我的新加坡理工学院团队为工程与设计模块制作了一个集水容器，这是工程学院课程的一部分。该团队由来自不同学科的四名成员组成：来自机械工程文凭课程的 Thomas 和 Ryan，以及来自电气与电子工程文凭课程的 Hwee Peng 和我 Ajay。该项目从 2015 年 12 月到 2016 年 2 月，历时数月完成。
工程学院课程面向新加坡理工学院电气与电子工程学院以及机械与航空工程学院的顶尖学生开设。该课程旨在传授来自多个学科的技能：电气、电子、机械、化学、设计和商业。
我们在学期初收到的项目声明是：“设计一种可以采集水样的载具，分别在一米和两米的水下采集。” 这对我们来说是一个挑战，因为我们需要考虑载具的许多复杂性，而且这是一项巨大的任务。
然而，我们张开双臂迎接了挑战。我们知道这将考验我们所有的知识，并且需要我们自己寻找更多信息。本文将概述规划和原型设计的迭代过程，并展示我们劳动的成果。
规划 I
通过列出我们可能面临的尽可能多的挑战，然后提出相应的解决方案，在预见未来之后，我们提出了许多想法。毕竟，这将是一个漂浮或浸入水中的载具。一旦水与任何电子设备有关，防水就势在必行。事后看来，考虑到我们在时间、材料和制造方法方面的诸多限制，我们甚至考虑过潜水载具的想法，而不是仅仅一个简单的漂浮容器，这真是令人感到好笑。
主体
对于容器的主体，我们决定使用聚氯乙烯 (PVC) 管作为容器的底部，并使用丙烯酸制成主要的支撑结构。我们发现 PVC 是一种相对便宜但具有浮力的材料，并且在封闭管道网络中，它会将空气困在其中，这更有助于浮力。我们想使用丙烯酸件，因为它们易于制造并提供足够的结构支撑。我们只需要一张 2D 原理图，激光切割机就可以完成剩下的工作。
容器
最初，我们计划使用 12V 电磁阀来调节水进入容器。然而，我们发现讲师提供给我们的阀门由于一个特殊的原因而无法按预期工作。所有组件似乎都工作正常，但是，尽管我们进行了广泛的测试，但阀门不允许水自由流动。我们怀疑这与阀门内电磁铁的强度有关，或者可能是由于从一开始就存在重大的设计缺陷。
由于购买新阀门超出了我们的预算，并且会引入许多其他问题，我们再次回到绘图板，并对水采样器进行了更多研究。
我们发现了范多恩水采样器，这是一种巧妙的集水方法，它利用弹性和快速释放机制。我们进一步简化了设计，以将其改装到我们的容器中。
下图描述了容器的操作方式。它通过尼龙绳放下，到达所需的深度后，一个信使（一个重物）沿着绳子落下，撞击杠杆，杠杆将从楔形位置释放，并导致容器关闭，将水困在其中。
降低机构
我们最终确定了将容器降低到水中相应深度的想法，并在容器主体保持漂浮状态时采集水样。我们首先想到使用手臂将容器放下，然后再将其拉起。然而，只有当我们使用电磁阀作为水容器的一部分时，这才是可能的。
由于电磁阀的想法不得不搁置，我们不得不提出一种降低容器的新方法。我们决定使用绳索和电机来降低和提升水容器，因为这是与水容器设计相辅相成的最简单的设计。
制造 I
在提出了令人满意的设计后，我们开始使用激光切割的丙烯酸件和 PVC 管制造容器的主体。
然而，我们发现丙烯酸件太弱，无法承受容器及其信使的重量。丙烯酸的厚度仅为 3 毫米（0.12 英寸），这意味着它对于我们的设计来说太脆弱了。力的分解会导致它们很快开裂或破裂。
我们的初始原型非常短命，因为整个丙烯酸框架都不得不被搁置。我们还发现了一个与驱动水容器的机构（信使）相关的复杂问题。唉，是时候再次回到规划阶段了！
规划 II
我们的整体设计在物理和数学上都是有意义的，但是我们必须为容器设计一个全新的框架，并提出一种新的关闭水容器的方法。我们大部分的设计都是正确的，但仍然需要进行一些重大改进。
主体
我们需要一个更新、更坚固的框架。考虑到有限的资源和时间，我们决定通过使用铝制 L 型支架来制造铝制框架。这花了不少时间来完善，因为我们必须确保我们的锯切和铣削是精确的，钻孔是正确完成的，孔是对齐的，并且我们的沟通是有效的。
容器驱动机构
使用信使来释放水容器的杠杆被证明是一个相当棘手的问题。它不是很易于实现，并且会导致用户体验相当笨拙。因此，我们不得不考虑一种新的方法来做到这一点。我们绞尽脑汁寻找可能的解决方案，我们偶然发现的想法之一是使用自行车刹车将杠杆拉起并关闭容器。通过伺服电机控制它非常简单！
上面的动画显示了我们的容器是如何驱动的，由伺服电机控制的工作示例。
制造 II
一旦我们有了可靠的概念验证，我们就必须以最优雅的方式将拼图碎片拼接在一起。您可能想知道，这篇文章已经介绍了关于 Imp Bot（我们为我们未来的艺术作品自豪地赋予的名称）的机械方面的很多内容，但没有关于电子方面的任何内容！
Imp Bot 是使用 MIT App Inventor 制作的移动应用程序控制的，并且通过连接到 Arduino Mega 板的蓝牙模块实现通信。它甚至配备了一个 GPS 传感器，用于在移动应用程序中记录采样位置。电源由锂离子聚合物电池提供，该电池能够为负责移动 5 公斤（11 磅）容器的两个直流电机提供高电流。
瞧，Imp Bot 沐浴在它真正的荣耀之中！测试进行得很顺利，我们实现了从水下一米和两米处采集水样的目标。
结论
总之，我希望这篇文章展示了投入到如此规模的项目中的工作量。项目声明表面上看起来很简单，但是一旦我们深入研究容器的细节，我们就发现了很多小而重要的障碍需要克服。
这段旅程是艰苦的。我们花了许多深夜设计 Imp Bot 并计算其背后的数字。我们还在车间花费了许多漫长的白天来制造和测试它。然而，有一件事是肯定的：我们确保我们玩得很开心，并且在一天结束时学到了一些东西。
我个人非常享受自己，尽管我们不得不投入大量的工作。最后，我很高兴地说这一切都得到了回报。此视频提供了项目和团队的快速概览。
欲了解更多信息，请访问我们的博客。如果您想更深入地探索，我们在那里记录了我们的整个旅程。所有 Arduino 代码都可以在这里找到。所有原理图和 .stl 文件都可以在此 Google Drive 文件夹中找到，并根据 Creative Commons Attribution 4.0 International 许可获得许可。 .stl 文件可以使用任何 3D 模型查看软件打开，例如 MakerWare 或 Cura。原始原理图文件（.iam 和 .ipt）是使用 Autodesk Inventor 创建的，可以在 Autodesk Inventor 2014 或任何更新版本的软件中打开。
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