DIY подводный ROV: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Как трудно это может быть? Оказывается, при создании подводного ROV было несколько проблем. Но это был забавный проект, и я считаю, что он был достаточно успешным. Моя цель заключалась в том, чтобы он не стоил целое состояние, чтобы на нем было легко водить машину и чтобы у него была камера, чтобы показывать то, что он видит под водой. Мне не понравилась идея, что провод будет свисать с органов управления водителя, и у меня уже есть множество передатчиков радиоуправления, так что я пошел именно в этом направлении, с раздельными передатчиком и блоком управления. На 6-канальном передатчике, который я использовал, правый стик используется для движения вперед / назад и влево / вправо. Левый джойстик - вверх / вниз и поверните по часовой стрелке / против часовой стрелки. Такая же установка используется на квадрокоптерах и т. Д.

Я поискал в Интернете и увидел несколько дорогих ROV и несколько с «управляемыми двигателями». Это означает, что боковые подруливающие устройства установлены под углом 45 градусов и объединяют свои силы для перемещения ROV в любом направлении. Я уже построил колесный вездеход Mecanum и подумал, что математика применима. (См. «Вождение всенаправленных роботов Mecanum Wheels»). Для погружения и всплытия используются отдельные подруливающие устройства. А "управляемые двигатели" звучит круто.

Для удобства управления мне хотелось удерживать глубину и курс. Таким образом, водителю вообще не нужно перемещать левый джойстик, за исключением погружения / всплытия или поворота на новый курс. Оказывается, это тоже было непросто.

Это руководство не является набором инструкций для самостоятельного выполнения. Намерение состоит в том, чтобы предоставить ресурс, из которого кто-то мог бы извлечь, если он намеревается построить свой собственный подводный ROV.

Шаг 1: рамка

Это был легкий выбор. Глядя на то, что сделали другие люди, я выбрал пол-дюймовую поливинилхлоридную трубу. Это дешево и легко работать. Я придумал общий дизайн, в котором можно было бы разместить боковые подруливающие устройства и подруливающие устройства, работающие вверх / вниз. Вскоре после сборки покрасил в желтый цвет. Ах да, теперь это подводная лодка! Я просверлил отверстия в верхней и нижней части трубки, чтобы она могла затопить. Для крепления вещей я нарезал резьбу в ПВХ и использовал 4 40 нержавеющих винта. Я их много использовал.

На более позднем этапе показаны полозья, которые удерживаются снизу с помощью напечатанных на 3D-принтере подступенков. Подступенки были необходимы, чтобы сделать так, чтобы аккумулятор можно было снять и заменить. Я распечатал на 3d принтере лоток для аккумулятора. Аккумулятор фиксируется в лотке с помощью ремня на липучке. Dry Tube также крепится к раме с помощью ремней на липучке.

Шаг 2: Сухая трубка

Первый рисунок - тест на плавучесть. Второй рисунок пытается показать, как провода подруливающего устройства вводятся в герметизированные соединители пули. Третий рисунок почти такой же плюс дополнительный выступ для измерителя глубины заделки и его проводов. Четвертый рисунок показывает разборку сухой трубки.

Плавучесть

Сухая трубка содержит электронику и обеспечивает большую часть положительной плавучести. Идеальным вариантом является небольшая положительная плавучесть, поэтому, если что-то пойдет не так, ROV в конечном итоге всплывет на поверхность. Это заняло немного проб и ошибок. Узел, показанный здесь во время испытания на плаву, потребовал силы в несколько фунтов, чтобы заставить его погрузиться в воду. Это привело к любому простому решению установить аккумулятор на борту (в отличие от питания, передаваемого по тросу). Это также привело к сокращению длины трубы. Оказывается, 4-дюймовая трубка обеспечивает около 1/4 фунта плавучести на дюйм длины (однажды я подсчитал, но это предположение). Еще я поставил на дно «полозья» из ПВХ. У них есть винты на концах, куда я вставляю свинцовую дробь для точной настройки плавучести.

Водонепроницаемое уплотнение

Как только я решил использовать эпоксидную смолу для герметизации швов и отверстий и решил использовать неопреновые соединители без ступицы, ROV стал надежно водонепроницаемым. Некоторое время я боролся с «водонепроницаемыми» разъемами Ethernet, но в конце концов я отказался от них и просто просверлил небольшое отверстие, ввел провод и «залил» отверстие эпоксидной смолой. После того, как бесступенчатые соединители были затянуты на место, попытка их удаления была затруднена. Я обнаружил, что небольшое пятно белой смазки значительно облегчило разъединение и соединение сухой пробирки.

Чтобы установить акриловый купол, я вырезал отверстие в 4-дюймовом колпачке из АБС-пластика, оставив уступ для края купола. Сначала я попробовал горячий клей, но он сразу протек, и я перешел на эпоксидную смолу.

Внутри

Вся внутренняя электроника смонтирована на алюминиевом листе толщиной 1/16 дюйма (со стойками). Его ширина составляет чуть менее 4 дюймов, что увеличивает длину трубки. Да, я знаю, что он проводит электричество, но он также проводит тепло.

Проходящие провода

В задней 4-дюймовой крышке из АБС просверлено 2-дюймовое отверстие и вклеен 2-дюймовый переходник из АБС-пластика. В 2-дюймовой вилке просверлено отверстие для провода Ethernet, через который проходит и заделывается. Наклеил АБС и сделал небольшой кружочек для «заливки».

Я просверлил, казалось, много отверстий (по 2 на каждое подруливающее устройство), но мне хотелось бы сделать больше. В каждое отверстие вставляли гнездовой коннектор (пока горячий от паяльника). На провода подруливающего устройства и выводы аккумуляторной батареи были припаяны штыревые коннекторы.

Я закончил тем, что добавил небольшую выпуклость из АБС-пластика, чтобы дать мне место для провода ограничителя глубины, чтобы его можно было залить. Это стало более беспорядочно, чем мне хотелось бы, и я попытался организовать провода с помощью небольшого держателя с прорезями в нем.

Шаг 3: подруливающие устройства своими руками

Я почерпнул из Интернета много идей и решил использовать картриджи трюмной помпы. Они относительно дешевы (около 20 долларов США) каждый и имеют примерно нужный крутящий момент и скорость. Я использовал два картриджа на 500 галлонов / час для подруливающих устройств вверх / вниз и четыре картриджа на 1000 галлонов в час для боковых подруливающих устройств. Это были картриджи Johnson Pump, я получил их через Amazon.

Я напечатал на 3D-принтере корпуса подруливающего устройства, используя конструкцию Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Mount. Я также распечатал пропеллеры на 3D-принтере, опять же с дизайном от Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Propeller. Они потребовали небольшой адаптации, но работали довольно хорошо.

Шаг 4: привязь

Я использовал кабель Ethernet категории 6 длиной 50 футов. Я затолкал его в 50 футов полипропиленовой веревки. Я использовал конец шариковой ручки, приклеенный к кабелю, и около часа проталкивал его через веревку. Утомительно, но это сработало. Веревка обеспечивает защиту, прочность при натяжении и некоторую положительную плавучесть. Комбинация все еще тонет, но не так сильно, как кабель Ethernet сам по себе.

Используются три из четырех пар кабелей.

• Видеосигнал камеры и земля - экран OSD Arduino в блоке управления
• Сигнал ArduinoMega PPM и земля <---- RC-приемник в блоке управления
• Сигнал телеметрии ArduinoMega RS485 - соответствие RS485 Arduino Uno в блоке управления

Основываясь на комментариях другого участника Instructables, я понял, что трос, волочащийся по дну озера, не годится. В тесте в бассейне это не было проблемой. Поэтому я напечатал на 3D-принтере кучу прикрепляемых поплавков, используя PLA и более толстые стенки, чем обычно. На рисунке выше показаны поплавки, развернутые на тросе, сгруппированные ближе к ROV, но в среднем на расстоянии около 18 дюймов друг от друга. Опять же, согласно комментариям другого участника, я положил поплавки в сетчатый мешок, привязанный к связке троса, чтобы посмотреть, достаточно ли у меня.

Шаг 5: бортовая электроника

На первом фото изображены фотоаппарат и компас. Второй рисунок показывает, что происходит, когда вы продолжаете добавлять что-то. На третьем рисунке показаны контроллеры двигателей, смонтированные на нижней стороне, с алюминиевыми пластинами в качестве альтернативных радиаторов.

Сухой

• Камера - Micro 120 градусов 600TVL FPV cam

  Устанавливается на держателе с 3D-печатью, который расширяет его в купол

• Компас с компенсацией наклона - CMPS12

  • Показания встроенного гироскопа и акселерометра автоматически интегрируются с показаниями магнитометра, чтобы показания компаса оставались правильными, когда ROV подпрыгивает
  • Компас также показывает температуру

• Драйверы двигателей - Ebay - BTS7960B x 5

  • Для экономии места пришлось снять большие радиаторы
  • Нанесена смазка-теплоноситель на алюминиевые плиты ¼”.
  • Алюминиевые панели устанавливаются непосредственно с обеих сторон алюминиевой полки для электроники.
  • Опыт показывает, что водители хорошо работают при недостаточной мощности, поэтому нагрев не является проблемой.
• Ардуино Мега
• Модуль RS485 для усиления сигнала последовательной телеметрии

• Датчик тока Силовой модуль

  • Обеспечивает питание до 3 А при напряжении 5 В для электроники
  • Измеряет силу тока до 90 А, идущую к драйверам двигателя 12 В
  • Измеряет напряжение батареи
• Реле (5 В) для управления лампами 12 В

Влажный

• Модуль датчика давления (глубины) - Amazon - MS5540-CM

  Также обеспечивает считывание температуры воды

• Аккумулятор AGM, 10 ампер / час, 12 В

У меня были опасения, что многие электрические контакты были подвержены воздействию воды. Я узнал, что в пресной воде проводимости недостаточно, чтобы вызвать проблему (короткое замыкание и т. Д.), Что ток идет по «пути наименьшего сопротивления» (буквально). Я не уверен, как все это будет происходить в морской воде.

Схема подключения (см. SubDoc.txt)

Шаг 6: Программное обеспечение SubRun

Первое видео показывает, что функция Depth Hold работает очень хорошо.

Второе видео - это тест функции удержания курса.

Псевдокод

Arduino Mega запускает скетч, который выполняет следующую логику:

1. Получает сигнал PPM RC по тросу

   1. Прерывание смены контактов по данным вычисляет значения ШИМ отдельных каналов и поддерживает их в актуальном состоянии.
   2. Использует медианный фильтр, чтобы избежать значений шума
   3. Значения PWM присвоены левому / правому, Fwd / Back, Up / Down, CW / CCW и другим ctls.
2. Получает глубину воды
3. Логика, позволяющая завершить поворот по часовой или против часовой стрелки

4. Смотрит на элементы управления драйвером

   1. Использует Fwd / Back и Left / Right для расчета силы и угла (вектора) для привода боковых подруливающих устройств.
   2. Проверки постановки / снятия с охраны
   3. Использует CW / CCW для расчета компонента скручивания или
   4. Считывает компас, чтобы увидеть, есть ли ошибка направления, и вычисляет корректирующий компонент скручивания
   5. Использует факторы силы, угла и скручивания для расчета мощности и направления для каждого из четырех подруливающих устройств.
   6. Использует Up / Down для запуска подруливающих устройств Up / Down (два подруливающих устройства на одном контроллере) или
   7. Считывает измеритель глубины, чтобы увидеть, есть ли ошибка глубины, и запускает подруливающие устройства вверх / вниз для исправления
5. Считывает данные о питании
6. Считывает данные о температуре с глубиномера (температура воды) и компаса (внутренняя температура)

7. Периодически отправляет данные телеметрии на Serial1

   Глубина, направление, температура воды, температура сухой трубки, напряжение батареи, ток, состояние руки, состояние индикаторов, сердцебиение

8. Смотрит на ШИМ-сигнал управления освещением и включает / выключает свет через реле.

Векторы подруливающих устройств

Магия управления боковыми подруливающими устройствами описана в шагах 4.1, 4.3 и 4.5 выше. Чтобы добиться этого, просмотрите код на вкладке Arduino под названием runThrusters functions getTransVectors () и runVectThrusters (). Умная математика была скопирована из различных источников, в первую очередь из тех, что касались колесных вездеходов.

Шаг 7: Плавающая станция управления (обновлено)

6-канальный RC-передатчик

Блок управления

Оригинальный блок управления (старый ящик для сигар), в котором электроника находилась не на сабвуфере, был заменен плавающей станцией управления.

Плавучая станция управления

Я начал беспокоиться, что моей пятидесятифутовой привязи было недостаточно, чтобы никуда добраться. Если я стою на причале, то большая часть троса будет снята при выходе в озеро, и для ныряния уже не останется. Поскольку у меня уже была радиосвязь с блоком управления, я получил представление о плавающем водонепроницаемом блоке управления.

Поэтому я покончил со старой коробкой для сигар и положил блок управления электроникой на узкий кусок фанеры. Фанера скользит в трехдюймовую горловину пластикового трехгаллонного кувшина. Экран телевизора из блока управления пришлось заменить на видеопередатчик. И RC-передатчик (единственная деталь, которая все еще находится на берегу) теперь имеет планшет с установленным сверху видеоприемником. Планшет может дополнительно записывать отображаемое видео.

На крышке кувшина находятся выключатель питания и вольтметр, крепление для троса, радиоуправляемые усы-антенны и антенна видеопередатчика с резиновой уткой. Когда ROV выезжает в озеро, я не хотел, чтобы он слишком сильно опрокидывал кувшин управления, поэтому я установил кольцо около дна, где будет проводиться трос и где будет прикреплена веревка для извлечения. Я также положил около 2 дюймов бетона на дно кувшина в качестве балласта, чтобы он плавал вертикально.

Плавучий пост управления содержит следующую электронику:

• RC-приемник - с выходом PPM
• Ардуино Уно
• Экранный экран - Amazon
• Модуль RS485 для усиления сигнала последовательной телеметрии
• Видео передатчик
• Вольтметр для контроля состояния батареи 3s Lipo
• 2200 мАч 3s Lipo аккумулятор

Экранное меню (OSD)

В мире квадрокоптеров данные телеметрии добавляются на дисплей FPV (видео от первого лица) на стороне дрона. Я не хотел класть больше вещей в и без того переполненный и грязный Dry Tube. Поэтому я решил отправлять телеметрию на базовую станцию отдельно от видео и выводить информацию на экран. Для этого идеально подошел экран OSD Shield от Amazon. У него есть видеовход, видеовыход и библиотека Arduino (MAX7456.h), которая скрывает любой беспорядок.

Программное обеспечение SubBase

Следующая логика выполняется в скетче на Arduino Uno на станции управления:

1. Читает предварительно отформатированное сообщение последовательной телеметрии
2. Записывает сообщение на экранный экран

Шаг 8: будущее

Я добавил в блок управления модуль мини-видеорегистратора, чтобы он располагался между экранным меню (OSD) и маленьким телевизором для записи видео. Но с переходом на плавающую станцию управления теперь я полагаюсь на приложение для планшета для записи видео.

Я могу, если я буду очень амбициозен, попробовать добавить захватывающую руку. В тросе есть неиспользуемые каналы радиоуправления и неиспользованная пара кабелей, которые просто ищут работу.

Второй приз конкурса Make it Move