اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران گزارش طراحی دقیق کن‌ست

2. اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایرانگزارش طراحی دقیق کن‌ست barracuda مهرماه 1390

3. فهرست مطالب • تغییرات بعد از طراحی اولیه • اعضای تیم • پروفیل عمر • ویژگی‌های سیستم • زیرسیستم‌ها و اجزای آن‌ها • شرح نرم‌افزار • بودجه‌بندی • زمان‌بندی • نتیجه‌گیری اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

4. اعضای تیم تیمbarracuda سرپرست: محمدعلی تلخابی استاد راهنما: دکتر هادی گرایلو گروه الکترونیک و برنامه‌نویسی گروه ساختارها و سیستم‌های مکانیکی صالح جمعه‌زاده محمدعلی تلخابی سعید صبری محمد گلشنی محمود تلخابی سعید صبری اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

5. خلاصه ماموریت • ماموریت‌ • تصویربرداری و فیلم‌برداری و ارسال بلادرنگ آن • ملزومات ماموریت • به‌کارگیری بهینه و صحیح سیستم ناوبری اینرسی • رهاسازی و گسترش صحیح چتر • راه‌اندازی سیستم‌های تصویربرداری و ارسال داده • راه‌اندازی سیستم حرکتی کن‌ست • ماموریت جانبی • بازگشت به محل معین بعد از رهاسازی کن‌ست از ارتفاع 500 متری با کم‌ترین فاصله از مقصد اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

6. تغییرات بعد از طراحی اولیه • سیستم نجات • نوع چتر • سیستم هدایت • استفاده از سیستم ناوبری اینرسی • سیستم کنترل زمینی • استفاده از مانیتورینگ • طراحی مکانیکی اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

7. پروفیل عمر آماده‌سازی راه‌اندازی سیستم اوج‌گیری و آغاز تبادل اطّلاعات آغاز سقوط رسیدن کن‌ست به زمین حرکت به سمت نقطه‌ی معیّن اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

8. ویژگی‌های سیستم • تصمیماتی که کن‌ست تیم ما را متفاوت کرده است، بیشتر مربوط به ماموریت بازگشت به محل معین است که ذیلاً به آن‌ها پرداخته می‌شود. • سیستم تعیین مسیر منحصر به فرد • استفاده از سیستمی نزدیک به سیستم ناوبری اینرسی به جای استفاده متداول از GPS • سیستم حرکتی منحصربه‌فرد • با توجه به بررسی‌های انجام‌شده توسط اعضای تیم در مورد بازگشت به محل معین در مسابقات برگزارشده در سطح دنیا به این نتیجه رسیدیم که کاراترین مکانیزم حرکت به سوی هدف در زمین است؛ یعنی به جای هدایت و حرکت کن‌ست در هوا به سمت هدف، آن را بر روی زمین به سمت هدف روانه می‌کنیم. • سیستم مانیتورینگ • برای ثبت داده‌های دریافتی از کن‌ست به‌صورت نمودار و تصویر، از یک سیستم مانیتورینگ استفاده می‌شود. اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

9. زیرسیستم‌ها و اجزای آن‌ها • Descent Control Design (DCD) • حسگرها • دوربین و پردازنده • مکانیک حرکت اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

10. Descent Control Design • یکی از اهداف استفاده از چتر نجات سقوط آرام و ایمن کن‌ست است، اما به کن‌ست اجازه می دهد که به اندازه کافی سریع پایین بیاید تا از هدف منحرف نشود. علاوه بر این از چتر نجات می‌توان به عنوان وسیله هدایت نیز استفاده کرد؛ اما به دلایلی هم‌چون عدم دقت، هزینه و... این روش را به صرفه ندیدیم و فقط از چتر به عنوان وسیله‌ای برای سقوط ایمن بهره جسته‌ایم. اما باز هم با این وجود از تأثیر آن در هدایت غافل نشده‌ایم که در ادامه به توضیح ان نیز خواهیم پرداخت. • با توجه به قوانین مسابقات سایز چتر قبل از بازشدن جزء سایز کن‌ست محسوب شده و در تصمیم‌گیری‌ها تأثیرگذار است. • با توجه به اندازه چتر برای کمک به بازشدن چتر، از چتر کوچکی استفاده می‌کنیم تا نیروی اولیه لازم گسترش چتر را فراهم کند و فضای مناسب برای هوا را فراهم سازد تا از سقوط سریع جلوگیری کند. اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

11. تغییرات • در ابتدا لازم است مکانیزم‌های مدنظر بیان شود و در ادامه به توضیح هرکدام می‌پردازیم و مکانیزم انتخاب‌شده و دلایل انتخاب آن را بیان خواهیم کرد. • استفاده از دو چتر با قابلیت جداشدن • با توجه به توضیحات و معرفی های انجام شده در PDR مناسب است برای اینکه فرودی سریع و ایمن داشته باشیم از چتری نیم‌کره‌ای و گلایدری استفاده کنیم. • استفاده از این ترکیب مزایای فراوانی دارد. برای آن‌که سقوطی سریع و با انحرافی کم را داشته باشیم، باید از چتر نیم‌کره‌ای با قطر کم کمک گرفت و دلیل استفاده از چتر گلایدری قابلیت‌هایی است که در هدایت، این چتر را منحصر به فرد کرده است. • زیرساخت‌های لازم برای پیاده‌سازی این طرح، دسترسی به دو سیستم رهاساز جداگانه است به طوری که در ابتدا چتر نیم کره ای رها شود و قسمت اعظمی از مسیر را طی کند و بعد از آن این چتر از مجموعه کن‌ست جدا شود و چتر گلایدری باز شود و متناسب با سیستم هدایت، در هدایت از آن استفاده گردد. اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

12. تغییرات • استفاده از دو چتر با اندازه های متفاوت • اگر در سیستم نجات یک شی قرار به استفاده از یک چتر باشد با توجه به محاسبات سرعت سقوط، به چتری به قطری نسبتا بزرگ خواهیم رسید که این قطر در یک سیستم نجات به عنوان یک نقطه ضعف قلمداد می شود چرا که احتمال دارد در هنگام باز شدن چتر نیروی هوا در جریان کار مشکل بوجود آورد. • حال برای حل این مشکل مناسب است از چتری کوچک با مساحت هوا خور کمتر کمک می گیریم و با استفاده از نیرویی که بعد از باز شدن ایجاد می کند چتر اصلی را باز می کنیم. این سیستم شبیه به عملی است که در چتر نجات چتر بازان صورت می گیرد. • استفاده از این چتر با محدودیت هایی نیز همراه است. این نوع چتر در سیستم هدایت کارایی نسبتا بالایی را دارا نمی باشد و بیشتر نیز به عنوان وسیله ای برای فرود ایمن استفاده می شود. اما با کمی تغییرات در ساختار آن می توان نقش آن را در سقوطی با انحراف کم افزایش داد؛ برای این منظور می توانیم یک یا چند سوراخ در چتر ایجاد کرد • با توجه به محدودیت های اعمال شده در قوانین مسابقات در مورد هزینه ها، ابعاد و وزن؛ برای کنترل سقوط از دو چتر با اندازه های متفاوت استفاده می کنیم. اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

13. ملزومات اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

14. سخت‌افزار • با توجه به نوع انتخاب چتر، در مرحله سقوط نیاز به استفاده از وسیله ای خاص به جز چتر نداریم و نیاز به عاملی جز چتر را فقط در هنگام قرار گیری بر سطح زمین احساس می کنیم. با توجه به اینکه برای رسیدن به موقعیت مشخص شده در ماموریت بازگشت به محل معین، حرکت بر روی زمین را برگزیده ایم؛ باید بعد از رسیدن به زمین، چتر را از بدنه کن‌ست جدا کنیم. • ما از دو چتر استفاده می کنیم چرا که: • طراحی و ساخت آن آسان است. • وزن کلی سیستم چتر سبک تر است. • مواد لازم برای چتر • پلاستیک • به دلیل انعظاف پذیری ،بلوکه کننده خوب ،الاستیک بودن ،در دسترس ،وزن کم. • نخ مکرومه بافی • به دلیل سبکی، محکم بودن و ابعاد مناسب اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

15. محاسبات سقوط • اندازه چتر براساس فرمول زیر تعیین می شود که هر مولفه معرفی شده است. • D= قطر چتر • mg= وزن مجموعه کن‌ست • Cd= ضریب درگ (برگرفته از aerospaceweb) • V= سرعت سقوط • D= قطر چتر اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

16. پیش‌بینی‌های سقوط • با توجه به محاسبات ذکر شده، به سرعت حدود 3 متر بر ثانیه رسیدیم و برای این سرعت سقوط، قطر چتر را 0.6 متر انتخاب کردیم. • لازم به ذکر است با ایجاد یک سوراخ در چتر برای سقوطی پایدارتر و سریعتر، به خودی خود در ضریب درگ تغییر ایجاد می کنیم که برای جلوگیری از سرعت بیش از حد کن‌ست قطر چتر را تغییر می دهیم. • سوراخ ایجاد شده شکل چتر را از نیم کره کامل دور می کند. • مرجع ضریب درگ، آدرس زیر است. • http://www.aerospaceweb.org/question/aerodynamics/q0231.shtml اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

17. استراتژی جداشدن چتر 1 2 3 اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

18. حسگرها اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

19. ملزومات حسگرها اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

20. تغییرات • به جای استفاده از سنسور GPS، سعی در پیاده‌سازی سیستمی مشابه سیستم ناوبری اینرسی داریم؛ ازاین‌رو از سنسورهایی دیگر کمک می‌گیریم. اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

21. شتاب‌سنج • شتاب سنج انتخابی:ADXL330 • توانایی اندازه‌گیری تا 3g± را دارد و می تواند شتاب‌های استاتیک را به خوبی اندازه‌گیری کند. • خروجی سه ولتاژ متغیر است که می توان به طور مستقیم با میکرو کنترلر اندازه گیری کرد • پهنای باند ADXL330 قابل تنظیم از 0.5 هرتز تا 1600 هرتز برای محور های X و Y است و  0.5 هرتز تا 550 هرتز برای محور Z است. • سرعت بسیار زیاد نسبت به سنسورهای الکترولیتی، جیوه‌ای و یا گرمایی. • خروجی 300 میلی ولت به ازای هر g. اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

22. ژیروسکوپ • سنسور انتخابی: ADXRS300ABG • یک ژیروسکوپ کامل در یک تراشه gyro • همراه با محور Z • خروجی سرعت مطلق برای کارکرد دقیقتر • بسیار کوچک و سبک اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

23. قطب‌نما • ماژول انتخابی: CMP03 • دارای دو خروجیPWM وI2C است و استفاده از آن بسیار آسان است. • خروجی 1 : Timing Pulse 1mS to 37mS in 0.1mS increments خروجی 2 : I2C Interface, 0-255 and 0-3599 SCL speed up to 1MHz  اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

24. پردازنده • ATmega128 • سرعت پردازنده: 16 مگاهرتز • رابط داده: • فلش مموری: 128 کیلوبایت • SRAM / EEPROM:4 کیلوبایت • ولتاژ کاری: 4.5 تا 5 ولت • چیپ حافظه • ATMEL0736، 8 مگابایت، حالت (SPI رابط سریال موازی)؛ برای مواقعی که در صورت کارنکردن درست ارتباطات، نسخه‌ی پشتیبان داده‌ها را در خود ذخیره کند. اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

25. دوربین اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

26. گیرنده‌فرستنده اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

27. مکانیک حرکت • خلاصه • مأموریت بازگشت به محل معین اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

28. تغییرات • به جای مکانیزم افزایش قطر چرخ‌ها و افزایش طول کن‌ست، به دلیل نبود امکانات، از چرخ با پهنای زیاد استفاده می‌شود. اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

29. تغییرات • به جای افزایش طول کن‌ست، ارتفاع آن از سطح زمین افزایش یافته‌است. اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

30. نیازها اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

31. سخت‌افزار • موتور گیربکس‌دار مینی اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

32. سخت‌افزار • چرخ 6.5 سانتی متر پلاستیکی آجدار با شافت اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

33. شرح نرم‌افزار • برنامه‌نویسی نرم‌افزار پرواز، به زبان C/C++و در محیطAVR انجام می‌شود. • میکروپروسسور استفاده‌شده، ATmega128 است. • نرم‌افزار پرواز، اطّلاعات را از حسگرها می‌خواند و با ایستگاه زمینی تبادل اطّلاعات می‌کند. اطّلاعات به‌صورت هم‌زمان به ایستگاه زمینی ارسال می‌شود. علاوه‌براین، از این اطّلاعات، برای اجرای مأموریت‌های بعدی نیز استفاده می‌شود. • ارتباط با ایستگاه زمینی را برقرار می‌کند. • محلّ کن‌ست را از مجموعه‌ی سیستم ناوبری دریافت می‌کند. • نرم‌افزار تشخیص می‌دهد که کن‌ست در مرحله‌ی صعود است یا سقوط. • به محض این‌که کن‌ست، در ارتفاعی کم‌تر از 100 متر از محلّ پرتاب، برای مدّتی بدون تغییر ارتفاع باشد، نرم‌افزار پرواز، تشخیص می‌دهد که کن‌ست به زمین رسیده‌است. • تغییر سرعت، ملاک ورود به مرحله‌ی بعدی عملیات است. اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

34. بودجهبندی اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

35. زمان‌بندی اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

36. زمان‌بندی اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

37. زمان‌بندی اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

38. نتیجه‌گیری • نتیجه فعالیت ها و درصد پیشرفت • با توجه به طراحی اولیه و فعالیت‌های انجام‌شده تاکنون، طرح اولیه با رفع نواقص تا 80 درصد تکمیل شده‌است. • درصد همکاری اعضا اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران

39. نتیجه‌گیری • برنامه آینده • استفاده از سیستم ناوبری اینرسی در مسابقات موشک‌های آبی و لیگ ربات‌های پرنده‌ی چهارملخه (Quadrotor) • شرکت در مسابقات آتی کشوری و بین‌المللی • تکمیل طرح اولیه شامل مکانیزم افزایش قطر چرخ‌ها • استفاده از موشک ساخته‌شده توسط تیم برای رساندن کن‌ست به ارتفاع موردنظر اولین دوره مسابقات ملی کن‌ست ایران