طراحی و ساخت قایق ربات خودران در پردیس کشاورزی و منابع طبیعی

«قایق‌ ربات خودران» با هدف کنترل، حفاظت و پایش عمق پای اسکله‌ها و حوضچه‌های بنادر، توسط دانشجویان گروه مهندسی مکانیک ماشین‌های کشاورزی دانشگاه تهران ساخته شد.
طراحی و ساخت قایق ربات خودران در پردیس کشاورزی و منابع طبیعی

پروژه طراحی و ساخت قایق‌ربات خودران به‌منظور کنترل، حفاظت و پایش عمق پای اسکله‌ها و حوضچه‌های بنادر به سفارش سازمان بنادر و دریانوردی در قالب سه رساله دکتری و پنج پایان‌نامه ارشد و دو پروژه کارشناسی با تلاش شبانه‌روزی تیم ۱۲ نقره و طی دو سال (۱۳۹۵-۱۳۹۳) توسط دانشجویان گروه مهندسی مکانیک ماشین‌های کشاورزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران انجام شده است.

گرچه کار بر روی این پروژه کاملاً به‌صورت علمی بوده است، اما انتظار از آن به عنوان یک طرح صنعتی و تاکید کارفرما، تعهد و انگیزه مجریان را چند برابر کرد تا به خروجی طرح مانند یک محصول صنعتی‌شده نگاه کنند.

قبل از شروع به ساخت طرح، حدود ۴۰ مورد از شناورهای سطحی و زیرسطحی ربات در دنیا (مثل DARPA طرح نیروی دریای آمریکا، Speringer و کت وان و ...) مطالعه شدند و امروزه می‌توان ادعا کرد که جامعیت و قابلیت‌هایی که قایق‌ربات مروارید دارد در هیچ یک از طرح‌های فوق وجود ندارد. ممکن است بتوان یک یا چند مورد از این خصوصیات یا کاربردها را در برخی از قایق‌ربات‌های دیگر یافت، اما نمی‌توان تمام آن‌ها را یک‌جا و درر کنار هم در طرح دیگری جز قایق‌ربات خودران پایش بنادر مروارید مشاهده کرد.

به‌طور خلاصه برخی از قابلیت‌های مهم قایق ربات مروارید عبارتند از:

۱- قایق ربات مروارید دارای چهار مد کاری است که عبارتند از:

  • حالت دستی (Manual mode)
  • حالت کنترل از راه دور با کنترلر دستی و از کنار لبه اسکله
  • کنترل از دفتر کار با GUI نوشته شده در C#
  • کنترل کاملاً اتوماتیک (Autonomous) مبتنی بر EKF، و کنترل حلقه بسته PID

مد دستی این امکان را می‌دهد که شخص از روی قایق به کنترل آن بپردازد، ریموت کنترل این اجازه را می‌دهد که از کنار آب و روی ساحل بتوان قایق را هدایت کرد، همچنین امکان کنترل قایق با کامپیوتر از دفتر نیز وجود دارد و در نهایت حالت کاملاً هوشمند (Autonomous) که به سه سامانه تشخیص و اجتناب از موانع باlidar وstereoscopic, ultrasonic تجهیز شده و با الگوریتم ناوبری کالمن فیلتر توسعه‌یافته هدایت می‌شود.

۲- از دیگر ویژگی‌های قایق‌ربات خودران پایش بنادر مروارید تأمین انرژی پاک و استفاده از پنل‌های خورشیدی با توان بالا (kW 2/1) و دنبال کردن خورشید با سامانه ردیاب خورشیدی (Sun Tracker) برای بالا بردن بازدهی صفحه‌های خورشیدی است که توانایی کار در سه روز ابری پشت سر هم را داشته باشد (پک باتری لیتیوم یون به اندازه kWh 88).

۳-کارکرد کاملا بدون صدا و نویز و بسیار نرم و راحت.

۴- سرعت حرکت حدود km/hr 10 و توان موتورها بیش از سه اسب بخار با استفاده از موتورهای سرعت متغیر.

۵- پایداری طرح بدنه کاتا ماران و توانایی دور در جا (با شعاع دوران صفر) و رویارویی با امواج از دیگر مشخصات این قایق‌ربات است که به علت طراحی مرکز ثقل پایین امکان واژگونی تقریباً وجود ندارد.

۶- استفاده از کیسه‌های هوا (AirBag) درون‌موشکی‌ها و تزریق فوم مایع بین آنها که اگر به هر دلیلی موشکی‌ها سوراخ شوند، امکان غرق شدن وجود نداشته باشد.

۷- همه قطعات استفاده شده دارای IP دریایی مناسب هستند. (IP67 و IP68 و...)

۸- ترسیم نقشه هیدروگرافی با دقت چند سانتی‌متر و جبران تأثیر تلاطم آب با استفاده از حسگرهای IMU.

۹- ارسال بلافاصله داده‌های عمق، به دفترکار تا فاصله حداکثر ۱۰ کیلومتر و ترسیم داده‌ها در یک برنامه User friendly.

۱۰- ذخیره داده‌ها در یک کامپیوتر صنعتی روی قایق و با فرمت مناسب.

۱۱- پایش وضعیت محیط و اطراف قایق با دوربین و نمایش تصاویر آن در دفتر کار.

۱۲- تدارک مکان‌های مناسب برای سایر حسگرها از جمله حسگرهای پایش کیفیت آب.

۱۳- ایجاد و راه‌اندازی یک سایت تحت Domain دانشگاه تهران به دو زبان انگلیسی و فارسی.

۱۴- ایجاد یک گروه در DropBox حاوی حدود سه گیگابایت اطلاعات علمی از طرح.

نامگذاری «مروارید» برای این طرح به پاسداشت یاد و خاطره رزمندگان و شهدای عملیات بزرگ مروارید، صورت گرفته و سایت emorvarid.ut.ac.ir به دو زبان فارسی و لاتین برای آن ایجاد شده است. گرچه مهم‌ترین وظیفه این قایق‌ربات ترسیم نقشه هیدروگرافی کف بنادر، رودخانه‌ها، سدها و دریاچه‌ها و دریاها به‌صورت آنلاین در دفتر کار است اما از آن می‌توان برای پایش کیفیت آب پشت سدها، نگهبانی دریایی، اهداف نظارتی و اخطار سونامی و ... استفاده کرد.