La planificación ágil nos ha guiado a identificar algo super necesario para aumentar la fiabilidad de nuestro sistema: la Electrónica de Control necesitaba ser más robusta, organizada y segura para las futuras pruebas en el entorno marino. Este artículo detalla la ejecución de la Historia de Usuario #08, cuyo objetivo es el rediseño de bandeja para la electrónica del AUV antes de que quede permanentemente sellado, proponiendo una nueva bandeja impresa en 3D y un interruptor de encendido externo.
¿Qué buscamos con este cambio? Si recordamos, en un artículo previo, habíamos planteado una arquitectura para conectar todos los componentes internos del cilindro de control. Sin embargo, luego del encendido inicial, me di cuenta de algunas oportunidades de mejora que le podrían dar más confiabilidad al sistema electrónico del AUV.
Este artículo es parte del proyecto AUV Ai Apaec – [ver el proyecto completo].
La historia de usuario #8: Mejora de calidad del módulo de control
El valor de esta historia no era la funcionalidad (la electrónica ya funcionaba), sino la calidad y fiabilidad del sistema para los ingenieros de mantenimiento y operación.
Historia de usuario #8: Mejora de calidad del módulo de control
Como Ingeniero de Mantenimiento, quiero actualizar la bandeja de la electrónica de control, la fuente de alimentación y añadir un interruptor de encendido seguro, para simplificar el ensamblaje, mejorar la gestión de potencia y aumentar la fiabilidad del sistema interno.
Criterios de aceptación
- La nueva bandeja impresa en 3D debe alojar todos los componentes (Pixhawk, RPi, etc.) de forma organizada y segura.
- La nueva fuente de alimentación debe integrarse sin problemas con el voltaje de la batería principal.
- El interruptor especial permite encender/apagar el AUV sin abrir el cilindro, manteniendo la integridad del sello.
Métricas de gestión
- Valor funcional: 5 (Crítico – Mejora la usabilidad y reduce fallos).
- Prioridad: 1 (Máxima – Habilita pruebas seguras).
- Estimación: 2 días de Ingeniería.
- Subsistema Afectado: Cilindro de Control (Electrónica).
- Riesgo: Bajo.
Para cumplir con esta historia me centré en tres soluciones: rediseñar la bandeja, mejorar la gestión de energía y agregar un interruptor externo al cilindro estanco.
Solución 1: La bandeja impresa en 3D
La bandeja original que estaba utilizando era una bandeja que ya venía fabricada y predefinida para el montaje de ciertos componentes específicos que no eran los que habíamos propuesto para el AUV. La nueva bandeja, diseñada para ser impresa en 3D, resuelve varios problemas de arquitectura interna:
Organización y gestión térmica
- Alojamiento Dedicado: La bandeja está diseñada con ubicaciones exactas para cada componente: la Raspberry Pi, la Pixhawk, los ESC y la fuente de poder. Esto elimina el riesgo de movimiento o cortocircuitos por cableado desordenado.
- Fijación Segura: La bandeja asegura la electrónica principal al marco interno del AUV, garantizando la integridad estructural del módulo de control ante las vibraciones y el movimiento durante la navegación.
Componentes integrados en la nueva bandeja
El montaje final sobre la nueva bandeja integra los siguientes elementos clave :
- Raspberry Pi: El computador de alto nivel para la toma de decisiones.
- Pixhawk: Para el control de los actuadores (propulsores y servomotores) y la lectura de sensores como la acelerómetro, giroscopio, magnetómetro, profundímetro, GPS, DVL (cuando tengamos uno).
- ESC: Controladores electrónicos de velocidad.
- Fuente de Poder: Placa especializada para la gestión de energía.
- Terminales de distribución: Un terminal para organizar la energía y alimentar todos los componentes.
Interruptor a prueba de agua
Interruptor externo
Resiste hasta 300m de profundidad
Cuenta con un doble o-ring para garantizar la hermeticidad efectiva del cilindro.
Power Supply Board
Placa de alimentación
Resiste hasta 90A
Interfaz XT60 en input y output. Puerto de carga independiente para evitar destapar y perder el sellado.
Solución 2: Gestión de la energía e interruptor externo
Dos aspectos críticos para la fiabilidad del sistema eran mejorar la fuente de poder interna y agregar la capacidad de encendido/apagado sin romper el sello hermético.
Cambio en la fuente de poder (mejorando la eficiencia)
Se realizó un cambio en la fuente de poder interna. Anteriormente dependíamos de múltiples componentes (dos UBEC y un Power Module para el Pixhawk), lo que generaba complejidad en el cableado y varios puntos para el control de la energía. La nueva fuente está dimensionada para la carga máxima de los sistemas internos, ofreciendo:
- Mayor Eficiencia: Menor disipación de calor, crucial en un entorno sellado.
- Salida Estable: Voltaje constante de 5V para el Pixhawk y la Raspberry Pi, asegurando que el control de bajo nivel y la autonomía de alto nivel funcionen sin caídas de tensión.
El Interruptor de encendido estanco (criterio crítico)
La necesidad de encender el AUV sin desmontar la tapa para acceder al cable de la batería era un criterio de aceptación crítico. Se ha integrado un interruptor de encendido externo.
- Funcionalidad: Permite a un operador encender y apagar la electrónica de forma rápida y segura desde el exterior del cilindro (a través de la tapa), una vez que el sellado hermético está aplicado.
- Seguridad: Este interruptor minimiza el riesgo de fuga y evita el desgaste del conector de la batería.
Procedimiento de armado: integrando la electrónica en la nueva bandeja
El ensamblaje de la electrónica en la nueva bandeja impresa en 3D es un proceso organizado que está diseñado para maximizar el espacio y garantizar la fiabilidad del sistema. Esta nueva bandeja es crucial para la estabilidad interna de los componentes.
Componentes clave integrados
La bandeja optimizada aloja y organiza los siguientes elementos esenciales:
- Computador de alto nivel: Raspberry Pi (para autonomía de misión).
- Microcontrolador: Pixhawk (para el control de los actuadores y la recolección de datos de los sensores).
- Controladores de velocidad: ESC de 35A bidireccionales.
- Gestión de potencia: Nueva fuente de poder.
Además, dentro de la bandeja, vamos a instalar terminales de conexión (que en Perú los conocemos como borneras).
Proceso de ensamblaje
En esta parte vamos a complementar la información con un video en el canal de YouTube, pero en general el armado es bastante intuitivo y no creo que genere dudas al respecto. El proceso empieza colocando las tuercas M3 y M4 en sus respectivas ranuras, y luego de ello hay que instalar la Raspberry Pi junto a la base para la Pixhawk. En ese mismo lado se instalan los terminales pequeños y por el otro lado solo queda la fuente de poder y los bloques de terminales grandes que nos ayudarán a hacer las conexiones de una manera más limpia.
Criterios de aceptación cumplidos
La ejecución de la Historia de Usuario #08 ha cumplido con todos los criterios de aceptación establecidos, mejorando significativamente la calidad interna:
- La nueva bandeja impresa en 3D aloja todos los componentes de forma organizada y segura.
- La nueva fuente de alimentación se integró sin problemas, optimizando la gestión de potencia.
- El interruptor especial permite encender/apagar el AUV sin abrir el cilindro, manteniendo la integridad del sello (a la espera de la prueba de estanqueidad final).
El módulo de control está ahora optimizado y listo. Nuestro próximo artículo se centrará en la Historia de Usuario #09, que es el sellado final del módulo de baterías y el conector de paso estanco, un paso más hacia la primera prueba de estanqueidad del AUV.
Conclusiones y siguientes pasos
El éxito en la ejecución de esta historia de usuario marca un salto cualitativo crucial. La nueva bandeja impresa en 3D no solo resuelve los problemas de organización interna sino que, junto con el interruptor de encendido externo, cumple con el requerimiento fundamental de aumentar la fiabilidad y facilitar el mantenimiento. Este módulo de control está ahora listo para ser sellado.
Así que, nuestro siguiente artículo se centrará en el otro componente crítico para la estanqueidad: el módulo de energía.
