DIY podwodny ROV: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Jak trudne może być? Okazuje się, że przy tworzeniu podwodnego ROV było kilka wyzwań. Ale to był fajny projekt i myślę, że był całkiem udany. Moim celem było, aby nie kosztował fortuny, był łatwy w prowadzeniu i miał aparat, aby pokazać, co widzi pod wodą. Nie podobał mi się pomysł zwisania przewodu z elementów sterujących kierowcy, a mam już różne nadajniki radiowe, więc poszedłem w tym kierunku, z nadajnikiem i skrzynką kontrolną osobno. W nadajniku 6-kanałowym, którego użyłem, prawy drążek służy do przodu/do tyłu i lewo/prawo. Lewy drążek to góra/dół i obrót w prawo/w lewo. Jest to ta sama konfiguracja, która jest używana w quad-copterach itp.

Poszukałem w Internecie i zobaczyłem kilka drogich pojazdów typu ROV i zobaczyłem kilka z "wektorowymi silnikami strumieniowymi". Oznacza to, że boczne stery strumieniowe są zamontowane pod kątem 45 stopni i łączą swoje siły, aby poruszać pojazdem ROV w dowolnym kierunku. Zbudowałem już mecanum wheel rover i pomyślałem, że matematyka będzie miała zastosowanie. (Patrz Roboty wielokierunkowe napędzające Mecanum Wheels). Do nurkowania i wynurzania używa się oddzielnych sterów strumieniowych. A "stery wektorowe" brzmią fajnie.

Aby ułatwić sobie prowadzenie, chciałem utrzymać głębokość i trzymać kierunek. W ten sposób kierowca nie musi w ogóle poruszać lewym drążkiem, z wyjątkiem nurkowania/wychodzenia na powierzchnię lub skręcania w nowym kierunku. Okazuje się, że to też było nie lada wyzwanie.

Ta instrukcja nie jest przeznaczona jako zestaw wskazówek, jak zrobić to samemu. Intencją jest raczej zapewnienie zasobu, z którego ktoś może czerpać, jeśli zamierza zbudować własny podwodny ROV.

Krok 1: Rama

To był łatwy wybór. Patrząc, co zrobili inni ludzie, popchnął mnie w kierunku 1/2 cala rury PVC. Jest tani i łatwy w obsłudze. Wymyśliłem ogólny projekt, który mógłby pomieścić boczne silniki sterujące i silniki sterujące w górę/w dół. Niedługo po montażu spryskałem go na żółto. O tak, teraz to łódź podwodna! Wywierciłem otwory w górnej i dolnej części rury, aby umożliwić jej zalanie. Do mocowania rzeczy wbiłem gwinty w PCV i użyłem 4 40 śrub ze stali nierdzewnej. Używałem wielu z nich.

Na późniejszym etapie pokazano płozy, które są utrzymywane z dala od dna przez taśmy drukowane w 3D. Potrzebne były piony, aby można było wyjąć i wymienić baterię. Wydrukowałem w 3D tacę do przechowywania baterii. Akumulator jest zabezpieczony w zasobniku za pomocą rzepa. Dry Tube jest również mocowany do ramy za pomocą rzepów.

Krok 2: Sucha rurka

Pierwsze zdjęcie to test pływalności. Drugie zdjęcie próbuje pokazać, w jaki sposób przewody steru strumieniowego są wprowadzane do zabudowanych złączy pocisków. Trzecie zdjęcie jest bardziej podobne, plus dodatkowy guzek dla miernika głębokości zalewania i jego przewodów. Czwarte zdjęcie przedstawia rozkręcanie suchej rurki.

Pławność

Dry Tube zawiera elektronikę i zapewnia większość dodatniej pływalności. Ideałem jest niewielka dodatnia pływalność, więc jeśli coś pójdzie nie tak, ROV w końcu wypłynie na powierzchnię. Zajęło to trochę prób i błędów. Zespół pokazany tutaj podczas testu pływania wymagał kilku funtów siły, aby go zanurzyć. Doprowadziło to do łatwej decyzji o zamontowaniu akumulatora na pokładzie (w przeciwieństwie do zasilania przez linkę). Doprowadziło to również do skrócenia rury. Okazuje się, że 4-calowa rurka zapewnia około 1/4 funta wyporu na cal długości (raz policzyłem, ale to tylko przypuszczenie). Skończyło się na tym, że na dole położyłem „płozy” z PVC. Mają zakręcane końce, w które włożyłem ołowiany śrut, aby dostroić pływalność.

Wodoszczelne uszczelnienie

Kiedy zdecydowałem się na użycie żywicy epoksydowej do uszczelniania szwów i otworów i zdecydowałem się na użycie neoprenowych łączników bez piasty, ROV był niezawodnie wodoszczelny. Przez chwilę walczyłem z „wodoodpornymi” złączami ethernetowymi, ale w końcu z nich zrezygnowałem i po prostu wywierciłem mały otwór, wprowadziłem przewód i „zalałem” otwór żywicą epoksydową. Po dokręceniu złączy bez piasty próba ich usunięcia była trudna. Odkryłem, że mała smuga białego tłuszczu znacznie ułatwiła rozłączenie i złożenie Dry Tube.

Aby zamontować akrylową kopułę wyrzeźbiłem otwór w 4 nasadce ABS pozostawiając półkę na krawędź kopuły. Początkowo próbowałem kleju na gorąco, ale natychmiast wyciekł i przeszedłem do żywicy epoksydowej.

Wewnątrz

Cała wewnętrzna elektronika jest zamontowana na aluminiowej blasze 1/16 cala (z dystansami). Ma niecałe 4 cale szerokości i wydłuża długość tuby. Tak, wiem, że przewodzi prąd, ale przewodzi też ciepło.

Przewody przechodzą

Tylna 4-calowa nasadka ABS ma wywiercony 2-calowy otwór i wklejony 2-calowy adapter żeński ABS. Wtyczka 2-calowa ma wywiercony otwór, aby przewód Ethernet przeszedł i został zalany. Mały kawałek 3" Naklejony ABS tworzył również małe kółko do "zalewania".

Wywierciłem, co wydawało się, mnóstwo otworów (2 na każdy ster strumieniowy), ale żałuję, że nie zrobiłem więcej. W każdy otwór wsunięto żeński łącznik pocisku (na gorąco od lutownicy). Przewody steru strumieniowego i przewody akumulatora mają przylutowane męskie złącza pocisków.

Skończyło się na tym, że dodałem mały guzek ABS, aby dać mi miejsce, w którym drut głębokościomierza może przejść i zostać zalany. Zrobiło się bardziej bałagan niż bym chciał i próbowałem uporządkować przewody za pomocą małego uchwytu z otworami.

Krok 3: Stery strumieniowe DIY

Mam wiele pomysłów z sieci i zdecydowałem się na wkłady do pomp zęzowych. Są stosunkowo tanie (około 20 USD) i mają odpowiedni moment obrotowy i prędkość. Użyłem dwóch nabojów 500 galonów na godzinę do silników w górę/w dół i czterech nabojów 1000 GPH do silników bocznych. Były to wkłady z pompką firmy Johnson i dostałem je przez Amazon.

Wydrukowałem w 3D obudowy sterów strumieniowych, korzystając z projektu Thingaverse, mocowanie steru pompy zęzowej ROV. Wydrukowałem również śmigła w 3D, ponownie z projektem od Thingaverse, śmigło z pompą zęzową ROV. Trochę się dostosowali, ale działali całkiem nieźle.

Krok 4: Uwięzienie

Użyłem kabla Ethernet Cat 6 o długości 50 stóp. Wcisnąłem go w 50 stóp polipropylenowej liny. Użyłem końcówki długopisu przyklejonego taśmą do kabla i zajęło mi około godziny przepychanie go przez linę. Żmudne, ale zadziałało. Lina zapewnia ochronę, siłę do ciągnięcia i pewną pozytywną pływalność. Połączenie nadal tonie, ale nie tak źle, jak sam kabel Ethernet.

Używane są trzy z czterech par kabli.

• Sygnał wideo kamery i uziemienie - osłona Arduino OSD w skrzynce sterującej
• ArduinoMega PPM sygnał i masa <---- Odbiornik RC w skrzynce sterowniczej
• ArduinoMega Sygnał telemetryczny RS485 - dopasowanie RS485 Arduino Uno w skrzynce sterującej

Na podstawie komentarzy innego współpracownika Instructables zdałem sobie sprawę, że ciągnięcie uwięzi po dnie jeziora nie byłoby dobre. W teście na basenie nie było problemu. Więc wydrukowałem w 3D kilka przyczepionych pływaków, używając PLA i grubszych ścian niż zwykle. Zdjęcie powyżej pokazuje pływaki rozmieszczone na uwięzi, zgrupowane bliżej ROV, ale średnio około 18 cali od siebie. Ponownie, zgodnie z komentarzami innych współtwórców, włożyłem pływaki do siateczkowej torby przywiązanej do wiązki uwięzi, aby sprawdzić, czy mam dość.

Krok 5: Elektronika pokładowa

Pierwsze zdjęcie przedstawia aparat i kompas. Drugie zdjęcie pokazuje, co się dzieje, gdy dodajesz kolejne rzeczy. Trzecie zdjęcie przedstawia sterowniki silnika zamontowane od spodu z płytami aluminiowymi jako alternatywne radiatory.

Suchy

• Kamera – kamera FPV Micro 120 stopni 600TVL

  Zamontowany na uchwycie z nadrukiem 3d, który rozciąga go do kopuły

• Kompas z kompensacją przechyłu – CMPS12

  • Wbudowane odczyty żyroskopu i akcelerometru są automatycznie zintegrowane z odczytami magnetometru, dzięki czemu odczyt kompasu pozostaje prawidłowy, gdy pojazd ROV podskakuje
  • Kompas zapewnia również odczyt temperatury

• Sterowniki silnika - Ebay - BTS7960B x 5

  • Duże radiatory musiały zostać usunięte, aby zaoszczędzić miejsce
  • Zamontowany w smar termoprzewodzący na płytach aluminiowych ¼”
  • Płyty aluminiowe montowane bezpośrednio po obu stronach aluminiowej półki na elektronikę
  • Doświadczenie pokazuje, że sterowniki działają dobrze pod obciążeniem, więc ciepło nie stanowi problemu
• Arduino Mega
• Moduł RS485 do wzmocnienia sygnału telemetrii szeregowej
• Czujnik prądu Moduł zasilania
  • Zapewnia do 3A zasilania 5V dla elektroniki
  • Mierzy natężenie do 90A przechodzące do sterowników silników 12v
  • Mierzy napięcie baterii;
• Przekaźnik (5 v) do obsługi świateł 12 v

Mokry

• Moduł czujnika ciśnienia (głębokości) – Amazon – MS5540-CM

  Zapewnia również odczyt temperatury wody

• Akumulator 10 A/godz. 12 V AGM

Miałem obawy, że wiele styków elektrycznych zostało narażonych na działanie wody. Dowiedziałem się, że w słodkiej wodzie nie ma wystarczającej przewodności, aby spowodować problem (zwarcie itp.), że prąd płynie „ścieżką najmniejszego oporu” (dosłownie). Nie jestem pewien, jak by to wszystko wyglądało w wodzie morskiej.

Schemat okablowania (patrz SubDoc.txt)

Krok 6: Oprogramowanie SubRun

Pierwszy film pokazuje, że Depth Hold działa całkiem dobrze.

Drugi film to test funkcji Heading Hold.

Pseudo kod

Arduino Mega uruchamia szkic, który realizuje następującą logikę:

1. Pobiera sygnał PPM RC przez tether

   1. Przerwanie zmiany pinów na danych oblicza wartości PWM poszczególnych kanałów i aktualizuje je
   2. Używa filtru Mediana, aby uniknąć wartości szumów
   3. Wartości PWM przypisane do Lewo/Prawo, Do przodu/Wstecz, Góra/Dół, CW/CCW i inne ctls.
2. Pobiera głębokość wody
3. Logika pozwalająca na zakończenie skrętu CW lub CCW

4. Patrzy na elementy sterujące kierowcy

   1. Używa Fwd/Back i Left/Right do obliczania siły i kąta (wektora) do napędzania bocznych silników odrzutowych.
   2. Kontrole uzbrojenia/rozbrojenia
   3. Używa CW/CCW do obliczenia składnika skrętu lub
   4. Odczytuje kompas, aby sprawdzić, czy błąd kursu i oblicza korekcyjny składnik skrętu
   5. Wykorzystuje współczynniki siły, kąta i skrętu do obliczenia mocy i kierunku dla każdego z czterech silników odrzutowych
   6. Używa góra/dół do uruchamiania silników góra/dół (dwa silniki na jednym kontrolerze) lub
   7. Odczytuje licznik głębokości, aby sprawdzić, czy błąd głębokości i uruchamia silniki w górę/w dół, aby je poprawić
5. Odczytuje dane mocy
6. Odczytuje dane temperatury z głębokościomierza (temperatura wody) i kompasu (temperatura wewnętrzna)

7. Okresowo wysyła dane telemetryczne w górę Serial1

   Głębokość, kurs, temperatura wody, temperatura suchej rury, napięcie akumulatora, prąd, stan uzbrojenia, stan świateł, bicie serca

8. Patrzy na sygnał Light Control PWM i włącza/wyłącza światło za pomocą przekaźnika.

Stery strumieniowe wektorowe

Magia kontrolowania bocznych silników znajduje się w krokach 4.1, 4.3 i 4.5 powyżej. Aby to osiągnąć, spójrz w kodzie na kartę Arduino zatytułowaną funkcje runThrusters getTransVectors() i runVectThrusters(). Sprytna matematyka została skopiowana z różnych źródeł, przede wszystkim tych zajmujących się kołowymi łazikami mecanum.

Krok 7: Pływająca stacja kontrolna (zaktualizowana)

6-kanałowy nadajnik RC

Skrzynka kontrolna

Oryginalna skrzynka kontrolna (stara skrzynka na cygara), która zawierała elektronikę nie znajdującą się na łodzi podwodnej, została zastąpiona pływającą stacją kontrolną.

Pływająca Stacja Kontroli

Zacząłem się martwić, że moja piętnastometrowa pęta nie jest wystarczająco długa, by nigdzie się dostać. Jeśli stoję na pomoście, to większość liny zostanie zabrana po wyjściu do jeziora i nie zostanie nic do nurkowania. Ponieważ miałem już łącze radiowe do skrzynki kontrolnej, wpadłem na pomysł pływającej wodoodpornej skrzynki kontrolnej.

Usunąłem więc stare pudełko po cygarach i położyłem elektronikę skrzynki sterowniczej na wąskim kawałku sklejki. Sklejka wsuwa się do 3-calowego otworu plastikowego, trzylitrowego dzbanka. Ekran telewizora ze skrzynki kontrolnej musiał zostać zastąpiony nadajnikiem wideo. A nadajnik RC (jedyna część wciąż na brzegu) ma teraz tablet z odbiornikiem wideo zamontowanym na górze. Tablet może opcjonalnie nagrywać wyświetlane wideo.

Na pokrywie dzbanka znajduje się wyłącznik zasilania i woltomierz, mocowanie do paska, anteny RC typu wąsik i gumowa antena nadajnika wideo w kształcie kaczki. Kiedy ROV wjeżdża do jeziora, nie chciałem, żeby przechylał dzbanek kontrolny zbyt daleko, więc zainstalowałem pierścień w pobliżu dna, gdzie jest poprowadzona linka i gdzie będzie przymocowana linka. Umieściłem również około 2 cale betonu na dnie dzbanka jako balastu, aby unosił się w pozycji pionowej.

Pływająca stacja sterująca zawiera następującą elektronikę:

• Odbiornik RC – z wyjściem PPM
• Arduino Uno
• Tarcza OSD - Amazon
• Moduł RS485 do wzmocnienia sygnału telemetrii szeregowej
• Nadajnik wideo
• Woltomierz do monitorowania stanu baterii Lipo 3 s
• Bateria Lipo 2200 mah 3 s

Wyświetlanie na ekranie (OSD)

W świecie quad-copterów dane telemetryczne są dodawane do wyświetlacza FPV (First Person Video) na końcu drona. Nie chciałem wkładać więcej rzeczy do i tak już zatłoczonej i zabałaganionej Dry Tube. Zdecydowałem się więc wysłać telemetrię do stacji bazowej oddzielnie od wideo i umieścić tam informacje na ekranie. OSD Shield firmy Amazon był do tego idealny. Posiada wejście wideo, wyjście wideo i bibliotekę Arduino (MAX7456.h), która ukrywa wszelki bałagan.

Oprogramowanie bazowe

Poniższa logika jest uruchamiana w szkicu na Arduino Uno w stacji sterującej:

1. Odczytuje wstępnie sformatowaną wiadomość telemetrii szeregowej
2. Zapisuje wiadomość do tarczy wyświetlacza ekranowego

Krok 8: Przyszłość

Dodałem moduł mini DVR do skrzynki kontrolnej, aby siedzieć między OSD (On Screen Display) a małym telewizorem, aby nagrywać wideo. Ale po zmianie na Floating Control Station polegam teraz na aplikacji na tablet do nagrywania wideo.

Mogę, jeśli stanę się naprawdę ambitny, spróbować dodać ramię chwytające. W uwięzi są niewykorzystane kanały sterowania radiowego i nieużywana para kabli, które tylko szukają pracy.

Druga nagroda w konkursie Make it Move