باشگاه خبری فراساحل: دانشجویان دانشگاه تهران موفق شدند در یک طرح ملی، قایق ربات خودرانی را با نام «مروارید» طراحی و بسازند. به گزارش باشگاه خبری فراساحل و به نقل از روابط عمومی دانشگاه تهران، قایق ربات خودران با عنوان «مروارید» توسطدانشجویان گروه مهندسی مکانیک ماشین‌های کشاورزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران طراحی و ساخته شد.پروژه طراحی و ساخت «قایق ربات خودران» به منظور کنترل، حفاظت و پایش  عمق پای اسکله‌ها و حوضچه‌های بنادر به سفارش سازمان بنادر و دریانوردی طراحی و ساخته شد. قایق خودران برای نقشه برداری از کف محیط‌های کم عمق آبی مثل رود خانه‌ها، دریاچه‌ها و سد‌ها بکار ‌می‌رود از کاربرد‌های اصلی آن ‌می‌توان به هیدروگرافی کف رودخانه‌ها، بررسی قابلیت کشتیرانی رودها ، نظارت برمیزان استخراج ماسه، نگهداری زیرساخت‌ها و پیدا کردن اشیا اشاره کرد. این طرح توسط یک تیم ۱۲ نفره در قالب سه رساله دکتری و پنج پایان نامه کارشناسی ارشد و دو پروژه کارشناسی در طی سال‌های ۹۳ تا ۹۵ در دانشگاه تهران انجام شده است. برای گرامیداشت یاد و خاطره رزمندگان و شهدای عملیات بزرگ مروارید این پروژه «مروارید» نام‌گذاری شده و سایت  http://emorvarid.ut.ac.ir به دو زبان فارسی و  لاتین برای آن ایجاد شده است.

تست نهایی مروارید
تست نهایی پروژه مروارید در بندر امیرآباد که هدف اصلی این پروژه بود، با موفقیت انجام گردید. این تست در واقع شامل راه‌اندازی قایق در شرایط نهایی بندر، رفع عیوب احتمالی، انجام آزمایش‌های مختلف و ارزیابی نهایی پروژه بود. این تست طی 30 روز پس از انتقال موفقیت آمیز و راه اندازی اولیه قایق در تاریخ 30 دی 1395 به پایان رسید. همچنین نتایج تست نشان داد که از دیدگاه تامین انرژی، قایق ربات مروارید کاملا خودکفا می‌باشد. در طول 30 روز تست قایق در روزهای کوتاه زمستانی، که زاویه خورشید نسبت به زمین در مایل‌ترین وضعیت خود در بندر امیرآباد می‌باشد، قایق بدون نیاز به برق شهری توانست عملیات هیدروگرافی را انجام دهد. با این حال، منبع تغذیه مناسب برای اطمینان بیشتر و مواقع ضروری در نظر گرفته شده است که می‌توان از برق شهری برای شارژ باتری استفاده نمود. سامانه ردیاب خورشیدی از لحاظ پایداری و مقاومت در برابر امواج شدید نیز تست گردید، که نتایج رضایت‌بخش بود.

پس از تست اول و دوم، که در دریاچه شهدای خلیج فارس چیتگر انجام شده بودند، نواقص مشاهده شده در عملکرد سخت افزاری و نرم افزاری ثبت شده و قبل از انجام تست نهایی، در کارگاه رفع گردید. در طی این مدت، ارزیابی‌های مربوط به عملکرد مدار‌ها در شرایط رطوبتی و دمایی واقعی و همچنین عملکرد صحیح موتورهای پیشران و سامانه کنترل تحت بار حرکتی بصورت مکرر بررسی و نتایج  ثبت گردید. از مهم‌ترین بخش‌های مورد ارزیابی در این تست، می‌توان به ارزیابی نرم افزارهای توسعه داده شده برای کنترل قایق و همچنین نرم افزار توسعه داده شده برای مرکز کنترل اشاره کرد. نرم افزار کنترلی مروارید از یک کامپیوترصنعتی با استاندارد دریایی استفاده می‌کند،که شامل بخش‌های متعددی برای راه‌اندازی سامانه‌های مختلف مانند لیدار،IMU، حسگرهای فراصوت، حسگرهای عمق‌سنج، سامانه‌های اجتناب از مانع و ارتباط با مرکز است. این نرم‌افزار به عنوان سرور اصلی روی قایق شروع به کار کرده و همزمان با تلاش برای اتصال به GPS  و راه اندازی بخش‌های مختلف، امکان ارتباط با مرکز کنترل را فراهم می‌کند.

نرم افزار توسعه داده شده برای مرکز کنترل، در حقیقت پل میان کاربر و قایق است که به‌منظور ترسیم نقشه هیدروگرافی، تبادل اطلاعات کنترلی و داده با قایق، کنترل از طریق GUI و نمایش وضعیت قایق بصورت آنلاین استفاده می‌گردد. با استفاده از پوشش آنتن‌های موجود در بندر می‌توان قایق را در هر لحظه پایش نموده و در صورت لزوم دستورات لازم را برای قایق ارسال نمود.
از دیگر پیشرفت‌های تست نهایی نسبت به تست‌های پیشین، راه‌اندازی کامل و رفع عیوب مربوط به حرکت خودکار قایق است. در این تست، تمام حالت‌های کنترلی مورد تست و ارزیابی قرار گرفتند. ارزیابی نتایج نشان داد که کنترل خودکار، دقیق ترین روش کنترلی است.

همچنین نتایج تست نشان داد که از دیدگاه تامین انرژی، قایق ربات مروارید کاملا خودکفا می‌باشد. در طول 40 روز تست قایق در روزهای کوتاه زمستانی، که زاویه خورشید نسبت به زمین در مایل‌ترین وضعیت خود در بندر امیرآباد می‌باشد، قایق بدون نیاز به برق شهری توانست عملیات هیدروگرافی را انجام دهد. با این حال، منبع تغذیه مناسب برای اطمینان بیشتر و مواقع ضروری در نظر گرفته شده است که می‌توان از برق شهری برای شارژ باتری استفاده نمود. سامانه ردیاب خورشیدی از لحاظ پایداری و مقاومت در برابر امواج شدید نیز تست گردید، که نتایج رضایت‌بخش بود.

درباره مروارید
قبل از شروع به ساخت طرح، حدود 40 مورد از شناورهای سطحی و زیر سطحی ربات در دنیا (مثل DARPA طرح نیروی دریای آمریکا، Speringer و کت وان و ...) بررسی شدند و امروزه ‌می‌توان ادعا کرد که جامعیت و قابلیت‌هایی که قایق ربات مروارید دارد در هیچ یک از طرح‌های فوق وجود ندارد. گرچه ممکن است بتوان یک یا چند مورد از این خصوصیات یا کاربردهای ذکر شده را در برخی قایق‌های ربات  دیگر یافت، اما نمی‌توان تمام آنها را یکجا و در کنار هم در طرح دیگری جز قایق ربات خودران پایش بنادر مروارید مشاهده نمود. به صورت خلاصه برخی قابلیت‌های مهم قایق ربات مروارید عبارتند از:

1-  قایق ربات مروارید دارای چهار مد کاری ‌می‌باشد که عبارتند از:
a. حالت دستی (Manual mode)
b. حالت کنترل از راه دور با کنترلر دستی و از کنار لبه اسکله
c. کنترل از دفتر کار با GUI نوشته شده در C#
d. کنترل کاملا اتوماتیک (Autonomous) مبتنی بر EKF، و کنترل حلقه بسته PID

مد دستی این امکان را ‌می‌دهد که شخص از روی قایق به کنترل آن بپردازد، ریموت کنترل این اجازه را ‌می‌دهد که  از کنار آب و ساحل بتوان قایق را هدایت کرد، همچنین امکان کنترل قایق با کامپیوتر از دفتر نیز وجود دارد و در نهایت حالت کاملا هوشمند (autonomous) که به سه سامانه تشخیص و اجتناب از موانع با  lidar وstereoscopic, ultrasonic تجهیز شده و با الگوریتم ناوبری کالمن فیلتر توسعه یافته هدایت ‌می‌شود.

2-  از دیگر مشخصه‌های قایق ربات خودران پایش بنادر مروارید تامین انرژی پاک و استفاده از پنل‌های خورشیدی با توان بالا (kW 2/1) و دنبال کردن خورشید با سامانه ردیاب خورشیدی (Sun Tracker) برای بالا بردن بازدهی صفحه‌های خورشیدی است که توانایی کار در سه روز ابری پشت سر هم را داشته باشد (پک باتری لیتیوم یون به اندازه kWh 8).

3-  کارکرد کاملا بدون صدا و نویز و بسیار نرم و راحت

4-  سرعت حرکت حدود km/hr 10 و توان موتورها بیش از سه اسب بخار با استفاده از موتورهای سرعت متغیر.

5-  پایداری طرح بدنه کاتاماران و توانایی دور در جا (با شعاع دوران صفر) و رویارویی با امواج از دیگر مشخصات این قایق ربات است که به علت طراحی مرکز ثقل پایین امکان واژگونی تقریبا وجود ندارد.

6-  استفاده از کیسه‌های هوا (AirBag) درون موشکی‌ها و تزریق فوم مایع بین آنها که اگر به هر دلیلی موشکی‌ها سوراخ شوند امکان غرق شدن وجود نداشته باشد.

7-  همه قطعات استفاده شده دارای IP دریایی مناسب ‌می‌باشند (IP67  و IP68 و...

8-  ترسیم نقشه هیدروگرافی با دقت چند سانتی متر و جبران تاثیر تلاطم آب با استفاده از حسگرهای IMU

9-  ارسال بلادرنگ داده‌های عمق، به دفترکار تا فاصله حداکثر 10 کیلومتر و ترسیم داده‌ها در یک برنامه User friend.

10-  ذخیره داده‌ها در یک کامپیوتر صنعتی روی قایق و با فرمت مناسب

11-  پایش وضعیت محیط و اطراف قایق با دوربین و نمایش تصاویر آن در دفتر کار

12-  تدارک مکان‌های مناسب برای سایر حسگرها از جمله حسگرهای پایش کیفیت آب

13-  ایجاد و راه اندازی یک سایت تحت Domain دانشگاه تهران به دو زبان انگلیسی و فارسی