DIY ponorné ROV: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Aké ťažké to môže byť? Ukazuje sa, že pri vytváraní ponorného ROV bolo niekoľko výziev. Bol to však zábavný projekt a myslím si, že celkom úspešný. Mojím cieľom bolo, aby to nestálo majland, aby sa dalo ľahko riadiť a aby mala kamera ukážku toho, čo vidí pod vodou. Nepáčil sa mi nápad mať drôt visiaci z ovládačov vodiča a už mám rôzne rádiové ovládače, takže týmto smerom som išiel, pričom vysielač a riadiaca skrinka sú oddelené. Na 6 -kanálovom vysielači, ktorý som použil, sa pravá páčka používa na pohyb vpred/vzad a vľavo/vpravo. Ľavá páčka je hore/dole a otáča sa v smere hodinových ručičiek/CCW. Je to rovnaké nastavenie, aké sa používa na quad-helikoptérach atď.

Pozrel som sa online a videl som niekoľko drahých ROV a niekoľko s „vektorovanými tryskami“. To znamená, že bočné rakety sú namontované v uhloch 45 stupňov a kombinujú svoje sily, aby pohybovali ROV v ľubovoľnom smere. Už som postavil kolesový rover mecanum a myslel som si, že tam bude platiť matematika. (Ref. Vedenie všesmerových robotov s kolesami Mecanum). Na potápanie a vychádzanie na hladinu sa používajú samostatné rakety. A „vektorované rakety“znejú skvele.

Kvôli jednoduchosti riadenia som chcel držať hĺbku a držať nadpis. Vodič tak nemusí vôbec pohybovať ľavou páčkou okrem potápania/vychádzania na povrch alebo odbočovania na nový smer. Ukázalo sa, že to bola tiež trochu výzva.

Tento návod nie je určený ako súbor pokynov, ako to urobiť sami. Cieľom je skôr poskytnúť zdroj, z ktorého by niekto mohol čerpať, ak má v úmysle vybudovať si vlastné ponorné ROV.

Krok 1: Rám

Bola to jednoduchá voľba. Keď som sa pozrel na to, čo urobili iní ľudia, posunulo ma to v smere 1/2 palcovej PVC rúrky. Je to lacné a práca s tým je jednoduchá. Prišiel som s celkovým dizajnom, ktorý by vyhovoval bočným tryskám a tryskám hore/dole. Krátko po montáži som ho nastriekol žltou farbou. Ach áno, teraz je to ponorka! V hornej a spodnej časti rúrky som vyvŕtal otvory, aby sa mohla zaplaviť. Na pripevnenie vecí som závitmi poklepal do PVC a použil 4 40 nerezových skrutiek. Použil som ich veľa.

V neskoršej fáze sú zobrazené lyžiny, ktoré sú od spodnej časti držané ďalej od 3D tlačených stúpačiek. Na jeho výrobu boli potrebné stúpačky, aby bolo možné batériu vybrať a vymeniť. 3d som vytlačil zásobník na uloženie batérie. Batéria je v zásobníku zaistená remienkom na suchý zips. Dry Tube je tiež pripevnený k rámu popruhmi na suchý zips.

Krok 2: Suchá trubica

Prvá fotka je test vztlaku. Druhý obrázok sa pokúša ukázať, ako sú drôty propulzného vedenia vedené do konektorov v črepníkoch. Tretí obrázok je viac rovnaký a dodatočný náraz na merač hĺbky zalievania a jeho drôty. Štvrtý obrázok ukazuje vytiahnutie suchej trubice.

Vztlak

Dry Tube obsahuje elektroniku a poskytuje väčšinu pozitívneho vztlaku. Ideálom je malé množstvo pozitívneho vztlaku, takže ak sa niečo pokazí, ROV nakoniec vypláva na povrch. Chcelo to trochu pokusov a omylov. Zostava tu ukázaná počas plavákového testu potrebovala niekoľko libier sily, aby sa ponorila. To viedlo k akémukoľvek jednoduchému rozhodnutiu namontovať batériu na palubu (na rozdiel od napájania prichádzajúceho cez popruh). Tiež to viedlo k skráteniu trubice. Ukázalo sa, že 4 palcová trubica poskytuje asi 1/4 libry vztlaku na palec dĺžky (matematiku som urobil raz, ale toto je odhad). Tiež som skončil tak, že som na dno položil PVC „šmyky“. Majú skrutkové konce, kde som vložil olovenú strelu na jemné doladenie vztlaku.

Vodotesná pečať

Akonáhle som sa usadil pomocou epoxidu na utesnenie švov a dier a usadil som sa pomocou neoprénových konektorov bez nábojov, ROV bol spoľahlivo vodotesný. Chvíľu som bojoval s „vodotesnými“ethernetovými konektormi, ale nakoniec som od toho upustil a vyvŕtal som malú dieru, viedol drôt a otvor „zasypal“epoxidom. Potom, čo boli konektory bez náboja utiahnuté, bolo ťažké ich odstrániť. Zistil som, že vďaka troške bieleho tuku sa tuba od seba oddelí a tlačí oveľa jednoduchšie.

Na namontovanie akrylovej kupoly som vyrezal otvor do 4 ABS uzáveru, pričom zostala rímsa, aby zachytila okraj kupoly. Pôvodne som skúšal horúce lepidlo, ale to okamžite uniklo a išiel som na epoxid.

Vnútri

Celá vnútorná elektronika je namontovaná na hliníkovom plechu 1/16 palca (s podperami). Je široký menej ako 4 palce a predlžuje dĺžku trubice. Áno, viem, že vedie elektrický prúd, ale tiež vedie teplo.

Drôty prechádzajúce

Na zadnej 4 "čiapočke ABS bol vyvŕtaný 2 -palcový otvor a do nej bol vlepený 2 -palcový adaptér ABS. Zásuvka 2" mala vyvŕtaný otvor, cez ktorý mohol ethernetový kábel prechádzať a byť zaliate. Malý kúsok 3 " Prilepené ABS tiež vytvorilo malú kruhovú plochu na „zalievanie“.

Vyvŕtal som niečo, čo sa zdalo ako veľa otvorov (2 pre každý tryskový motor), ale prial by som si, aby som urobil viac. Do každého otvoru bola zasunutá ženská guľková spojka (horúca zo spájkovačky). Dráty rakety a vodiče batérie boli spájkované.

Nakoniec som pridal malú hrčku ABS, aby mi poskytlo miesto, cez ktoré by mohol prechádzať drôt hĺbkomeru a byť zaliaty. Začalo to byť chaotickejšie, ako by som si želal, a pokúsil som sa usporiadať drôty pomocou malého držiaka so štrbinami.

Krok 3: DIY Thrusters

Dostal som veľa nápadov z webu a rozhodol som sa ísť s kazetami bilge pumpy. Sú relatívne lacné (asi 20 dolárov+) za kus a majú približne správne množstvo krútiaceho momentu a rýchlosti. Na bočné trysky som použil dve kazety s hmotnosťou 500 galónov za hodinu a štyri kazety s kapacitou 1 000 GPH. Išlo o kazety Johnson Pump a dostal som ich cez Amazon.

3d som vytlačil kryty trysiek podľa návrhu od spoločnosti Thingaverse, držiaka rakety ROV Bilge Pump. Tiež som 3d vytlačil vrtule, opäť s dizajnom od Thingaverse, vrtuľovej vrtule ROV Bilge Pump. Trochu sa prispôsobili, ale fungovali celkom dobre.

Krok 4: Tether

Použil som ethernetový kábel Cat 6 s dĺžkou 50 stôp. Natlačil som to do 50 stôp polypropylénového lana. Použil som koniec guľôčkového pera nalepeného na kábli a asi hodinu som ho tlačil cez lano. Únavné, ale fungovalo to. Lano poskytuje ochranu, silu pri ťahaní a pozitívny vztlak. Kombinácia stále klesá, ale nie tak zle ako samotný ethernetový kábel.

Používajú sa tri zo štyroch párov káblov.

• Kamera Video signál a zem - štít OSD Arduino v riadiacej skrinke
• ArduinoMega PPM signál a pozemný <---- RC prijímač v riadiacej skrini
• ArduinoMega Telemetrický signál RS485 - zodpovedajúci RS485 Arduino Uno v ovládacom boxe

Na základe komentárov od iného prispievateľa z Instructables som si uvedomil, že mať uviazané lano na dne jazera by nebolo dobré. V plaveckom teste to nebol problém. 3D som teda vytlačil veľa pripínacích plavákov pomocou PLA a hrubších stien ako obvykle. Obrázok vyššie ukazuje plaváky nasadené na popruhu, zoskupené bližšie k ROV, ale v priemere zhruba 18 palcov od seba. Opäť podľa komentárov ostatných prispievateľov som vložil plaváky do sieťového vrecka priviazaného k zväzku popruhov, aby som zistil, či mám dosť.

Krok 5: Palubná elektronika

Prvá fotka ukazuje fotoaparát a kompas. Druhý obrázok ukazuje, čo sa stane, keď budete stále pridávať položky. Tretí obrázok zobrazuje regulátory motora namontované na spodnej strane s hliníkovými doskami ako alternatívne chladiče.

Suché

• Kamera - Micro 120 stupňová 600TVL FPV kamera

  Namontovaný na 3D tlačenom držiaku, ktorý ho rozširuje von do kupoly

• Kompenzát s kompenzáciou náklonu - CMPS12

  • Zabudované údaje z gyroskopu a akcelerometra, ktoré sú automaticky integrované s údajmi z magnetometra na čítanie kompasu, zostanú správne, pretože ROV bops okolo
  • Kompas tiež poskytuje čítanie teploty

• Ovládače motorov - Ebay - BTS7960B x 5

  • Z dôvodu úspory miesta bolo potrebné odstrániť veľké chladiče
  • Namontované mazivo na prenos tepla na ¼”hliníkové dosky
  • Hliníkové dosky namontované priamo na obe strany hliníkovej police
  • Prax ukazuje, že vodiči pracujú dostatočne pod kapotou, takže teplo nie je problém
• Arduino Mega
• Modul RS485 na zvýšenie signálu sériovej telemetrie

• Senzor prúdu Napájací modul

  • Poskytuje až 3A napájania 5V pre elektroniku
  • Meria prúd až do 90 A pre 12 V vodičov motorov
  • Meria napätie batérie
• Relé (5 V) na ovládanie 12 V svetiel

Mokrý

• Modul snímača tlaku (hĺbky)-Amazon-MS5540-CM

  Tiež poskytuje čítanie teploty vody

• 10 Amp/Hr 12 voltová batéria AGM

Mal som obavy, že veľa elektrických kontaktov je vystavených vode. Dozvedel som sa, že v sladkej vode nie je dostatočná vodivosť na to, aby spôsobila problém (skraty atď.), Že prúd ide „cestou najmenšieho odporu“(doslova). Nie som si istý, ako by to všetko fungovalo v morskej vode.

Obrys zapojenia (pozri SubDoc.txt)

Krok 6: Softvér SubRun

Prvé video ukazuje, že Depth Hold funguje celkom dobre.

Druhé video je test funkcie Heading Hold.

Pseudokód

Arduino Mega používa skicu, ktorá vykonáva nasledujúcu logiku:

1. Získa PPM RC signál cez tether

   1. Pin Change Interrupt on data vypočítava hodnoty PWM jednotlivých kanálov a udržuje ich aktualizované
   2. Na zamedzenie hodnôt hluku používa filter Median
   3. Hodnoty PWM priradené doľava/doprava, dopredu/dozadu, hore/dole, CW/CCW a iným ctls.
2. Získa hĺbku vody
3. Logika, ktorá umožní dokončenie skrúcania vľavo alebo vpravo
4. Pozerá sa na ovládače vodiča
   1. Používa Fwd/dozadu a doľava/doprava na výpočet sily a uhla (vektora) pre pohon bočných rakiet.
   2. Kontroluje zapnutie/vypnutie stráženia
   3. Používa CW/CCW na výpočet súčasti krútenia alebo
   4. Načíta kompas, aby zistil, či je chyba v hlavičke, a vypočíta komponent korekčného zákrutu
   5. Využíva faktory sily, uhla a skrútenia na výpočet sily a smeru pre každé zo štyroch tryskových motorov
   6. Používa hore/dole na spustenie trysiek hore/dole (dve trysky na jednom ovládači) alebo
   7. Načíta hĺbkomer, aby zistil, či nedošlo k chybe hĺbky, a spustí opravu hore/dole
5. Číta údaje o napájaní
6. Číta údaje o teplote z hĺbkomera (teplota vody) a kompasu (vnútorná teplota)

7. Pravidelne odosiela telemetrické údaje do Serial1

   Hĺbka, záhlavie, teplota vody, teplota suchej trubice, napätie batérie, zosilňovače, stav ramena, stav svetiel, srdcový tep

8. Sleduje signál PWM ovládania svetla a zapína/vypína svetlo pomocou relé.

Vektorované rakety

Kúzlo na ovládanie bočných trysiek je v krokoch 4.1, 4.3 a 4.5 vyššie. Za týmto účelom sa pozrite do kódu na karte Arduino s názvom funkcie runThrusters getTransVectors () a runVectThrusters (). Šikovná matematika bola skopírovaná z rôznych zdrojov, predovšetkým z tých, ktoré sa zaoberajú kolesovými rovermi mecanum.

Krok 7: Plávajúca riadiaca stanica (aktualizované)

6 -kanálový RC vysielač

Ovládací box

Pôvodná riadiaca skrinka (stará škatuľa na cigarety), v ktorej sa nachádzala elektronika, ktorá nie je umiestnená na podstavci, bola nahradená plávajúcou riadiacou stanicou.

Plávajúca riadiaca stanica

Začal som sa obávať, že moje päťdesiatmetrové popruhy nie sú dostatočne dlhé, aby som sa niekam dostal. Ak stojím na lavici obžalovaných, potom veľkú časť popruhu odnesú, len keď sa dostaneme do jazera a nezostane tam nič na potápanie. Pretože som už mal rádiové spojenie s ovládacím boxom, dostal som pojem o plávajúcom vodotesnom ovládacom boxe.

Zlikvidoval som teda starú škatuľu na cigary a položil elektroniku riadiacej jednotky na úzky kus preglejky. Preglejka vkĺzne do 3 palcového ústia plastového trojgalonového džbánu. Televíznu obrazovku z riadiacej skrinky bolo potrebné vymeniť za video vysielač. A RC vysielač (jediná časť stále na brehu) má teraz tablet s video prijímačom namontovaným na vrchu. Tablet môže voliteľne nahrávať video, ktoré zobrazuje.

Na veku džbánu je vypínač a voltmetr, upevnenie na popruh, RC anténa na fúzy a gumená anténna vysielačka videa. Keď sa ROV vytiahne do jazera, nechcel som, aby príliš sklopilo kontrolný džbán, a tak som nainštaloval krúžok v blízkosti dna, kde je vedené lanko a kde bude pripevnená záchytná šnúra. Tiež som dal asi 2 palce betónu na dno džbánu ako balast, aby plával vzpriamene.

Plávajúca riadiaca stanica obsahuje nasledujúcu elektroniku:

• RC prijímač - s PPM výstupom
• Arduino Uno
• OSD štít - Amazon
• Modul RS485 na zvýšenie signálu sériovej telemetrie
• Vysielač videa
• Voltmeter na monitorovanie stavu batérie Lipo 3 s
• Lipo batéria 2 200 mAh, 3 s

Zobrazenie na obrazovke (OSD)

Vo svete quad-copter sú telemetrické údaje pridané na displej FPV (First Person Video) na konci dronu. Nechcel som dávať ďalšie veci do už preplnenej a chaotickej Suchej trubice. Preto som sa rozhodol odoslať telemetriu na základňovú stanicu oddelene od videa a vložiť informácie na obrazovku. Na to bol perfektný OSD štít od Amazonu. Má video vstup, výstup videa a knižnicu Arduino (MAX7456.h), ktorá skryje všetky neporiadky.

Softvér SubBase

Nasledujúca logika je spustená v náčrte na Arduino Uno na riadiacej stanici:

1. Číta vopred naformátovanú správu o sériovej telemetrii
2. Píše správu na štít na obrazovke

Krok 8: Budúce veci

Do ovládacieho boxu som pridal modul mini DVR, ktorý je umiestnený medzi OSD (On Screen Display) a malou televíziou, aby bolo možné nahrávať video. Ale so zmenou na plávajúcu riadiacu stanicu sa teraz spolieham na aplikáciu tabletu na nahrávanie videa.

Ak budem skutočne ambiciózny, môžem skúsiť pridať rameno. V kábli hľadajú prácu nepoužívané rádiové riadiace kanály a nepoužívaný pár káblov.

Druhá cena v súťaži Make it Move