Technische Lösungen für den DREVO River Rover Restore S

Technische Lösungen für den DREVO River Rover Restore S

Kompakte Roboterplattform zur Renaturierung von Bächen und kleinen Flüssen

1. Grundlegendes Ingenieurkonzept

DREVO River Rover Restore SEs wäre ratsam, es nicht als verkleinerten Wasserbagger zu konstruieren, sondern als leichte modulare Plattform, die präzise Bergungsarbeiten durchführen kann.

Grundlegende Ingenieurprinzipien:

geringer Tiefgang;

niedriger Schwerpunkt;

Katamaran-Layout;

elektrischer Antrieb;

modularer Manipulator;

austauschbare Werkzeuge;

automatische Stabilisierung;

Möglichkeit der amphibischen Hinrichtung;

Arbeiten, ohne den Boden und die Ufer zu zerstören.

Das Hauptziel des ersten Prototyps war nicht maximale Leistung, sondern Zuverlässigkeit, Präzision und Wartungsfreundlichkeit.

2. Empfohlene Basiskonfiguration

Für den ersten Prototyp wird folgende Version vorgeschlagen:

DREVO River Rover Restaurierung S-250

Hauptparameter:

3. Körper

Katamaran-Konzept

Es werden zwei unabhängige Pontons verwendet.

Vorteile:

hohe Seitenstabilität;

die Möglichkeit, das Instrument zwischen den Gehäusen zu platzieren;

geringer Tiefgang;

Stabilität während des Auslegerbetriebs;

die Möglichkeit, einen Ponton zu ersetzen;

einfacher Transport.

Pontonmaterialien

Es gibt drei Hauptlösungsmöglichkeiten.

Aluminiumgehäuse

Empfohlene Option für den ersten industriellen Prototypen.

Vorteile:

hohe Festigkeit;

Wartungsfreundlichkeit;

geringes Gewicht;

Schlagfestigkeit;

Möglichkeit der Schweißproduktion.

Empfohlenes Material:

Marine-Aluminiumlegierung;

Die Dicke des äußeren Blechs beträgt etwa 3–5 mm;

Innenwände alle 400–700 mm.

HDPE-Polyethylen

Geeignet für die Light-Version.

Vorteile:

Schlagfestigkeit;

Korrosionsbeständigkeit;

einfache Wartung.

Mängel:

Es ist schwieriger, den Kraftrahmen anzubringen;

höhere Verformung;

Präzise Reparaturen sind schwieriger durchzuführen.

Komposit

Geeignet für die Serienproduktion.

Vorteile:

geringes Gewicht;

komplexe hydrodynamische Form;

keine Korrosion.

Mängel:

teurere Produktion;

komplexe Reparaturen vor Ort.

Für den ersten Prototyp ist die Verwendung von Aluminium sinnvoller.

4. Kraftrahmen

Zwischen den Pontons ist ein räumlicher Rahmen installiert.

Es trägt Lasten von:

Manipulator;

Ladung;

Stabilisierungsstützen;

Werkzeuge;

Batterien;

Wellenbewegungen;

Aufprall auf ein Hindernis.

Empfohlenes Design:

Kraftrahmen aus Aluminium oder Stahl;

Querträger;

zentrale Plattform des Manipulators;

vier verstärkte Befestigungspunkte für Stabilisatoren;

Modulare Montagehilfen.

Für die Manipulatoreinheit empfiehlt es sich, einen separaten Stahl-Unterrahmen zu verwenden, der vom Aluminiumkörper isoliert ist.

5. Zentraler Arbeitskanal

Zwischen den Pontons sollte ein offener Arbeitskanal mit einer Breite von etwa: ...

0,45–0,70 m.

Damit können Sie:

Senken Sie den Eimer ab;

Pflanzen installieren;

Kies verlegen;

Ortssensoren;

Arbeite mit dem Boden;

Führen Sie eine Sichtprüfung durch.

Dieser Kanal ermöglicht es Ihnen, direkt unterhalb der Plattformmitte zu arbeiten, wo die Kippgefahr minimal ist.

6. Antriebssystem

Basisoption

Zwei unabhängige elektrische Wasserstrahlen.

Vorteile:

keine freiliegende Schraube;

Schutz von Fischen und Tieren;

Widerstandsfähigkeit gegen Gras und Äste;

hohe Manövrierfähigkeit;

Die Kurve ist fast genau auf der Stelle.

Empfohlene Leistung:

2 × 1,5–3 kW.

Alternative

Geschützte elektrische Außenbordmotoren.

Vorteile:

Zugänglichkeit;

einfacher Austausch;

niedriger Preis des Prototyps.

Mängel:

Gefahr, dass sich Gras und Netze verheddern;

höhere Anfälligkeit des Propellers.

Für kleine Bäche sind Wasserkanonen besser geeignet.

7. Stromversorgungssystem

Batterien

Es wird empfohlen, LiFePO₄ zu verwenden.

Vorteile:

hohe Brandsicherheit;

lange Lebensdauer;

stabile Spannung;

Beständigkeit gegen zyklische Belastung.

Geschätzte Kapazität:

20–40 kWh.

Es wird empfohlen, das Stromversorgungssystem in zwei unabhängige Stromkreise aufzuteilen.

Bewegungskontur

Nährt:

Wasserwerfer;

Navigation;

Verbindung.

Überblick über die Funktionsweise

Nährt:

Manipulator;

Pumps;

Aktor;

Werkzeuge.

Auf diese Weise wird der Ausfall eines einzelnen Stromkreises die Plattform nicht vollständig lahmlegen.

8. Austauschbare Batteriekartuschen

Es empfiehlt sich, die Batterien in zwei oder vier herausnehmbaren Kassetten unterzubringen.

Vorteile:

schneller Ersatz;

bequemer Service;

Möglichkeit der separaten Abrechnung;

Massenbilanzierung;

Reservierung.

Die Kassetten sind tief im Inneren der Pontons platziert, um den Schwerpunkt zu senken.

9. Manipulator

Empfohlene Ausführung

Kompakter elektrohydraulischer Manipulator mit drei oder vier Freiheitsgraden.

Hauptparameter:

Warum nicht vollhydraulisch?

Klassische Hydrauliksysteme sind leistungsstark, aber:

schwer;

benötigt eine Pumpstation;

birgt die Gefahr eines Ölaustritts;

schwieriger instand zu halten.

Rationale Lösung:

elektrische Antriebe der Hauptgelenke;

Kompakte Hydraulik nur zum Greifen oder für schwere Werkzeuge.

10. Schnellwechsel-Werkzeugschnittstelle

Am Ende des Manipulators ist eine universelle automatische Kupplung installiert.

Sie übermittelt:

mechanische Belastung;

Stromversorgung;

digitales Signal;

Hydraulikdruck, falls erforderlich.

Ein Werkzeugwechsel kann durchgeführt werden:

automatisch an der Landstation;

manuell;

vom River Rover Service-Roboter.

11. Grundlegende Arbeitswerkzeuge

Universal greifen

Verwendungszweck:

Steine;

Holz;

Biomatte;

Container.

kleine Schöpfkelle

Volumen:

10–30 Liter.

Nur für lokale Arbeiten verwendet.

Steine ​​einfangen

Verfügt über weiche oder austauschbare Schwämme.

Ermöglicht das präzise Verlegen von Steinen.

Kiesspender

Es handelt sich um einen kleinen Bunker mit verstellbarer Klappe.

Wird zur Schaffung von Laichplätzen verwendet.

Pflanzbohrer

Er macht ein kleines Loch in die Erde und setzt die Pflanze hinein.

Vibrations-Pfahlsetzer

Verwendungszweck:

Biomattenbefestigungen;

Montage von Holzankern;

Die Entstehung von Faszinen.

Biomat-Erfassung

Wickelt auf und fixiert gerolltes Material.

Hydroseeding-Modul

Beinhaltet:

kleiner Tank;

Pumpe;

Sprühdüse;

Mischer.

12. Plattformstabilisierung

Der Betrieb eines Manipulators ohne Stabilisierung ist gefährlich.

Es wird empfohlen, vier Systeme gleichzeitig zu verwenden.

Einziehbare Bodenstützen

Vier Teleskopstative.

Sie:

am Boden anliegen;

Entladen von Pontons;

Nickbewegung reduzieren;

Die Plattform muss repariert werden.

Arbeitstakt:

etwa 0,5–1,5 m.

Seitliche aufblasbare Blasen

Sie sind entlang der Pontons aufgestellt.

Gebraucht:

beim Betrieb des Manipulators;

mit ungleichmäßiger Last;

im Notfall.

Aktives Ballast

In den Pontons sind kleine Ballasttanks untergebracht.

Die Pumpen verteilen das Wasser zwischen der linken und der rechten Seite neu.

Elektronische Abflugbeschränkung

Das System begrenzt automatisch die Bewegung des Manipulators im Falle einer gefährlichen Neigung.

13. Stabilitätssensoren

Die Plattform ist ausgestattet mit:

Zweikanal-IMU;

Rollsensoren;

Trimm-Sensoren;

Niederschlagssensoren;

Drucksensoren in den Halterungen;

Dehnungsmessstreifen für Manipulatoren;

Ladeflächensensoren.

DREVO AI berechnet den zulässigen Arbeitsradius in Echtzeit.

14. Navigation

Grundausstattung:

GNSS RTK;

NASE;

LiDAR;

Stereokameras;

Ultraschallsensoren;

Sonar;

Tiefensensor;

Aktueller Drehzahlsensor.

Arbeiten ohne GNSS

In bewaldeten Schluchten kann das Satellitensignal instabil sein.

Daher muss die Plattform Folgendes verwenden:

visuelle Odometrie;

LiDAR SLAM;

Leuchttürme an der Küste;

lokale Funkkennzeichnungen;

digitale Karte des Flussbetts.

15. Kameras

Es wird empfohlen, Folgendes zu installieren:

RGB-Frontkamera;

Rückkamera;

zwei seitliche Kameras;

Kamera am Manipulator;

Unterwasserkamera;

Wärmebildkamera optional.

Die Kamera des Geräts ist besonders wichtig für das präzise Platzieren von Steinen und das Einpflanzen von Pflanzen.

16. Sonar- und Bodenkartierung

Für die Kompaktversion genügt Folgendes:

Einzelstrahl-Echolot;

Seitensonar in erweiterter Ausführung;

Tiefensensor;

Unterwasserkamera.

Das System erstellt:

Bodenprofil;

Hinderniskarte;

Sedimentkarte;

Karte der abgeschlossenen Arbeiten.

17. Umweltsensoren

Grundausstattung:

Wassertemperatur;

pH-Wert;

gelöster Sauerstoff;

elektrische Leitfähigkeit;

Trübung;

ORP;

Strömungsgeschwindigkeit.

Optional:

Nitrat;

Phosphat;

Chlorophyll;

Ammonium;

Erdölprodukte.

18. Trübungskontrolle

Während der Bodenarbeiten sollte das System automatisch Folgendes tun:

die anfängliche Trübung messen;

Schalten Sie das Arbeitsgerät ein;

den Zug steuern;

Werkzeuggeschwindigkeit reduzieren;

Die Arbeit wird eingestellt, sobald der Schwellenwert überschritten ist.

Zur Lokalisierung von Schwebstoffen können Sie Folgendes verwenden:

kleine, schwebende Bildschirme;

untere Bildschirme;

temporäre Filtermatten.

19. Modulares Frachtabteil

Der Laderaum ist als austauschbare Kassette ausgeführt.

Optionen:

Steingefäß;

Kiesbehälter;

Pflanzenkassette;

Biomattenrollen;

Werkzeugbehälter;

wissenschaftliches Modul;

Batteriemodul.

Fixierung:

vier automatische Verriegelungen;

Leitfäden;

elektrischer Steckverbinder;

RFID-Identifizierung des Moduls.

20. Amphibische Version

Für Sümpfe und sehr flache Bereiche kann ein abnehmbares Fahrgestell verwendet werden.

Optionen:

Mini-Raupen

Sie sind an den Seiten der Pontons angebracht.

Vorteile:

Bewegung durch Schlick;

an Land gehen;

hoher Schub.

Schraubenpropeller

Geeignet für Sümpfe, kann aber stärkere Auswirkungen auf den Boden haben.

Einziehbare Räder

Eine einfache Möglichkeit, abzusteigen und an einem festen Ufer anzukommen.

Für den ersten Prototyp ist es sinnvoller, abnehmbare elektrische Gleismodule zu verwenden.

21. Landanlegestelle

DREVO River Hub S muss Folgendes bieten:

Laden;

Batteriewechsel;

Werkzeugwechsel;

Verladematerialien;

Abfallentladung;

Waschbecken;

Diagnostik;

Datenübertragung.

Für kleine Flüsse kann die Station als mobiler Anhänger konzipiert werden.

22. Softwarearchitektur

Das Kontrollsystem besteht aus mehreren Ebenen.

Sicherheitskontrolleur

Verantwortlich für:

Not-Aus;

Rollbegrenzung;

Laufwerksschutz;

Rückkehr zum Ausgangspunkt.

Navigationssteuerung

Verantwortlich für:

Route;

Halteposition;

Hindernisvermeidung;

Gegen den Strom schwimmen.

Manipulatorsteuerung

Verwaltet:

Handbahn;

Werkzeug;

den Aufwand begrenzen;

Entschädigung für das Pitching.

Missionsleiter

Erhält eine Aufgabe von DREVO AI.

Zum Beispiel:

12 Steine ​​verlegen;

8 m Biomatte verlegen;

pflanzen Sie 40 Pflanzen;

Installieren Sie den Sensor.

23. Steuermodi

Vollständig autonom

Für wiederholbare Arbeitsgänge.

Kontrollierte Autonomie

Der Roboter führt Aktionen automatisch aus, der Bediener bestätigt kritische Schritte.

Fernbedienung

Für schwierige Bedingungen.

Manuelle Servicekontrolle

Wird für Reparatur- und Justierungsarbeiten verwendet.

Im ersten Prototyp sollte der Hauptmodus wie folgt aussehen:

Kontrollierte Autonomie mit der Möglichkeit der vollständigen Fernüberwachung.

24. Kommunikation

Hauptkanäle:

4G/5G;

W-lan;

industrielle Funkkommunikation;

Satellitenempfang optional.

Wenn die Verbindung abbricht, wird der Roboter:

führt die sichere Bewegung durch;

klappt den Manipulator ein;

hebt das Instrument an;

kehrt zum Kontrollpunkt zurück;

Speichert Daten lokal.

25. Sicherheit

Obligatorische Systeme:

physischer Not-Aus-Knopf;

Ferngesteuerter Not-Aus;

Begrenzung der Manipulatorkraft;

Anerkennung von Menschen und Tieren;

Schutz von Umzugsunternehmen;

automatische Auslegerklappfunktion;

Notauftriebszylinder;

Notstrombatterie für die Kommunikation;

Licht- und Tonsignale.

26. Empfohlene Fertigkomponenten

Für den ersten Prototypen ist es sinnvoll, vorgefertigte Industriekomponenten zu verwenden:

elektrische Wasserkanonen;

Marine GNSS RTK-Empfänger;

industrielles LiDAR;

versiegelte Stereokameras;

Fertiger Kompaktmanipulator;

LiFePO₄-Batteriemodule;

elektrische Linearantriebe;

Industriesteuerungen;

Fertige Wasserqualitätssensoren.

Die interne Entwicklung sollte sich auf Folgendes konzentrieren:

Kraftrahmen;

Stabilisierungssystem;

Schnellwechselwerkzeuge;

Softwareintegration;

Anpassung an die Flussbedingungen.

27. Phasen der Prototypentwicklung

Phase 1. Schwimmendes Chassis

Erstellen:

Ponton;

rahmen;

Antrieb;

Batterien;

grundlegende Navigation.

Schritt 2. Fernbedienung

Überprüfen:

Wendigkeit;

Sediment;

Stabilität;

Bewegung in der Strömung.

Phase 3. Manipulator

Installieren:

Pfeil;

erfassen;

Wägezellen.

Phase 4. Stabilisierung

Hinzufügen:

Stützen;

Zylinder;

Rollkontrolle.

Phase 5. Das erste Arbeitswerkzeug

Es wird empfohlen, mit einem Universalgriff zu beginnen.

Phase 6. Automatisierung

Hinzufügen:

Halteposition;

Einschränkung des Arbeitsbereichs;

halbautomatische Steinverlegung.

Phase 7. Umweltwerkzeuge

Hinzufügen:

Landemodul;

Kiesstreuer;

Biomatten.

28. Rationale Version des ersten Prototyps

Der erste Prototyp sollte nicht alle Funktionen auf einmal enthalten.

Optimale Konfiguration:

Aluminium-Katamaran;

Länge 2,4 m;

Breite 1,55 m;

zwei Wasserstrahlen mit je 2 kW Leistung;

Batterie 25–30 kWh;

Manipulator bis zu 80 kg an der Basis;

Universalgriff;

vier untere Stützen;

GNSS RTK;

Kameras;

einfaches Echolot;

Rollsensoren;

Fernbedienung;

halbautomatische Positionshaltung.

Ein solcher Prototyp wird bereits in der Lage sein:

Steine ​​legen;

Äste versetzen;

Biomatten installieren;

Ortssensoren;

kleinere Restaurierungsarbeiten durchführen.

29. Wichtigste technische Risiken

Kritische Projektrisiken:

Der Manipulator ist zu schwer;

hoher Schwerpunkt;

unzureichende Rahmensteifigkeit;

Stabilitätsverlust beim Abschuss des Pfeils;

Verwicklung von Vegetation um Propeller;

schlechte GNSS-Leistung im Wald;

Beschädigung des Rumpfes durch Steine;

übermäßige Komplexität der ersten Version;

Wassereintritt in Elektronikgeräte;

Verunreinigung von Wasser durch Hydraulikflüssigkeit.

Daher sollte der erste Prototyp so einfach wie möglich sein und für die Verwendung mit Objekten mit einem Gewicht von bis zu 50–80 kg ausgelegt sein.

Abschluss

Die realistischste technische Lösung fürDREVO River Rover Restore S— ein kompakter Aluminium-Katamaran mit zwei elektrischen Wasserstrahlantrieben, tief montierten Batterien, einem kleinen Manipulator, vier Stabilisierungsbeinen und modularen Instrumenten.

Die Stärke der Plattform sollte nicht im Heben schwerer Gegenstände liegen, sondern in ihrer Fähigkeit, Hunderte von präzisen Operationen autonom durchzuführen:

kleine Steine ​​legen;

Holzelemente einbauen;

Kies verteilen;

sichere Biomatten;

Pflanzen Pflanzen;

Sensoren installieren.

Dieser Ansatz ermöglicht es uns, einen wirklich funktionsfähigen Prototypen ohne übermäßiges Gewicht, Kosten oder technische Komplexität zu erstellen.