離PWM信號(hào)的產(chǎn)生。包括當(dāng)前感應(yīng)每個(gè)推進(jìn)器與自動(dòng)警報(bào)異常。

保護(hù)板包括撬鎖電路，帶有齊納二極管和電阻的GPIO保護(hù)，狀態(tài)led和主動(dòng)冷卻，以保護(hù)樹(shù)莓派。

USB集線器外接電源集線器，采用FE1.1S控制器。支持4個(gè)USB 2.0接口，具有過(guò)流、ESD、反極性保護(hù)功能。可安全使用多達(dá)16臺(tái)攝像機(jī)。

為什么這很重要

海洋機(jī)器人是一個(gè)先進(jìn)的領(lǐng)域，在埃及，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)獲得這種水平的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這就是為什么每塊板都很重要。感謝JLCPCB，我們能夠自信地進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，并構(gòu)建一個(gè)值得國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的強(qiáng)大系統(tǒng)。

教育的影響

這個(gè)項(xiàng)目使我們的團(tuán)隊(duì)在以下方面獲得了深厚的技能：

?嵌入式系統(tǒng)與PCB設(shè)計(jì)

?信號(hào)完整性和電源管理

?與ROS的系統(tǒng)集成

?在真實(shí)環(huán)境約束下進(jìn)行測(cè)試

最后的話

我們非常感謝JLCPCB過(guò)去的支持，并希望這個(gè)項(xiàng)目不僅展示了他們的服務(wù)價(jià)值，而且還展示了它對(duì)真正的學(xué)生工程師的影響。

本文編譯自hackster.io