Formosa- 自製水下機器人控制系統方案

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Formosa是ROV MAKER團隊開發的一套水下機器人的控制系統。他提供完整的軟硬體方案,讓有興趣於自造水下機器人的開發者可以免除繁複的軟硬體開發/整合/測試。即插即用(Ready-To-Play)的便利,讓開發者可以將更多精力放在ROV的防水/機身等設計。Formosa 控制系統已使用在航海家號II並得到功能上的驗證。

水下機器人與無人多軸機最大的操控方式有著巨大差別,其原因在於存在的介質。空氣中可以傳遞高頻無線訊號,無人機得以在天空中飛行並以無線電波控制。然而,電磁波在水中衰減速度遠高於空氣中,特別是越高頻的電磁波衰減速度越快。因此水中必透過纜線控制水下機器人,以接收水底影像與即時感測資料,這是目前水下機器人(ROV)普遍的架構。

在目前水機器人自造(DIY)領域中,最著名的開源控制系統方案是針對無人機飛控為主的 pixhawk控制器加上影像傳輸的樹梅派(Raspberry Pi),前者承襲無人機的操控硬體,後者提供即時影像傳輸。軟體則採用開源的ardusub專案。

這是一個非常棒的方案,但是開發者還是必須花時間將整個內部操控系統(pixhawk + 樹梅派)整合至防水氣密控制艙。同時,水下機器人與岸上控制台的連線傳輸方式設計也是一個很大課題。這對於想要自造水下機器人的創客(maker)而言,是一個不輕的工作量跟挑戰。

Formosa控制系統,是ROV MAKER團隊所開發出的一個相對簡單的水下機器人控制方案,非常適合SimpleROV架構(2個垂直推進器與2水平推進器, 如下圖所示)。

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Formosa 控制的方案其硬體係採用ROVMAKER團隊開發的巴洛克控制板。巴洛克控制版的CPU採用路由器晶片,兩片巴洛克板(ROV巴洛克版與Reel 巴洛克版)可以輕易組網,並同時提供較佳的資料路由速度。巴洛克版上配有專用PLC (Power Line Control) 模組,可以讓兩片巴洛克版透過中性浮力縣或雙腳線傳輸距離達100米。

在水下機器人端,ROV巴洛克板可以搭配專屬ESC控制板,讓硬體裝置所占空間得到優化。在絞盤端,Reel 巴洛克版配有專屬WIFI模組與RJ45接口,提供您兩種與筆電連線方式。ROVMAKER也提供專屬感測版, Mazu感測版,集成了慣性測量單元(IMU)/深度計/溫度計/電子羅盤。其驅動程式已經安裝至ROV巴洛克版中,讓您安裝後即可使用。您可以透過此連結了解更多巴洛克版設計理念。

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Formosa 控制方案的軟體架構採用NodeJs為主的網頁主從式架構。這樣的架構讓使用者可以直接使用筆電的瀏覽器對安裝Formosa的水下機器人進行操控。同時,提供使用者可以自行撰寫Javascript 程式碼,直接執行或整合既有的Chrome插件讓你的水下機器人更加智能。更多的軟體架構概念,參考此連結

SoftwareArchitecture

Formosa套裝方案, 包含下列模組

  • ROV硬體模組 (ROV巴洛克版 + PLC+ ESC控制板 + 4 Calypso 電子變速器(ESC) )
  • Reel 硬體模組(Reel 巴洛克版 + PLC + WIFI 模組 )
  • Mazu 感測器版 (MPU9250 + MS5837-30BA + IST8310)
  • HD IP 攝像頭

出廠前Formosa 電控方案都已經校正好相關系統參數,包含馬達中立點與死區(Dead Zone)。使用者可以進入工廠設式模式進行調整。