Проекты

Постройка судна на беспилотном управлении

Работа победителей конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Интеллектуальные робототехнические системы, беспилотные аппараты» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: Гимназия РУТ МИИТ
Предметы: Физика, Математика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Сегодня для обеспечения судоходной обстановки служит группировка судов технического флота, которые каждую навигацию с помощью эхолотов и лагов промеряют глубины и определяют границы судового хода. После этого границы маркируются бакенами. С появлением на каждом судне системы АИС и электронной картографии необходимость в визуальной обстановке отпадёт и останется только вопрос актуализации базы данных глубин.

Таким образом, основным преимуществом является существенная дешевизна технологического решения. Экипаж судна заменяется одним оператором, который находится на берегу, точки замены батарей запланированы в оборудованных пунктах, группировка дронов за счёт дешевизны может быть достаточно многочисленной.

После сертификации приведённой системы, а также принятия ряда законодательных актов, технология может быть предложена для серийного использования на внутренних водных путях в качестве решения задач обеспечения безопасности судоходства.

Цели

  1. Разработать технологию создания улучшенной версии корпуса и сделать это самим.
  2. Обеспечить безопасность в автономном режиме перемещения.
  3. Найти области применения продукта.

Задачи

  1. Разработать технологию создания улучшенной версии корпуса и сделать это самим.
  2. Обеспечить безопасность в автономном режиме перемещения.
  3. Найти области применения продукта.
  4. Выявить преимущества перед конкурентами.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Ноутбук с установленным ПО под управлением ОС Linux (Python, Mission Planner, Fusion 360)
  • Raspberry Pi
  • Эхолот/картплоттер c датчиком GT20-TM и 8Gb microsd
  • Экшн-камера (tailkuke) с инфракрасной подсветкой для работы в тёмное время суток
  • Различные компоненты и расходные материалы, непосредственно использованные в устройстве

Описание

Этапы работы над проектом

  1. Для начала мы решили нарисовать каркас нашего судна в программе трёхмерного моделирования. После мы распечатали полученные стрингеры и шпангоуты на 3D-принтере. Дальше была произведена сборка каркаса лодки.
  1. Проектируем автономное судно, для этого необходимо существенно расширить существующие возможности системы, чтобы катер принимал решения по изменению курса перед препятствиями самостоятельно. Определяем, какие «органы чувств», то есть датчики, необходимо доустановить. Во-первых, это FPV экшн-камера, бинокулярная камера или лазерный лидар. Данные катеру придётся обрабатывать в режиме реального времени, после чего принимать решение о коррекции курса – объезде препятствия, плавучего мусора, мели, либо уклонении от движущихся объектов (суда и другие плавсредства).

Во-вторых, это будет почти полноценный компьютер на борту, например, одноплатник Raspberry Pi или NVIDIA Jetson Nano.

Его установка необходима для обработки видеопотока в реальном времени. Сейчас такие стали доступны на рынке.

В-третьих, это оснащение катера системой технического зрения с обученной нейросетью позволит обходить препятствия, взаимодействовать с участниками движения и обеспечивать свою безопасность (эхолот/картплоттер c датчиком GT20-TM и 8Gb microSD). В-четвёртых, переносной выставляемый понтон с зарядным разъёмом, 5G-станцией и маячком для БЭК (может перевозиться на машине, вес до 10 кг).

  1. Тестирование составленного алгоритма управлением судна. Корректировка полученных результатов.

Результаты работы/выводы

•        Спроектировано и построено судно на полуавтоматическом управлении.

•        Произведены испытания лодки, результатами которых мы довольны.

•        Выделены сферы предназначения продукта.

Перспективы использования результатов работы

На данный момент ведётся работа по оснащению судна автоматической системой управления, а именно – внедрение нейросетей и программирование компьютера по составленному алгоритму.

Построенное судно может быть использовано:

  • при изучении и построении картографии дна рек, озёр, морей и т.д.,
  • при мониторинге экологической ситуации в водоёмах,
  • при построении картографии дна в труднодоступных местах: ущелья, каньоны,
  •  для замера глубин водоёмов.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РУТ (МИИТ)