Der Manta Drive: Proof-of-Concept für ein ROV-Antriebssystem. - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-23 12:53

Jedes Tauchfahrzeug hat Schwächen. Alles, was den Rumpf durchdringt (Tür, Kabel) ist ein potenzielles Leck, und wenn etwas den Rumpf durchdringen und sich gleichzeitig bewegen muss, wird das Leckagepotenzial vervielfacht.

Dieses Instructable skizziert ein Antriebssystem, das die Notwendigkeit für Antriebswellen beseitigt, den Rumpf eines ROV ("Remotely Operated Vehicle" - ein Roboter-U-Boot, das über Draht gesteuert wird) zu durchbohren, und beseitigt auch die sehr reale Möglichkeit, dass sich drehende Laufräder verheddern oder verklemmen durch Unterwasserpflanzen oder hängende Leinen. Es könnten auch Fahrzeuge entstehen, die die zu untersuchenden Lebensräume viel weniger schädigen, da keine "Wäsche" vorhanden ist und weil das Fehlen von rotierenden Laufrädern das Verletzungsrisiko für Tiere verringert Begegnungen.

Schritt 1: Das Konzept

Die ganze Idee des Manta Drive wurde von einem Besuch in einem Aquarium inspiriert, in dem die Öffentlichkeit die Möglichkeit hatte, kleine ROVs durch einen Hindernisparcours zu steuern. Ich habe meinen ersten Blick auf die ROVs geworfen und zwei Dinge festgestellt:

• Es gab viele Stellen, an denen das Wasser ins Innere der ROVs gelangen konnte
• Die ROVs sahen nicht richtig aus – sie waren nur Kisten und sahen nicht aus, um zu schwimmen. Ihnen fehlte die Eleganz, die ich mit schwimmenden Tieren verbinde.

Später wurde auch über die Macht nachgedacht – die hochdrehenden Laufräder, die von den ROVs verwendet wurden, kamen mir als machthungrig vor. Ich kann mich irren, und ich habe den Stromverbrauch des Manta Drive nicht getestet, aber dies ist eine zweitrangige Überlegung. Als ich durch das Aquarium wanderte, spielten mir die ROVs in den Sinn und ich verglich sie mit jedem Tier, das ich sah. Wie haben sie sich verglichen? Könnte die Schwimmbewegung des Tieres elegant reproduziert werden, so dass die Rumpfintegrität* erhalten bleibt? Als ich Fische wie Rochen, Seegurken und Steinfische ansah, stellte ich fest, dass die eleganteste Antriebsmethode die wehende Flosse war. Mir ist auch etwas Wichtiges aufgefallen - Fische lecken nicht. Eine rotierende Welle muss den Rumpf vollständig durchdringen und durch ein Loch im Rumpf arbeiten. Andererseits könnte eine hin- und hergehende Bewegung (auf und ab) durch eine flexible, wasserdichte Membran funktionieren, die fest um alle beweglichen Teile befestigt werden konnte, ohne zu reißen. Mir wurde außerdem klar, dass sich flexible Membranen abnutzen können, Magnete jedoch nicht, und Magnete können ohne Einschränkung durch alle nichtmagnetischen Materialien wirken. Machen Sie den Rumpf steif, aber nicht magnetisch, und das Risiko von Undichtigkeiten aufgrund des Antriebssystems wird vollständig eliminiert._{* Oh, ich habe dort für eine Sekunde Star Trek gespielt!}

Schritt 2: Materialien und Werkzeuge

Alles, was ich für dieses Projekt tatsächlich gekauft habe, waren die Magnete - kleine, versenkte Neodym-Magnete von ebay. Der Rest bestand aus Material, das ich bereits in meinem Schuppen gelagert hatte - Altholz, Bambusspieße und ein Paar tote Kugelschreiber. Es waren keine Spezialwerkzeuge erforderlich - eine Junior-Bügelsäge mit Klingen für Holz und Metall, eine Heißklebepistole, eine Bohrmaschine und mein Multitool. Gesundheit und Sicherheit Sie verwenden heiße Dinge, scharfe Dinge und sehr sprudelnde Dinge. Seien Sie vorsichtig. Seien Sie besonders vorsichtig mit Neodym-Magneten - sie können schmerzhaft einklemmen und zerbrechen, wenn sie zusammen fliegen.

Schritt 3: Die Rahmen

Ich schneide zwei leere Kugelschreiber in jeweils fünf ungefähr gleiche Längen - drei, um die Rippen des Mantas zu nehmen, zwei, um sie auseinander zu halten.

Der Rahmen selbst besteht aus drei aus Altholz geschnittenen Längen - die Basis ist ca. 10 cm lang, die Endteile sind ca. 3 cm lang und werden mit einem Spiralbohrer mit dem gleichen Durchmesser wie die Bambusspieße nahe der Oberseite gebohrt. Ich habe das Holz heiß zusammengeklebt und dann Bambus durch die Löcher und die Stiftstücke gefädelt.

Schritt 4: Die Rippen

Der eigentliche Antrieb des Manta Drive wird von einfachen Rippen getragen. Diese sind durch die Magnete mit dem Antriebsmechanismus gekoppelt.

Einfach. Ich fädelte Bambusspieße in die Löcher der Magnete und klebte sie an Ort und Stelle, dann klebte ich den Bambus auf drei der Stifte auf dem Rahmen.

Schritt 5: Das eigentliche Laufwerk

Die Rippen sind über Magnetkräfte mit dem Antriebsmechanismus verbunden.

In einem fertigen ROV würden die internen Magnete wahrscheinlich von Motoren oder Servos bewegt. Bei diesem Modell habe ich nur mehr Hebel verwendet, verkürzte Versionen der Rippen.

Schritt 6: Verbindung und Laufwerk

Der Antrieb ist nicht dafür gedacht, dass die Magnete in direktem Kontakt stehen, und er besiegt das Objekt trotzdem.

Im letzten ROV befindet sich zwischen den Rippen und dem Antrieb ein nichtmagnetischer Rumpf. Nichtmagnetische Luft macht dasselbe, also brauchte ich nur einen Satz Abstandshalter, um die beiden Magnetsätze auseinander zu halten. Mehr Altholz (6cm lang, wenn Sie interessiert sind), mit Bambusstücken, damit es nicht zur Seite rutscht.

Schritt 7: Modell bearbeiten

Die Bedienung ist im Prinzip ganz einfach: Wenn sich die Hebel im Inneren des ROV bewegen, bewegen sich die Stacheln nach außen. Der Trick besteht darin, die Rippen in einer sinnvollen Reihenfolge zu bewegen. In diesem Video habe ich eine einfache "Halterung" aus mehr Bambus gemacht, schob es über die Antriebshebel und benutzte es, um die Hebel in einer grundlegenden Wellenfolge zu bewegen. Im endgültigen ROV würden die Hebel einfach durch eine von einem einzigen Motor angetriebene Nockenwelle bewegt. Für mehr Kontrolle, die "Wellen" unterschiedlicher Länge und Frequenz ermöglicht, könnte jeder Hebel einzeln von einem mikroprozessorgesteuerten Servomotor bewegt werden.

Schritt 8: Zukünftige Schritte

Offensichtlich wird das in Schritt 7 dargestellte Modell nichts antreiben. Ein fertiges ROV hat eine Reihe von Rippen auf jeder Seite des Rumpfes, deutlich mehr Rippen als drei. Zwischen den Rippen hat das ROV entweder eine einzelne Membran, so dass Wellen in der Membran die Vortriebskraft liefern. Das Umkehren der Richtung der Welle kehrt den Schub um. Ich beabsichtige, dass dieses Instructable für andere frei verfügbar ist, um ihre eigenen zu bauen ROVs weitaus günstiger als die derzeit erhältlichen professionellen Geräte. Mit dem magnetgekoppelten Antrieb könnte der Rumpf leicht zu beschaffen und leicht wasserdicht zu machen sein. Ich stelle mir vor, dass er mit einem Stück Kunststoff-Abwasserrohr mit großem Durchmesser als Rumpf gut funktionieren würde. Passende Klemmringverschraubungen können die Rohrenden einfach verschließen. Änderungen, die es einer Kamera ermöglichen, nach außen zu sehen oder ein Steuerkabel durchzulassen, können sehr einfach wasserdicht gemacht werden, da sie keine Bewegung zulassen müssen. Für den tatsächlichen Gebrauch werden ROVs mit Manta-Antrieb hauptsächlich Hobbyfahrzeuge, die verwendet werden, um die Geheimnisse des örtlichen Schwimmbads oder Kanals zu erkunden. Ich würde jedoch hoffen, dass der Antrieb von "ernsten" Forschern aufgegriffen werden könnte, da er verwendet werden könnte, um ROVs heimlicher zu machen - mit einem passend geformten und gefärbten Rumpf könnte ein Manta Drive ROV als großer Steinfisch getarnt werden, oder sogar ein echter Mantarochen. Dies würde es ihnen ermöglichen, natürlicher mit lebenden Fischen zu interagieren, ähnlich wie der Roboshark der BBC oder der Robot Tuna des Draper Laboratory, aber mit weniger technologischen Hürden (und viel billiger!)

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