- Estrutura<\/a><\/li>
- Simula\u00e7\u00f5es Estruturais <\/a><\/li>
- Sistema Propulsivo<\/a><\/li>
- Simula\u00e7\u00e3o hidrodin\u00e2mica<\/a><\/li>
- Sistema de energia<\/a><\/li>
- Sele\u00e7\u00e3o das baterias<\/a><\/li>
- Sistema de arrefecimento<\/a><\/li>
- Solu\u00e7\u00e3o arrefecimento<\/a><\/li>
- Software<\/a><\/li><\/ul>\n\n\n\n
<\/div>\n\n\n\nEstrutura<\/h3>\n\n\n\n
Para o design do AUVille a equipe decidiu seguir o design do BlueROV2, da empresa americana BlueRobotics, que \u00e9 o equipamento que a equipe possui fisicamente em seu laborat\u00f3rio (Laborat\u00f3rio de Simula\u00e7\u00e3o Naval – LaSiN), pois as novas solu\u00e7\u00f5es desenvolvidas ao longo do projeto, poder\u00e3o no futuro serem testadas experimentalmente e de fato implementadas.<\/p>\n\n\n\n
Dessa forma, a equipe aprimorou o design inicial do ROV, incorporando mais um frame e um casulo, de modo a permitir a aloca\u00e7\u00e3o de mais baterias, propulsores e novos componentes caso haja a necessidade no futuro. Vale ressaltar que o frame e casulo adicional s\u00e3o fabricados do mesmo material dos componentes originais do ROV, que s\u00e3o o polietileno de alta densidade (HDPE) e o acr\u00edlico fundido, respectivamente. Tais materiais foram selecionados por possu\u00edrem boas propriedades f\u00edsicas, o HPDE possui resist\u00eancia a altas tens\u00f5es e baixa densidade quando comparado a outros materiais, j\u00e1 o acr\u00edlico fundido possui uma excelente resist\u00eancia ao estresse mec\u00e2nico e uma boa estabilidade t\u00e9rmica.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/ANSYS-MODELAGEM.png\")
Fonte:<\/strong> Equipe Terra, 2021.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n De modo que a parte estrutural do ve\u00edculo com todos seus componentes eletr\u00f4nicos e propulsores possui cerca de 15 kg e o peso total das baterias propostas para esse projeto \u00e9 de 2.11 kg, resultando assim num peso final de 17.11 kg para o conjunto completo do AUVille. A modelagem da estrutura completa realizada no software ANSYS pode ser observada na figura ao lado.<\/p>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\n
<\/div>\n\n\n\nSimula\u00e7\u00f5es estruturais<\/h3>\n\n\n\n
De uma maneira geral, a simula\u00e7\u00e3o estrutural foi realizada atrav\u00e9s do software ANSYS para determina\u00e7\u00e3o de esfor\u00e7os internos e externos e das correspondentes tens\u00f5es, bem como a determina\u00e7\u00e3o dos deslocamentos e correspondentes deforma\u00e7\u00f5es da estrutura que est\u00e1 sendo projetada para que com os resultados obtidos fosse poss\u00edvel compreender se a estrutura seria resistente para suportar todos os esfor\u00e7os no qual ela estaria sujeita durante a execu\u00e7\u00e3o da miss\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Tensao_Von_Mises.png\")
Fonte:<\/strong> Equipe Terra, 2021<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n <\/div>\n\n\n\nSistema Propulsivo<\/h3>\n\n\n\n
Com rela\u00e7\u00e3o ao sistema de propuls\u00e3o do AUVille, a equipe optou por manter a configura\u00e7\u00e3o comercial do equipamento BlueROV2, em decorr\u00eancia da impossibilidade de realizar testes na \u00e1gua para valida\u00e7\u00e3o da nova configura\u00e7\u00e3o. Sendo assim, manteve-se quatro propulsores horizontais angulados a 45\u00ba e dois propulsores verticais, com isso o ve\u00edculo possui a capacidade de se movimentar em surge, heave, pitch e yaw.<\/p>\n\n\n\n
<\/div>\n\n\n\nSimula\u00e7\u00e3o hidrodin\u00e2mica<\/h3>\n\n\n\n
O comportamento dos fluidos \u00e9 pouco intuitivo, tornando muito dif\u00edcil prever seu impacto em projetos, por isso \u00e9 muito comum a realiza\u00e7\u00e3o de muitos testes em \u00e1gua a fim de compreender o comportamento do ve\u00edculo em opera\u00e7\u00e3o. Mas em virtude da impossibilidade de realiza\u00e7\u00e3o de testes experimentais, a equipe tamb\u00e9m utilizou o software ANSYS para simular com confian\u00e7a o comportamento do escoamento de fluidos e analisar com precis\u00e3o os resultados encontrados.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/hidrodinamica_AUV_Robosub-1024x459.png\")
Fonte:<\/strong> Equipe Terra, 2021.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n E como resultado das simula\u00e7\u00f5es realizadas foi poss\u00edvel compreender a velocidade, a press\u00e3o e a for\u00e7a total de arrasto e com isso determinar a velocidade m\u00e1xima e de opera\u00e7\u00e3o do ve\u00edculo, assim como a tens\u00e3o necess\u00e1ria para alimenta\u00e7\u00e3o dos propulsores.<\/p>\n\n\n\n
<\/div>\n\n\n\nSistema de energia<\/h3>\n\n\n\n
\n\nO sistema de energia teve como maior desafio propor uma solu\u00e7\u00e3o que permitisse que o ve\u00edculo possu\u00edsse uma boa autonomia sem comprometer o desempenho dos componentes el\u00e9tricos e de modo a agregar o m\u00ednimo de peso poss\u00edvel para a estrutura. Para auxiliar na escolha da solu\u00e7\u00e3o, os membros desse setor realizaram um levantamento dos componentes do ve\u00edculo que mais consomem energia do sistema, sendo eles os propulsores e os componentes eletr\u00f4nicos: Raspberry, Pixhawk e ESCs.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n
\nNa sequ\u00eancia analisou-se as especificidades de cada um deles e notou-se que os componentes eletr\u00f4nicos de modo geral trabalham numa tens\u00e3o menor que a dos propulsores, dessa forma decidiu-se dividir o sistema de energia em dois circuitos, sendo um para alimentar os propulsores e o outro para alimentar o casulo que abriga os componentes eletr\u00f4nicos, pois dessa forma seria poss\u00edvel encontrar uma solu\u00e7\u00e3o de bateria ideal para cada um desses circuitos e n\u00e3o seria necess\u00e1rio utilizar um componente para reduzir a tens\u00e3o que alimenta os componentes eletr\u00f4nicos.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
<\/div>\n\n\n\nSele\u00e7\u00e3o das baterias<\/h3>\n\n\n\n
A partir dos resultados encontrados na simula\u00e7\u00e3o hidrodin\u00e2mica foi poss\u00edvel identificar a tens\u00e3o necess\u00e1ria para alimentar os propulsores de modo que a for\u00e7a de arrasto fosse superada e que o AUVille pudesse navegar com uma velocidade apropriada durante a realiza\u00e7\u00e3o da miss\u00e3o. Desse modo, para cada velocidade simulada no item anterior determinou-se a autonomia do ve\u00edculo. Das an\u00e1lises foi poss\u00edvel observar que a m\u00e1xima velocidade do ve\u00edculo seria 3 knos e que a velocidade de opera\u00e7\u00e3o ideal seria 2 knos.<\/p>\n\n\n\n
Para que o tempo dispon\u00edvel para a realiza\u00e7\u00e3o da miss\u00e3o at\u00e9 o descarregamento completo da bateria fosse adequado, a equipe configurou duas baterias de lithium-ion compostas quimicamente por NCA (n\u00edquel, cobalto e alum\u00ednio), de modo a atender todos os requisitos do projeto.<\/p>\n\n\n\n
A partir disso, ficou estabelecido que a bateria que fornecer\u00e1 energia para os seis propulsores dever\u00e1 ser composta por cinco c\u00e9lulas em s\u00e9rie e seis em paralelo (5S6P) e ser\u00e1 capaz de fornecer 18 V para os propulsores por aproximadamente 59.1 minutos. J\u00e1 a bateria que alimentar\u00e1 o casulo que abriga os componentes eletr\u00f4nicos ser\u00e1 composta por duas c\u00e9lulas em s\u00e9rie e sete em paralelo (2S7P) possibilitando o fornecimento de 7.2 V aos componentes eletr\u00f4nicos com a mesma autonomia da outra bateria.<\/p>\n\n\n\n
Essa solu\u00e7\u00e3o encontrada pela equipe atendeu todos os requisitos e restri\u00e7\u00f5es desse atual projeto, fornecendo uma boa autonomia sem impactar na performance do ve\u00edculo com rela\u00e7\u00e3o a sua velocidade de opera\u00e7\u00e3o e peso estrutural.<\/p>\n\n\n\n
<\/div>\n\n\n\nSistema de arrefecimento<\/h3>\n\n\n\n
Atualmente um grande desafio enfrentado em sistemas eletr\u00f4nicos \u00e9 o aquecimento de seus componentes em decorr\u00eancia do acr\u00e9scimo na intensidade de corrente el\u00e9trica proveniente da implementa\u00e7\u00e3o de novas fun\u00e7\u00f5es e do funcionamento simult\u00e2neo de subsistemas. Aplicando esse contexto ao BlueROV2 operado pela equipe, a convers\u00e3o deste em um AUV exigiu o desenvolvimento de um novo dispositivo de resfriamento para a unidade de processamento Raspberry instalada, visto que o superaquecimento desta a temperaturas acima de 65 \u00baC implicava em redu\u00e7\u00e3o cr\u00edtica da autonomia do ve\u00edculo, impedindo a realiza\u00e7\u00e3o das atividades designadas, bem como a redu\u00e7\u00e3o da vida \u00fatil do componente devido ao ciclo t\u00e9rmico de trabalho ao qual era submetido.<\/p>\n\n\n\n
Frente a esses problemas, inicialmente realizou-se a an\u00e1lise da capacidade inicial de dissipa\u00e7\u00e3o do casulo e o levantamento das caracter\u00edsticas desfavor\u00e1veis ao arrefecimento do sistema. No qual observou-se que a troca t\u00e9rmica era realizada via convec\u00e7\u00e3o livre com o ar dentro do casulo. A baixa condutividade t\u00e9rmica do ar e das paredes polim\u00e9ricas do casulo, juntamente com a inefici\u00eancia da convec\u00e7\u00e3o livre na troca de calor implicam em grande resist\u00eancia t\u00e9rmica entre os componentes eletr\u00f4nicos e o ambiente externo. Assim, era fundamental \u00e0 efic\u00e1cia do projeto que essa resist\u00eancia fosse reduzida.<\/p>\n\n\n\n
A partir disso, foram elencadas algumas restri\u00e7\u00f5es e crit\u00e9rios de sele\u00e7\u00e3o, sendo eles:<\/p>\n\n\n\n
- Dificuldade de reposicionamento de componentes e restri\u00e7\u00e3o espacial;<\/li>
- Preserva\u00e7\u00e3o de integridade estrutural e estanqueidade do casulo;<\/li>
- Restri\u00e7\u00e3o de recrutamento energ\u00e9tico;<\/li>
- Redu\u00e7\u00e3o de ru\u00eddo eletromagn\u00e9tico.<\/li><\/ol>\n\n\n\n<\/div>\n\n\n\n
Solu\u00e7\u00e3o do arrefecimento<\/h3>\n\n\n\n
![\"\"](\"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/problema_casulo-1-1.jpeg\")
Fonte: <\/strong>Terra, 2021.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n ![\"\"](\"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/problema_casulo-2.jpeg\")
Fonte: <\/strong>Terra, 2021.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n A partir das restri\u00e7\u00f5es do projeto a equipe definiu as caracter\u00edsticas finais do dispositivo de controle t\u00e9rmico a ser implementado no AUV. No qual concluiu-se que sobre o processador Raspberry ser\u00e1 montada uma base condutora, aderida via pasta t\u00e9rmica. Desta base, o calor produzido ser\u00e1 conduzido por um heat pipe at\u00e9 o dissipador, componente condutor instalado atrav\u00e9s da parede do casulo. O acoplamento do heat pipe ao dissipador ser\u00e1 tamb\u00e9m feita atrav\u00e9s de uma base condutora. A interface dessa montagem ser\u00e1 preenchida com um adesivo ep\u00f3xi t\u00e9rmico. Observada a baixa condutividade t\u00e9rmica desse adesivo em rela\u00e7\u00e3o aos materiais met\u00e1licos do conjunto, o ajuste dimensional do acoplamento ser\u00e1 tal que, ainda garantido a ades\u00e3o, minimize a resist\u00eancia t\u00e9rmica na interface.<\/p>\n\n\n\n
A fim de evitar a transfer\u00eancia de calor via convec\u00e7\u00e3o natural interna pelo ar na vizinhan\u00e7a dos componentes, toda a superf\u00edcie do conjunto (bases, heat pipe e dissipador) exposta ao ar interno ser\u00e1 enclausurada por um filme isolante. Recobrando a discuss\u00e3o realizada na restri\u00e7\u00e3o 2, a efic\u00e1cia e efici\u00eancia do dispositivo est\u00e3o atreladas \u00e0 propor\u00e7\u00e3o do calor conduzido atrav\u00e9s do conjunto em rela\u00e7\u00e3o ao transferido ao ar interno ao casulo.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/problema_casulo-3.jpeg\")
Fonte: <\/strong>Terra, 2021.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Visto que o dissipador ser\u00e1 montado atrav\u00e9s da parede da estrutura, existe a preocupa\u00e7\u00e3o com concentra\u00e7\u00e3o de tens\u00f5es e estanqueidade ap\u00f3s instala\u00e7\u00e3o. A solu\u00e7\u00e3o encontrada pela equipe ent\u00e3o consiste na usinagem de um \u00fanico furo circular na parede, evitando geometrias com arestas agudas e a montagem do dissipador a partir do tratamento da superf\u00edcie da interface com um primer e aplica\u00e7\u00e3o de um selante polim\u00e9rico, similar ao utilizado na ind\u00fastria automotiva na ades\u00e3o de vidro a componentes met\u00e1licos.<\/p>\n\n\n\n
<\/div>\n\n\n\nSoftware<\/h3>\n\n\n\n
O setor de eletr\u00f4nica \u00e9 respons\u00e1vel por toda a parte eletroeletr\u00f4nica do AUV, desde os c\u00f3digos que s\u00e3o desenvolvidos e adaptados at\u00e9 a escolha dos componentes eletr\u00f4nicos como placas de circuitos e desenvolvimento de PCI (placa de circuito impressa).<\/p>\n\n\n\n
Para o desenvolvimento do c\u00f3digo para o AUVille utilizou-se o ROS (sistema de opera\u00e7\u00e3o rob\u00f3tica) usando como base um reposit\u00f3rio dispon\u00edvel no GitHub. A primeira modifica\u00e7\u00e3o realizada foi para torn\u00e1-lo aut\u00f4nomo, j\u00e1 que o c\u00f3digo original \u00e9 voltado para um ROV. A comunica\u00e7\u00e3o foi estabelecida por um c\u00f3digo de emula\u00e7\u00e3o de conex\u00e3o, utilizando os protocolos MAVROS e PyMAVLink, fazendo com que os comandos para execu\u00e7\u00e3o venham do reconhecimento de imagem e n\u00e3o mais de um controle com conex\u00e3o externa. Isso evitou a cria\u00e7\u00e3o de um c\u00f3digo especializado (ou A.I) para a tomada de decis\u00f5es durante a miss\u00e3o, proporcionando uma economia de tempo para refinar o c\u00f3digo de controle que temos.<\/p>\n\n\n\n
No fluxograma a seguir, o c\u00f3digo \u00e9 apresentado de forma ilustrativa, listando todas suas divis\u00f5es e m\u00f3dulos:<\/p>\n\n\n\n
- Verifica se todos os componentes est\u00e3o operacionais para a miss\u00e3o.<\/li>
- Respons\u00e1vel por reconhecer as formas obtidas pela c\u00e2mera.<\/li>
- Realiza o processamento simplificado, reconhecendo e reconferindo os resultados.<\/li>
- C\u00f3digo de controle principal, onde os dados s\u00e3o processados.<\/li>
- Analisa os dados coletados para que o sistema tome a melhor decis\u00e3o.<\/li>
- Executa a a\u00e7\u00e3o decidida na etapa anterior e inicia a movimenta\u00e7\u00e3o do ve\u00edculo.<\/li>
- Executa o comando utilizando principalmente c\u00f3digos de controle b\u00e1sicos presentes no pacote padr\u00e3o.<\/li>
- Ao mesmo tempo, em um m\u00f3dulo separado, chamado de m\u00f3dulo T.A.R.D.I.S, \u00e9 coletado todas as informa\u00e7\u00f5es cr\u00edticas dos sensores e componentes, salvando em um cart\u00e3o micro SD em formato “.txt” para eventuais estudos de caso e an\u00e1lise gr\u00e1fica.<\/li>
- Por \u00faltimo, tem-se o Bot\u00e3o S.O.S, respons\u00e1vel pela interrup\u00e7\u00e3o da miss\u00e3o a qualquer momento por qualquer pessoa que pressione o bot\u00e3o.<\/li><\/ol>\n\n\n\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Em 2021 a Equipe TERRA realiza sua primeira participa\u00e7\u00e3o na Robosub representando a Universidade Federal de Santa Catarina – Campus Joinville. O AUVille \u00e9 o AUV desenvolvido pela equipe para essa edi\u00e7\u00e3o da competi\u00e7\u00e3o, e a seguir s\u00e3o apresentados os principais pontos desenvolvidos nesse projeto. Estrutura Simula\u00e7\u00f5es Estruturais Sistema Propulsivo Simula\u00e7\u00e3o hidrodin\u00e2mica Sistema de energia…<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":true,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[16],"tags":[18,17,19],"class_list":["post-840","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-projetos","tag-18","tag-robosub","tag-terra-competition"],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/pt_br\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/840","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/pt_br\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/pt_br\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/pt_br\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/pt_br\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=840"}],"version-history":[{"count":11,"href":"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/pt_br\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/840\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":938,"href":"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/pt_br\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/840\/revisions\/938"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/pt_br\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=840"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/pt_br\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=840"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/terra.joinville.ufsc.br\/pt_br\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=840"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
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