利維坦I是由埃及亞歷山大大學(xué)的學(xué)生機器人團隊robot - tech設(shè)計、制造和組裝的下一代遠(yuǎn)程操作車輛(ROV)。該系統(tǒng)是我們參加MATE和UMVC等全球競賽的旗艦產(chǎn)品，在這些競賽中，現(xiàn)實世界的水下任務(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)計了一個全新的內(nèi)部架構(gòu)。我們的ROV的核心是多個定制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，我們的系統(tǒng)是100%的學(xué)生建造-從機械設(shè)計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，并作為多個輔助板的匯聚區(qū)。它包括三個主要單元：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，采用多級轉(zhuǎn)換，提供3.3V、5V、12V三種電平。主板配備了兩個強大的村田DRQ1250 (48-12V)轉(zhuǎn)換器，每個轉(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)由運行ROS的樹莓派供電，該單元具有16通道PWM驅(qū)動器和安全的SPI/I2C通信，可以對所有外設(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、基于pid的穩(wěn)定性，并在需要時緊急停機。

輔助板

ESC板支持6個ESC，通過子彈頭連接器和集成去耦電容器供電。

電機驅(qū)動板定制以匹配我們的系統(tǒng)，針對兩個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控制。

開關(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)動器，用于隔離PWM信號的產(chǎn)生。包括當(dāng)前感應(yīng)每個推進(jìn)器與自動警報異常。

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和主動冷卻，以保護(hù)樹莓派。

USB集線器外接電源集線器，采用FE1.1S控制器。支持4個USB 2.0接口，具有過流、ESD、反極性保護(hù)功能?？砂踩褂枚噙_(dá)16臺攝像機。

為什么這很重要

海洋機器人是一個先進(jìn)的領(lǐng)域，在埃及，學(xué)生很少有機會獲得這種水平的實踐經(jīng)驗。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，并構(gòu)建一個值得國際競爭的強大系統(tǒng)。

教育的影響

這個項目使我們的團隊在以下方面獲得了深厚的技能：

?嵌入式系統(tǒng)與PCB設(shè)計

?信號完整性和電源管理

?與ROS的系統(tǒng)集成

?在真實環(huán)境約束下進(jìn)行測試

最后的話

我們非常感謝JLCPCB過去的支持，并希望這個項目不僅展示了他們的服務(wù)價值，而且還展示了它對真正的學(xué)生工程師的影響。

本文編譯自hackster.io