DIY submersibil ROV: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Cât de greu ar putea fi? Se pare că au existat mai multe provocări în realizarea unui ROV submersibil. Dar a fost un proiect distractiv și cred că a avut destul succes. Scopul meu era să nu coste o avere, să o conduc ușor și să am o cameră care să arate ce vede sub apă. Nu mi-a plăcut ideea de a avea un fir care atârnă de comenzile șoferului și am deja o varietate de emițătoare de control radio, așa că asta este direcția pe care am mers, cu emițătorul și cutia de control separate. Pe transmițătorul pe 6 canale pe care l-am folosit, stick-ul drept este folosit pentru înainte / înapoi și stânga / dreapta. Bara stângă este Sus / Jos și rotiți în sensul acelor de ceasornic / CCW. Aceasta este aceeași configurare utilizată la quad-coptere etc.

M-am uitat online și am văzut niște ROV-uri scumpe și am văzut câteva cu "propulsoare vectorizate". Aceasta înseamnă că propulsoarele laterale sunt montate la unghiuri de 45 de grade și își combină forțele pentru a deplasa ROV în orice direcție. Am construit deja un mecanic wheel rover și am crezut că se va aplica matematica de acolo. (Ref. Driving Mecanum Wheels Omnidirectional Robots). Propulsoarele separate sunt utilizate pentru scufundări și suprafețe. Și „propulsoarele vectorizate” sună grozav.

Pentru ușurința de a-l conduce, am dorit menținerea adâncimii și menținerea poziției. În acest fel, șoferul nu trebuie să deplaseze deloc stâlpul din stânga, cu excepția scufundărilor / suprafețelor sau întoarcerii către o nouă direcție. Se pare că și asta a fost o provocare.

Acest instructabil nu este conceput ca un set de instrucțiuni pentru a-l face singur. Intenția este mai mult de a furniza o resursă din care ar putea extrage cineva dacă intenționează să își construiască propriul ROV submersibil.

Pasul 1: cadrul

Aceasta a fost o alegere ușoară. Privind să văd ce făcuseră alți oameni m-au împins în direcția țevii din PVC de 1/2 inch. Este ieftin și ușor de lucrat. Am venit cu un design general care să se potrivească propulsoarelor laterale și propulsoarele sus / jos. La scurt timp după asamblare, l-am stropit galben. Da, acum este un submarin! Am făcut găuri în partea superioară și inferioară a tubului pentru a-i permite să se inunde. Pentru a atașa lucruri, am băgat fire în PVC și am folosit 4 40 șuruburi inoxidabile. Am folosit multe dintre ele.

Afișate într-o etapă ulterioară sunt derapajele care sunt ținute departe de partea inferioară de ridicatoare imprimate 3D. Au fost necesare ridicatoare pentru a face astfel încât bateria să poată fi scoasă și înlocuită. Am imprimat 3d o tavă pentru a ține bateria. Bateria este fixată în tavă printr-o curea cu velcro. Tubul uscat este de asemenea ținut pe cadru cu curele de velcro.

Pasul 2: Tubul uscat

Prima fotografie este testul de flotabilitate. A doua imagine încearcă să arate modul în care firele de propulsie sunt conduse în conectorii glonți în vase. A treia imagine este mai degrabă aceeași, plus lovitura suplimentară pentru contorul de adâncime și cablurile sale. Al patrulea pic arată desfacerea tubului uscat.

Plutire

Tubul uscat conține electronice și oferă cea mai mare flotabilitate pozitivă. Idealul este o cantitate mică de flotabilitate pozitivă, deci dacă lucrurile nu merg bine, ROV va pluti în cele din urmă la suprafață. Acest lucru a necesitat un pic de încercări și erori. Ansamblul prezentat aici în timpul unui test de plutire a luat câteva kilograme de forță pentru a-l scufunda. Acest lucru a dus la orice decizie ușoară de a monta bateria la bord (spre deosebire de puterea care vine peste tether). De asemenea, a dus la tăierea tubului în lungime. Se pare că un tub de 4 inci oferă aproximativ 1/4 de lire de flotabilitate pe inci de lungime (am făcut matematica o dată, dar aceasta este o presupunere). De asemenea, am ajuns să pun „skiduri” din PVC pe fund. Au capete înșurubate, unde am introdus un șut de plumb pentru a regla flotabilitatea.

Sigiliul etanș la apă

Odată ce m-am hotărât să folosesc epoxidică pentru a sigila cusăturile și găurile și m-am hotărât să folosesc conectori fără butuc din neopren, ROV a fost etanș în mod fiabil. M-am luptat pentru o vreme cu conectori ethernet „impermeabili”, dar în cele din urmă am renunțat la aceștia și am forat o mică gaură, am condus firul și am „împodobit” gaura cu epoxidic. După ce conectorii fără hub au fost strânși la locul lor, a fost dificil să încerci să-i scoți. Am descoperit că un pic de grăsime albă a făcut ca tubul uscat să se despartă și să se împingă mult mai ușor.

Pentru a monta cupola acrilică am sculptat o gaură într-un capac de 4 din ABS, lăsând o margine pentru a primi marginea cupolei. Inițial am încercat lipici fierbinte, dar care s-a scurs imediat și m-am dus la epoxidic.

Interior

Toate componentele electronice interioare sunt montate pe o foaie de aluminiu de 1/16 inch (cu suporturi). Are puțin sub 4 inci lățime și extinde lungimea tubului. Da, știu că conduce electricitatea, dar conduce și căldura.

Sârme care trec

Capacul din spate de 4 "ABS are o gaură de 2 inci găurită în el și un adaptor femelă de 2" lipit. Un ștecher de 2 "are o gaură găurită pentru ca firul Ethernet să treacă și să fie înghesuit. O mică bucată de 3" ABS-ul lipit a făcut, de asemenea, o mică zonă de cerc pentru "ghiveci".

Am forat ceea ce părea o mulțime de găuri (2 pentru fiecare propulsor), dar mi-aș dori să fi făcut mai multe. Fiecare gaură a primit un conector glonț de sex feminin înfundat în el (în timp ce era fierbinte de pe fierul de lipit). Sârmele propulsorului și cablurile bateriei s-au lipit pe conectorii glonți masculi.

Am sfârșit prin a adăuga o mică bucată de ABS pentru a-mi oferi un loc pentru ca firul de măsurare a adâncimii să treacă și să fie în ghiveci. A devenit mai dezordonat decât mi-aș fi dorit și am încercat să organizez firele cu un mic suport cu sloturi în el.

Pasul 3: Propulsoare DIY

Am primit o mulțime de idei de pe web și am decis să merg cu cartușele pompei de santină. Sunt relativ ieftine (aproximativ 20 USD +) fiecare și au aproximativ cuplul și viteza potrivite. Am folosit două cartușe de 500 galoane / oră pentru propulsoarele sus / jos și patru cartușe de 1000 GPH pentru propulsoarele laterale. Acestea erau Johnson Pump Cartridges și le-am primit prin Amazon.

Am imprimat 3D carcasele propulsoarelor utilizând un design de la Thingaverse, ROV Mount Thruster Pump Thruster Mount. De asemenea, am imprimat 3D elicele, din nou cu un design de la Thingaverse, elice de propulsie cu pompă de sentină ROV. S-au adaptat puțin, dar au funcționat destul de bine.

Pasul 4: Tether

Am folosit o lungime de 50 de picioare de cablu Ethernet Cat 6. L-am împins în 50 de metri de frânghie din polipropilenă. Am folosit capătul unui pix cu bandă lipit pe cablu și am durat aproximativ o oră împingându-l prin frânghie. Obositor, dar a funcționat. Coarda oferă protecție, rezistență la tragere și o anumită flotabilitate pozitivă. Combinația încă se scufundă, dar nu la fel de rău ca și cablul Ethernet.

Sunt utilizate trei din cele patru perechi de cabluri.

• Cameră Semnal video și masă - Scutul OSD Arduino în cutia de control
• Semnal ArduinoMega PPM și masă <---- Receptor RC în cutia de control
• Semnal de telemetrie ArduinoMega RS485 - potrivire RS485 Arduino Uno în caseta de control

Pe baza comentariilor unui alt colaborator Instructables, mi-am dat seama că nu ar fi bine să trageți tetherul pe fundul unui lac. La testul de la piscină nu a fost o problemă. Așa că am imprimat 3D o grămadă de flotoare clip-on, folosind PLA și pereți mai groși decât de obicei. Imaginea de mai sus arată plutitoarele desfășurate pe tether, grupate mai aproape de ROV, dar în medie la aproximativ 18 inci. Din nou, conform comentariilor celorlalți colaboratori, am pus flotoare într-o pungă de plasă legată de pachetul de legături pentru a vedea dacă am destule.

Pasul 5: Electronică la bord

Prima fotografie arată camera și busola. A doua imagine arată ce se întâmplă când adăugați în continuare lucruri. A treia imagine prezintă controlerele motorului montate în partea inferioară cu plăci de aluminiu ca radiatoare alternative.

Uscat

• Camera - Micro 120 grade 600TVL cam FPV

  Montat pe suportul imprimat 3D care îl extinde în cupolă

• Compass Compensated Compass - CMPS12

  • Citirile încorporate în giroscop și accelerometru integrate automat cu citirile magnetometrului pentru citirea busolei rămân corecte pe măsură ce ROV se oprește
  • Busola oferă, de asemenea, citirea temperaturii

• Drivere cu motor - Ebay - BTS7960B x 5

  • Chiuvete mari de căldură trebuiau îndepărtate pentru a economisi spațiu
  • Grăsime de transfer termic montată pe plăci de aluminiu de ¼”
  • Plăci de aluminiu montate direct pe ambele părți ale raftului electronic din aluminiu
  • Experiența arată că șoferii funcționează bine sub capacitate, astfel că căldura nu este o problemă
• Arduino Mega
• Modul RS485 pentru intensificarea semnalului de telemetrie serială

• Modul de alimentare al senzorului de curent

  • Oferă până la 3A de putere 5v pentru electronice
  • Măsurează amperajul de până la 90A pentru driverele de motor de 12V
  • Măsurează tensiunea bateriei
• Releu (5v) pentru acționarea luminilor de 12v

Umed

• Modul senzor de presiune (adâncime) - Amazon - MS5540-CM

  De asemenea, oferă citirea temperaturii apei

• Baterie AGM de 10 Amp / Hr de 12 volți

Am avut îngrijorarea că o mulțime de contacte electrice au fost expuse la apă. Am aflat că în apa proaspătă nu există suficientă conductivitate pentru a provoca o problemă (scurtcircuite etc.), că curentul ia „calea celei mai puține rezistențe” (la propriu). Nu sunt sigur cum ar merge toate acestea în apa de mare.

Schemă de cablare (vezi SubDoc.txt)

Pasul 6: Software-ul SubRun

Primul videoclip arată că Depth Hold funcționează destul de bine.

Al doilea videoclip este un test al funcției Heading Hold.

Pseudo cod

Arduino Mega rulează o schiță care efectuează următoarea logică:

1. Obține semnal PPM RC peste tether

   1. Pin Change Interrupt on data calculează valorile individuale ale canalului PWM și le menține actualizate
   2. Folosește filtrul Median pentru a evita valorile de zgomot
   3. Valori PWM atribuite Stânga / Dreapta, Fwd / Spate, Sus / Jos, CW / CCW și alte ctls.
2. Obține adâncimea apei
3. Logică pentru a permite finalizarea răsucirii CW sau CCW

4. Se uită la comenzile șoferului

   1. Folosește Fwd / Spate și Stânga / Dreapta pentru rezistența și unghiul de calc (vector) pentru acționarea propulsoarelor laterale.
   2. Verifică armarea / dezarmarea
   3. Folosește CW / CCW pentru calcarea componentei de răsucire sau
   4. Citește busola pentru a vedea dacă eroarea de direcție și calculează componenta de răsucire corectivă
   5. Folosește factorii de rezistență, unghi și răsucire pentru a calcula puterea și direcția pentru fiecare dintre cele patru propulsoare
   6. Utilizează Sus / Jos pentru a rula propulsoarele Sus / Jos (două propulsoare pe un singur controler) sau
   7. Citește contorul de adâncime pentru a vedea dacă eroarea de adâncime și rulează propulsoarele Sus / Jos pentru a corecta
5. Citește datele de alimentare
6. Citește datele de temperatură de la contorul de adâncime (temperatura apei) și busola (temperatura internă)

7. Trimite periodic date de telemetrie Serial1

   Adâncime, direcție, temperatura apei, temperatura tubului uscat, tensiunea bateriei, amplificatori, starea brațului, starea luminilor, bătăile inimii

8. Se uită la semnalul PWM de control al luminii și pornește / oprește lumina prin releu.

Propulsoare vectorizate

Magia pentru controlul propulsoarelor laterale este în pașii 4.1, 4.3 și 4.5 de mai sus. Pentru a urmări acest lucru, căutați în codul din fila Arduino intitulată funcțiile runThrusters getTransVectors () și runVectThrusters (). Matematica inteligentă a fost copiată din diverse surse, în primul rând din cele care se ocupă de rover-urile mecanum.

Pasul 7: stație de control plutitoare (actualizată)

Transmițător RC cu 6 canale

Cutie de control

Cutia de control originală (vechea cutie de țigări) care păstra electronica care nu se afla pe sub a fost înlocuită de o stație de control plutitoare.

Stație de control plutitoare

Am început să fiu îngrijorat că legătura mea de cincizeci de picioare nu era suficient de lungă pentru a ajunge nicăieri. Dacă stau pe un doc, atunci o mare parte din prindere va fi luată doar pentru a ieși în lac și nu va mai rămâne pentru scufundări. Din moment ce aveam deja o legătură radio la cutia de control, am primit noțiunea de cutie de control plutitoare impermeabilă.

Așa că am eliminat vechea cutie de trabucuri și am pus electronica cutiei de control pe o bucată îngustă de placaj. Placajul se strecoară în gura de 3 inci a unui vas de plastic de trei galoane. Ecranul televizorului din cutia de control trebuia înlocuit cu un transmițător video. Și transmițătorul RC (singura parte care încă se află pe țărm) are acum o tabletă cu receptor video montat deasupra. Tableta poate înregistra opțional videoclipul pe care îl afișează.

Capacul ulciorului are comutatorul de alimentare și voltmetrul, dispozitivul de fixare, antenele de mustață RC și antena transmițătoare video din cauciuc. Când ROV se retrage în lac, nu am vrut ca acesta să încline prea departe ulciorul de control, așa că am instalat un inel în partea de jos, unde este condus tether-ul și unde va fi atașată o linie de recuperare. De asemenea, am pus aproximativ 2 centimetri de beton în partea de jos a ulciorului ca balast, astfel încât să plutească în poziție verticală.

Stația de comandă plutitoare conține următoarele elemente electronice:

• Receptor RC - cu ieșire PPM
• Arduino Uno
• OSD Shield - Amazon
• Modul RS485 pentru intensificarea semnalului de telemetrie serială
• Transmițător video
• Voltmetru pentru a monitoriza starea de sănătate a bateriei Lipo 3s
• Baterie Lipo 2200 mah 3s

Afișare pe ecran (OSD)

În lumea quad-copter, datele de telemetrie sunt adăugate la afișajul FPV (First Person Video) la capătul dronei. Nu am vrut să mai pun alte lucruri în Dry Tube deja aglomerat și dezordonat. Așa că am ales să trimit telemetria până la stația de bază separat de videoclip și să pun informațiile pe ecran acolo. Un OSD Shield de la Amazon a fost perfect pentru asta. Are un video de intrare, ieșire video și o bibliotecă Arduino (MAX7456.h) care ascunde orice mizerie.

Software SubBase

Următoarea logică este rulată într-o schiță pe un Arduino Uno din stația de control:

1. Citește mesajul de telemetrie serial pre-formatat
2. Scrie mesajul pe ecranul ecranului

Pasul 8: Lucruri viitoare

Am adăugat un modul mini DVR în cutia de control pentru a sta între OSD (On Screen Display) și micul televizor pentru a înregistra videoclipul. Dar odată cu trecerea la stația de control plutitoare, mă bazez acum pe aplicația tabletă pentru a înregistra videoclipuri.

Pot, dacă devin foarte ambițios, să încerc să adaug un braț de prindere. Există canale de control radio neutilizate și o pereche de cabluri neutilizate în tether care doar caută de lucru.

Premiul II la concursul Make it Move