Как изготовить лодку способную на плаву преодолеть лабиринт, не касаясь стенок?

Question

[pavuuuk]

Конечно, просить сделать лодку я не буду, но мне нужно понять с чего начать и разработать план. Список материалов, которые я могу взять на картинке. Такая лодка должна преодолеть лабиринт с поворотами. В процессе прохождения трассы лодка не должна касаться бортиков и «берегов островов». Собственно никакой больше информации про это задание нет, кроме того, что на его выполнения остаётся ещё довольно много времени. Увы, я пока совсем не понимаю, как это сделать, но это нужно в первом семестре, иначе отчислят. Я не инженер, я учусь совсем на другой специальности, но задание для всех дают похожие, даже если они не относятся к тому, что мы изучаем в вузе. Говорят, что это для общего развития. Может быть здесь кто-нибудь сможет подсказать, с чего мне начать.

Answer 1

[hint000]

Просто несколько мыслей.
1. Нет требований к форме лодки, так что она может быть сферической или кубической. При такой форме лодка будет быстро останавливаться после выключения мотора, а значит управлять будет проще.
2. Совместить киль с рулём направления (поворачиваться может весь киль). Для настоящей лодки это неудобно, а для модели нормально. Такая схема позволит уменьшить радиус поворота.
3. Рассмотреть вариант аэровинта в качестве двигателя. Чуть было не назвал это аэроглиссером, но глиссер - это скоростное судно с малой осадкой, так что термин был бы неправильный. И это несовместимо с пунктом 1, т.к. при сферической форме и воздушном винте будет нечто крайне неустойчивое. В этом случае подойдёт традиционная форма лодки.
4. (Если бы у меня было такое задание, то я бы остановился на этом варианте). В качестве движителя - два гребных колеса - с правого и левого борта, каждое на отдельном моторе. Руль вообще не требуется, возможен разворот на месте при движении колёс в противоположные стороны. Схема с самым простым управлением - по сути, это водный аналог гусеничного трактора или танка.
И небольшая экскурсия в 1986 год:
1

2

Comments

[pavuuuk]

Не думал, что кто-то отнесётся серьёзно к моему вопросу, поэтому не написал требования по сборке к этому заданию. Если вы ещё сможете что-то подсказать, то это будет очень круто. Требования на картинке. В любом случае спасибо вам за идеи, буду начинать работу над проектом.

[hint000]

pavuuuk, по сути требования довольно мягкие. Длина и ширина явно следуют из ширины каналов в лабиринте. Чем меньше вы сделаете модель, тем проще будет держаться подальше от берегов. В то же время, слишком маленькой модель не может быть из-за того, что моторы и электроника имеют конкретный вес, и нужно соблюсти требование по осадке, значит будет некоторый минимум водоизмещения, ниже которого сделать модель не получится, а значит некоторый минимальный объём модели, а значит и минимальные габариты. Из этих же соображений - источником питания лучше взять литиевый аккумулятор, чтобы вес был минимальный.

Сначала строите модель по принципу "из говна и палок", чтобы можно было спустить на воду и испытать работу моторов при простом движении вперёд, микроконтроллер пока не используете, только моторы и источник питания. Ну и какой-нибудь груз вместо электроники. На этом этапе у вас должны появиться собственные идеи, как и из чего лучше сделать разные детали, и что ещё нужно предусмотреть. Например, можно использовать пищевые контейнеры из полиэтилена, пластиковые флаконы от лекарств, от шампуня и т.п., можно клеить корпус из стеклоткани с эпоксидкой, можно поискать пенопласт (в строительных магазинах искать теплоизоляцию), в крайнем случае даже монтажную пену - в застывшем виде она легко режется ножом.

На втором этапе у вас уже должен быть черновой вариант корпуса из нормальных материалов и примерно нормальной формы (какая будет в итоге), так чтобы модель вела себя на воде правильно, устойчиво, без сюрпризов. Ставите микроконтроллер, программируете его простейшим образом, чтобы на некоторые промежутки времени включалось движение прямо, поворот, снова прямо и т.п., без заморочек с датчиками.

На третьем этапе добавляете датчики - и тут понеслась вся самая умная часть работы. По программированию МК я ничего не подскажу. Лучше задавайте новые вопросы, когда доберётесь до этого этапа. И не только на Тостере, а ещё где-нибудь там.

Также насчёт постройки модели рекомендую позадавать вопросы где-то там, сразу указывая ссылку на Тостер, чтобы люди с опытом могли конструктивно покритиковать здешние советы.

[hint000]

pavuuuk, кстати, в комплекте есть модуль Bluetooth. Если правила не запрещают управление вручную (не вижу таких ограничений), то можно обойтись без датчиков, отдавая команды с ноутбука или смартфона. Не скажу, что это заметно упростит задачу, просто на 3-м этапе задача меняется. Надо выбрать, какой вариант лично вам покажется проще в реализации - автоматическое или ручное управление.

[pavuuuk]

hint000, О, я не написал, что лодка радиоуправляемая, а я думаю, почему все пишут про датчики... Спасибо вам огромное, вы мне очень помогли)

[hint000]

pavuuuk, ну датчики же есть в комплекте, значит полностью автономный вариант тоже возможен. У программистов немножко проф.деформация сознания - они видят более интересный для себя вариант автономного робота, и не замечают вариант с радиоуправлением. Ну если уж так, то последняя наводка - обратите внимание на пропорциональное радиоуправление. Это когда не просто кнопки типа "вперёд", "назад", "вправо", "влево", а как на пультах авиамоделей\квадракоптеров - плавно регулируемые рычажки.

Answer 2

[balvardo]

А меня одного смутил датчик линии, который дается в комплекте?

//Если человек до этого не прогал хотя бы лабы в инсте и никогда ничего не делал руками, это конечно огненная задача...

По сути вопроса.

1. Форма лодки – прямоугольное корытце. Передний борт — форшпигель (носовой транец), т.е. никакого острого форштевня. Во первых такая форма клеится из фанеры за 10 минут даже очень кривыми руками, во вторых в рамках задачи самый оптимальный вариант по управляемости. Технология сборки корпуса — по три проволочные скрутки на стык, залить термоклеем изнутри обильно. Все равно конструкция одноразовая.

2. Вышепредложенный вариант с гребными колесами очень толковый. При такой форме и движетелях после остановки двигателя инерции практически не будет.

3. Если времени с запасом — делаем все максимально мееееедленно. =)

Начать со склейки корпуса и собирания на макетке по 100500 инструкций и гайдов ардуины + моторшилд + два мотора. Скопипасщеным скетчем крутить моторчики, много думать.

Удачи =)

Comments

[pavuuuk]

Дело в том, что наше задание не единственное. Кому-то нужно сделать лодку, а кому-то сортировщик или гоночную машинку, поэтому деталей в списке так много, потому что этот список для всех заданий

Answer 3

[Homo Ludens]

как уже писали выше- лодка квадратная или цилиндрическая, с колесами по бокам (у вас в наборе как раз есть пара мотор редукторов)
Севропривод по центру и ультразвуковой датчик на него- получаем радар.
ориентируясь на его показания можно заставить лодку не касаться стенок.
алгоритм движения придется забивать в код, тупо как набор команд "на север до стенки, поворот, на запад до стенки и т.д." поскольку на той схеме что у вас есть "правая рука" не подходит, вы перекресток по прямой должны пройти.
т.е. по ходу движения крутим севрой, если берег слишком близко даем команду на временное ускорение соответсвующего колеса (плыть будем слегка зигзагом но ничего).
периодически контролируем наличие препятствия впереди и если оно появилось на нужном расстоянии делаем поворот туда куда указано в "списке команд" и вновь вперед.

Разумеется как кораблик будет готов, проверить в ванной, сколько секунд работы движков требуется корытцу чтобы развернутся на 90 градусов, сколько чтоб разогнаться, сколько чтоб затормозить, сколько чтоб затормозить при обратном вращении колес. На основе этих данных закладывать параметры в код.

Answer 4

[SVM]

1) создать алгоритм ,по которому будет двигаться ваш "Титаник".
2) используя п. 1 , написать программу для микроконтроллера .
3) остальное - "дело прямых рук и напильника" )))

Comments

[pavuuuk]

Можно подробнее про пункт 2? Я не имел опыта в программирование микроконтроллеров

[SVM]

pavuuuk,
увы,но я тоже :(

Answer 5

[Александр]

Чтобы не касаться - нужно будет долго калибровать лодку, ну и от точности датчиков тоже зависит. Калибровка включает в себя - зависимость пройденного пути в зависимсти от различных условий - восновном от времени воздействия движущей силы и инерционности.

Answer 6

[Philipp]

2-х датчиков расстояния недостаточно. Нужно 4 для корректной навигации внутри лабиринта. Располагаются под углом 45 градусов относительно осевой линии лодки.
Дальше вам нужно будет освоить PID регулятор и реализовать алгоритм прохождения лабиринта.

Comments

[hint000]

2-х датчиков расстояния недостаточно

В принципе можно обойтись даже одним, если он будет крутиться на мачте, как антенна радара. Но сервопривод в комплекте позволяет поворот только на 180 градусов. Значит один фиксированный датчик смотрит строго назад, а второй на сервоприводе сканирует передний сектор от -90 до 90 градусов.
Но это только в случае, если не использовать этот единственный в комплекте сервопривод для руля.

[Philipp]

hint000, Если датчик будет на серве, то нужна калибрация 0 градусов.

Вобщем чел не написал, что лодка радиоуправляемая. Там тупо можно не заморачиваться с датчиками.

Если делать лодку автономно способную двигаться по лабиринту, то нужно определять стенки и приблизительно расстояние до них. А затем использовать это расстояние для снижения скорости и увеличения угла поворота руля.
Автономная лодка не такая простая задача, как кажется.

[balvardo]

hint000, Вот я бы не крутил датчиками. Это и для шарящего человека та еще задача (по хорошему это подразумевает построение карты), а для новичка...

один датчик смотрит направо, под 45град, второй налево. И максимально примитивная инструкция в духе "если есть что-то на опасном расстоянии, стоп машина, покрутились чутка, еще раз померяли, подумали."

Answer 7

[Александр Скуснов]

Пройдите (я проходил бесплатно) курс МФТИ, там будут примеры движения по линии.

Answer 8

[Андрей Николаевич Колмогоров]

Вопрос сложный, но решаемый.
Вообще, главное прохождение любого лаберинта, это в первую очередь запоминать предыдущие шаги, а второе правило "держаться рукой за правую стенку". Это всё я к тому что устройство в будущем могло бы проходить лабиринты любого типа.
Для ознакомления по прохождению лабиринтов
вот еще информации
Остается только адаптировать это для лодки