DIY Submersible ROV: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Πόσο δύσκολο μπορεί να είναι; Αποδεικνύεται ότι υπήρχαν αρκετές προκλήσεις για την κατασκευή ενός υποβρυχίου ROV. Αλλά ήταν ένα διασκεδαστικό έργο και νομίζω ότι ήταν αρκετά επιτυχημένο. Ο στόχος μου ήταν να μην κοστίσει μια περιουσία, να είναι εύκολο στην οδήγηση και να έχω μια φωτογραφική μηχανή για να δείξει αυτό που βλέπει κάτω από το νερό. Δεν μου άρεσε η ιδέα να υπάρχει ένα καλώδιο που κρέμεται από τα χειριστήρια του οδηγού και έχω ήδη μια ποικιλία πομπών ραδιοελέγχου, οπότε αυτή ήταν η κατεύθυνση που πήγα, με τον πομπό και το κουτί ελέγχου χωριστά. Στον πομπό 6 καναλιών που χρησιμοποίησα, το δεξί ραβδί χρησιμοποιείται για εμπρός/πίσω και αριστερά/δεξιά. Το αριστερό ραβδί είναι πάνω/κάτω και στρίψτε δεξιόστροφα/CCW. Αυτή είναι η ίδια ρύθμιση που χρησιμοποιείται σε τετραπλά κλπ., Κ.λπ.

Κοίταξα στο διαδίκτυο και είδα μερικά ακριβά ROV και είδα μερικά με "διανυσματικά ωστήρια". Αυτό σημαίνει ότι οι πλευρικοί προωθητήρες είναι τοποθετημένοι σε γωνίες 45 μοιρών και συνδυάζουν τις δυνάμεις τους για να κινήσουν το ROV προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Είχα ήδη φτιάξει ένα τροχόσπιτο mecanum και νόμιζα ότι τα μαθηματικά εκεί θα ίσχυαν. (Ref. Driving Mecanum Wheels Omnidirectional Robots). Για καταδύσεις και επιφανειακές επιφάνειες χρησιμοποιούνται ξεχωριστές ωθήσεις. Και το "vectored thrusters" ακούγεται υπέροχο.

Για ευκολία στην οδήγησή του, ήθελα να κρατάω βάθος και να κρατάω τον τίτλο. Με αυτόν τον τρόπο ο οδηγός δεν χρειάζεται να μετακινήσει το αριστερό ραβδί καθόλου, εκτός από καταδύσεις/επιφάνειες ή στροφή σε νέα επικεφαλίδα. Αποδείχθηκε ότι αυτό ήταν επίσης μια μικρή πρόκληση.

Αυτό το Instructable δεν προορίζεται ως σύνολο οδηγιών για να το κάνετε μόνοι σας. Η πρόθεση είναι περισσότερο να παρέχει έναν πόρο από τον οποίο μπορεί να αντλήσει κάποιος εάν σκοπεύει να κατασκευάσει το δικό του υποβρύχιο ROV.

Βήμα 1: Το πλαίσιο

Αυτή ήταν μια εύκολη επιλογή. Lookάχνοντας να δω τι είχαν κάνει άλλοι άνθρωποι με ώθησαν προς την κατεύθυνση του σωλήνα PVC 1/2 ιντσών. Είναι φθηνό και εύκολο να δουλέψεις. Σκέφτηκα ένα συνολικό σχέδιο που θα μπορούσε να φιλοξενήσει τα πλαϊνά ωστήρια και τα πάνω/κάτω ωστήρια. Λίγο μετά τη συναρμολόγηση το ψέκασα κίτρινο. Ω ναι, τώρα είναι υποβρύχιο! Διάτρησα τρύπες στο πάνω και στο κάτω μέρος του σωλήνα για να το αφήσω να πλημμυρίσει. Για τη στερέωση υλικών χτύπησα νήματα στο PVC και χρησιμοποίησα 4 40 ανοξείδωτες βίδες. Χρησιμοποίησα πολλά από αυτά.

Σε μεταγενέστερο στάδιο εμφανίζονται ολισθήσεις που συγκρατούνται από το κάτω μέρος με τρισδιάστατες εκτυπωτές. Οι ανυψωτές χρειάστηκαν για να το φτιάξουν έτσι ώστε η μπαταρία να αφαιρεθεί και να αντικατασταθεί. Τρισδιάστατα εκτύπωσα ένα δίσκο για να κρατάει την μπαταρία. Η μπαταρία στερεώνεται στο δίσκο με έναν ιμάντα velcro. Το Dry Tube συγκρατείται επίσης στο πλαίσιο με ιμάντες velcro.

Βήμα 2: Ο ξηρός σωλήνας

Η πρώτη φωτογραφία είναι το τεστ πλευστότητας. Η δεύτερη φωτογραφία προσπαθεί να δείξει πώς τα καλώδια ώθησης οδηγούνται σε συνδετήρες σφαίρας σε γλάστρες. Η τρίτη φωτογραφία είναι σχεδόν ίδια με το επιπλέον χτύπημα για το μετρητή βάθους αγγείων και τα καλώδια του. Η τέταρτη εικόνα δείχνει την απομάκρυνση του ξηρού σωλήνα.

Πλευστότητα

Το Dry Tube περιέχει τα ηλεκτρονικά και παρέχει το μεγαλύτερο μέρος της θετικής πλευστότητας. Το ιδανικό είναι μια μικρή ποσότητα θετικής άνωσης, οπότε αν τα πράγματα πάνε στραβά, το ROV θα επιπλέει τελικά στην επιφάνεια. Αυτό χρειάστηκε λίγο δοκιμή και λάθος. Το συγκρότημα που εμφανίζεται εδώ κατά τη διάρκεια μιας δοκιμής πλωτήρα χρειάστηκε πολλά κιλά δύναμης για να το βυθίσει. Αυτό οδήγησε σε οποιαδήποτε εύκολη απόφαση για την τοποθέτηση της μπαταρίας επί του σκάφους (σε αντίθεση με την ισχύ που έρχεται μέσω της σύνδεσης). Οδήγησε επίσης στην κοπή του σωλήνα σε μήκος. Αποδεικνύεται ότι ένας σωλήνας 4 ιντσών παρέχει περίπου 1/4 κιλό πλευστότητας ανά ίντσα μήκους (έκανα τα μαθηματικά μία φορά, αλλά αυτό είναι μια εικασία). Κατέληξα επίσης να βάζω "ολισθήσεις" PVC στο κάτω μέρος. Έχουν βίδες στις άκρες όπου έβαλα βολή μολύβδου για λεπτό συντονισμό της πλευστότητας.

Στεγανή σφραγίδα νερού

Μόλις ασχολήθηκα με τη χρήση εποξικού για τη σφράγιση ραφών και οπών και με τη χρήση συνδετήρων από νεοπρένιο χωρίς διανομή, το ROV ήταν αξιόπιστα στεγανό. Αγωνίστηκα για λίγο με "αδιάβροχους" συνδέσμους ethernet, αλλά τελικά τα παράτησα και μόλις άνοιξα μια μικρή τρύπα, έβαλα το σύρμα και "έβαλα" την τρύπα με εποξειδική. Αφού οι σύνδεσμοι χωρίς διανομέα σφίχθηκαν στη θέση τους, η προσπάθεια αφαίρεσής τους ήταν δύσκολη. Ανακάλυψα ότι ένα μικρό επίχρισμα λευκού λίπους έκανε το Dry Tube να απομακρυνθεί και να σπρώξει πολύ πιο εύκολα.

Για να τοποθετήσω τον ακρυλικό θόλο, χάραξα μια τρύπα σε ένα καπάκι ABS 4 αφήνοντας μια προεξοχή για να δεχτώ την άκρη του θόλου. Αρχικά δοκίμασα θερμή κόλλα, αλλά αυτό διέρρευσε αμέσως και πήγα στην εποξική.

Μέσα

Όλα τα εσωτερικά ηλεκτρονικά είναι τοποθετημένα σε φύλλο αλουμινίου 1/16 ιντσών (με αναρτήσεις). Έχει πλάτος μόλις 4 ίντσες και επεκτείνει το μήκος του σωλήνα. Ναι, ξέρω ότι μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά επίσης θερμότητα.

Τα καλώδια έρχονται μέσω

Το πίσω καπάκι ABS 4 ιντσών άνοιξε μια τρύπα 2 ιντσών και ένα θηλυκό αντάπτορα ABS 2 ιντσών. Το βύσμα 2 ιντσών άνοιξε μια τρύπα για να περάσει το καλώδιο Ethernet και να γίνει γλάστρες. Ένα μικρό κομμάτι 3 " Το ABS κολλημένο επίσης έκανε μια μικρή περιοχή κύκλου για "γλάστρες".

Τρύπησα αυτό που φαινόταν σαν πολλές τρύπες (2 για κάθε προωθητή), αλλά θα ήθελα να είχα κάνει περισσότερα. Κάθε τρύπα έβγαζε ένα θηλυκό βύσμα σφαίρας (ενώ ήταν ζεστό από το συγκολλητικό σίδερο). Τα καλώδια ώθησης και τα καλώδια της μπαταρίας συγκολλήθηκαν στους αρσενικούς συνδετήρες σφαίρας.

Κατέληξα να προσθέσω ένα μικρό χτύπημα ABS για να μου δώσει μια θέση για να περάσει το καλώδιο του μετρητή βάθους και να γλιστρήσει. Έγινε πιο ακατάστατο από ό, τι θα ήθελα και προσπάθησα να οργανώσω τα καλώδια με ένα μικρό στήριγμα με υποδοχές.

Βήμα 3: DIY Thrusters

Πήρα πολλές ιδέες από το διαδίκτυο και αποφάσισα να πάω με φυσίγγια αντλίας υγρασίας. Είναι σχετικά φθηνά (περίπου $ 20+) το καθένα και έχουν περίπου τη σωστή ποσότητα ροπής και ταχύτητας. Χρησιμοποίησα δύο φυσίγγια των 500 γαλόνων/ώρα για τους επάνω/κάτω ώμους και τέσσερις κασέτες 1000 GPH για τους πλευρικούς προωθητήρες. Αυτά ήταν Johnson Pump Cartridges και τα πήρα μέσω Amazon.

Τρισδιάστατα εκτύπωσα τα περιβλήματα thruster χρησιμοποιώντας ένα σχέδιο από το Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Mount. Εκτύπωσα επίσης τις 3 έλικες, πάλι με σχέδιο από την Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Propeller. Χρειάστηκαν λίγη προσαρμογή αλλά λειτούργησαν αρκετά καλά.

Βήμα 4: Σύνδεση

Χρησιμοποίησα καλώδιο Ethernet Cat 6 μήκους 50 ποδιών. Το έσπρωξα σε 50 πόδια από σχοινί πολυπροπυλενίου. Χρησιμοποίησα το άκρο ενός στυλό που κολλήθηκε στο καλώδιο και χρειάστηκα περίπου μία ώρα να το σπρώξω μέσα από το σχοινί. Κουραστικό, αλλά λειτούργησε. Το σχοινί παρέχει προστασία, δύναμη για τράβηγμα και κάποια θετική πλευστότητα. Ο συνδυασμός εξακολουθεί να βυθίζεται αλλά όχι τόσο άσχημα όσο το καλώδιο Ethernet από μόνο του.

Χρησιμοποιούνται τρία από τα τέσσερα ζεύγη καλωδίων.

• Κάμερα Βίντεο σήμα και γείωση - Arduino OSD ασπίδα στο πλαίσιο ελέγχου
• Σήμα ArduinoMega PPM και δέκτης γείωσης <---- RC στο πλαίσιο ελέγχου
• Σήμα τηλεμετρίας ArduinoMega RS485 - αντιστοίχιση RS485 Arduino Uno στο πλαίσιο ελέγχου

Με βάση τα σχόλια ενός άλλου συνεργάτη του Instructables, συνειδητοποίησα ότι δεν θα ήταν καλό να σέρνεται η σύνδεση στο βυθό της λίμνης. Στη δοκιμή της πισίνας δεν ήταν πρόβλημα. Έτσι τύπωσα τρισδιάστατα δέσμες με κλιπ, χρησιμοποιώντας PLA και παχύτερους τοίχους από το συνηθισμένο. Η παραπάνω εικόνα δείχνει τους πλωτήρες που έχουν αναπτυχθεί στο δέσιμο, ομαδοποιημένοι πιο κοντά στο ROV αλλά κατά μέσο όρο περίπου 18 ίντσες μεταξύ τους. Και πάλι σύμφωνα με τα σχόλια του άλλου συνεισφέροντος, έβαλα πλωτήρες σε μια τσάντα με πλέγμα δεμένη στη δέσμη πρόσδεσης για να δω αν έχω αρκετά.

Βήμα 5: Ηλεκτρονικά επί του σκάφους

Η πρώτη φωτογραφία δείχνει κάμερα και πυξίδα. Η δεύτερη φωτογραφία δείχνει τι συμβαίνει όταν συνεχίζετε να προσθέτετε πράγματα. Η τρίτη φωτογραφία δείχνει τους ελεγκτές κινητήρα που έχουν τοποθετηθεί στο κάτω μέρος με πλάκες αλουμινίου ως εναλλακτικές ψύκτρες.

Ξηρός

• Κάμερα - κάμερα Micro 120 Degree 600TVL FPV

  Τοποθετημένο σε τρισδιάστατη θήκη εκτύπωσης που την εκτείνεται προς τον θόλο

• Πυξίδα με αντιστάθμιση κλίσης - CMPS12

  • Ενσωματωμένες ενδείξεις γυροσκόπιο και επιταχυνσιόμετρο που ενσωματώνονται αυτόματα με τις ενδείξεις μαγνητόμετρου για ανάγνωση πυξίδας παραμένει σωστή, καθώς η επανάληψη ROV
  • Η πυξίδα παρέχει επίσης ανάγνωση θερμοκρασίας

• Προγράμματα οδήγησης κινητήρα - Ebay - BTS7960B x 5

  • Οι μεγάλοι νεροχύτες έπρεπε να αφαιρεθούν για εξοικονόμηση χώρου
  • Τοποθετείται με γράσο μεταφοράς θερμότητας σε πλάκες αλουμινίου ¼”
  • Πλάκες αλουμινίου τοποθετημένες απευθείας και στις δύο πλευρές του ηλεκτρονικού ραφιού αλουμινίου
  • Η εμπειρία δείχνει ότι οι οδηγοί λειτουργούν καλά κάτω από τη χωρητικότητα, οπότε η θερμότητα δεν αποτελεί πρόβλημα
• Arduino Mega
• Ενότητα RS485 για ενίσχυση σειριακού σήματος τηλεμετρίας

• Τρέχων αισθητήρας Μονάδα ισχύος

  • Παρέχει έως 3Α ισχύος 5v για ηλεκτρονικά
  • Μέτρα Εντάσεως έως 90Α για οδηγούς κινητήρων 12v
  • Μετρά την τάση της μπαταρίας
• Ρελέ (5v) για λειτουργία φώτων 12v

Βρεγμένος

• Μονάδα αισθητήρα πίεσης (βάθους)-Amazon-MS5540-CM

  Επίσης παρέχει ένδειξη θερμοκρασίας νερού

• Μπαταρία 10 Amp/Hr 12 volt AGM

Είχα ανησυχίες ότι πολλές ηλεκτρικές επαφές εκτέθηκαν στο νερό. Έμαθα ότι στο γλυκό νερό, δεν υπάρχει αρκετή αγωγιμότητα για να προκαλέσει πρόβλημα (βραχυκυκλώματα κ.λπ.), ότι το ρεύμα παίρνει τον «δρόμο της μικρότερης αντίστασης» (κυριολεκτικά). Δεν είμαι σίγουρος πώς θα περνούσαν όλα αυτά στο θαλασσινό νερό.

Περίγραμμα καλωδίωσης (δείτε SubDoc.txt)

Βήμα 6: Λογισμικό SubRun

Το πρώτο βίντεο δείχνει το Depth Hold να λειτουργεί αρκετά καλά.

Το δεύτερο βίντεο είναι μια δοκιμή της λειτουργίας Heading Hold.

Ψευδοκώδικας

Το Arduino Mega εκτελεί ένα σκίτσο που εκτελεί την ακόλουθη λογική:

1. Λαμβάνει σήμα PPM RC μέσω σύνδεσης

   1. Pin Change Interrupt στα δεδομένα υπολογίζει τις τιμές PWM μεμονωμένων καναλιών και τις ενημερώνει
   2. Χρησιμοποιεί μέσο φίλτρο για να αποφύγει τις τιμές θορύβου
   3. Τιμές PWM εκχωρημένες σε Αριστερά/Δεξιά, Fwd/Back, Πάνω/Κάτω, CW/CCW και άλλα ctls.
2. Αποκτά βάθος νερού
3. Λογική για να επιτρέψει να τελειώσει η συστροφή CW ή CCW

4. Κοιτάζει τα χειριστήρια του οδηγού

   1. Χρησιμοποιεί Fwd/Πίσω και Αριστερά/Δεξιά για να υπολογίσετε τη δύναμη και τη γωνία (διάνυσμα) για πλευρικές ωθήσεις οδήγησης.
   2. Έλεγχοι για βραχίονα/αφοπλισμό
   3. Χρησιμοποιεί το CW/CCW για να υπολογίσει το στοιχείο περιστροφής ή
   4. Διαβάζει πυξίδα για να διαπιστώσει εάν υπάρχει σφάλμα επικεφαλίδας και υπολογίζει διορθωτικό στοιχείο περιστροφής
   5. Χρησιμοποιεί παράγοντες αντοχής, γωνίας και συστροφής για τον υπολογισμό της ισχύος και της κατεύθυνσης για καθένα από τα τέσσερα ωστήρια
   6. Χρησιμοποιεί τα Πάνω/Κάτω για την εκτέλεση ώθησης Πάνω/Κάτω (δύο προωθητήρες σε ένα χειριστήριο) ή
   7. Διαβάζει το μετρητή βάθους για να διαπιστώσει εάν υπάρχει σφάλμα βάθους και εκτελεί ώθηση πάνω/κάτω για διόρθωση
5. Διαβάζει δεδομένα ισχύος
6. Διαβάζει δεδομένα θερμοκρασίας από μετρητή βάθους (θερμοκρασία νερού) και πυξίδα (εσωτερική θερμοκρασία)

7. Περιοδικά στέλνει δεδομένα τηλεμετρίας επάνω Serial1

   Βάθος, επικεφαλίδα, θερμοκρασία νερού, θερμοκρασία ξηρού σωλήνα, τάση μπαταρίας, ενισχυτές, κατάσταση βραχίονα, κατάσταση φωτισμού, καρδιακός παλμός

8. Κοιτάζει το σήμα PWM Light Control και ενεργοποιεί/απενεργοποιεί το φως μέσω ρελέ.

Διάνυσμα Thrusters

Η μαγεία για τον έλεγχο των πλευρικών προωθητήρων βρίσκεται στα βήματα 4.1, 4.3 και 4.5 παραπάνω. Για να συνεχίσετε αυτό, κοιτάξτε στον κώδικα την καρτέλα Arduino με τίτλο runThrusters συναρτήσεις getTransVectors () και runVectThrusters (). Τα έξυπνα μαθηματικά αντιγράφηκαν από διάφορες πηγές, κυρίως από εκείνες που ασχολούνται με μηχανοκίνητα τροχαία.

Βήμα 7: Πλωτός σταθμός ελέγχου (ενημερωμένος)

Πομπός RC 6 καναλιών

Πλαίσιο ελέγχου

Το αρχικό κουτί ελέγχου (παλιό κουτί πούρων) που δεν κρατούσε ηλεκτρονικά στο υποσκάφος αντικαταστάθηκε από έναν πλωτό σταθμό ελέγχου.

Πλωτός Σταθμός Ελέγχου

Άρχισα να ανησυχώ ότι η πρόσδεσή μου δεν ήταν αρκετή για να φτάσω οπουδήποτε. Εάν στέκομαι σε μια αποβάθρα, τότε μεγάλο μέρος της σύνδεσης θα αφαιρεθεί μόλις βγει στη λίμνη και δεν θα μείνει για κατάδυση. Δεδομένου ότι είχα ήδη μια ραδιοφωνική σύνδεση με το κουτί ελέγχου, πήρα την έννοια ενός πλωτού αδιάβροχου κουτιού ελέγχου.

Έτσι έκανα το παλιό κουτί πούρων και έβαλα τα ηλεκτρονικά του κουτιού ελέγχου σε ένα στενό κομμάτι κόντρα πλακέ. Το κόντρα πλακέ γλιστράει στο στόμιο 3 ιντσών μιας πλαστικής κανάτας τριών γαλόνων. Η οθόνη της τηλεόρασης από το κουτί ελέγχου έπρεπε να αντικατασταθεί με πομπό βίντεο. Και ο πομπός RC (το μόνο μέρος που βρίσκεται ακόμα στην ακτή) έχει τώρα ένα tablet με δέκτη βίντεο τοποθετημένο στην κορυφή. Το tablet μπορεί προαιρετικά να καταγράψει το βίντεο που εμφανίζει.

Το καπάκι της κανάτας διαθέτει τον διακόπτη τροφοδοσίας και το βολτόμετρο, το εξάρτημα σύνδεσης, τις κεραίες RC και το καουτσούκ κεραία πομπού βίντεο. Όταν το ROV βγαίνει στη λίμνη, δεν ήθελα να ανατρέψει την κανάτα ελέγχου πολύ, οπότε εγκατέστησα έναν δακτύλιο κοντά στον πυθμένα όπου οδηγείται η σύνδεση και όπου θα συνδεθεί μια γραμμή ανάκτησης. Έβαλα επίσης περίπου 2 ίντσες σκυρόδεμα στο κάτω μέρος της κανάτας ως έρμα έτσι ώστε να επιπλέει όρθια.

Ο πλωτός σταθμός ελέγχου περιλαμβάνει τα ακόλουθα ηλεκτρονικά:

• Δέκτης RC - με έξοδο PPM
• Arduino Uno
• OSD Shield - Amazon
• Ενότητα RS485 για ενίσχυση σειριακού σήματος τηλεμετρίας
• Πομπός βίντεο
• Βολτόμετρο για την παρακολούθηση της υγείας της μπαταρίας Lipo 3s
• Μπαταρία Lipo 2200 mah 3s

Οθόνη στην οθόνη (OSD)

Στον κόσμο των τεσσάρων χειριστών, τα δεδομένα τηλεμετρίας προστίθενται στην οθόνη FPV (βίντεο πρώτου προσώπου) στο τέλος του κηφήνα. Δεν ήθελα να βάλω άλλα πράγματα στον ήδη γεμάτο και ακατάστατο Dry Tube. Έτσι επέλεξα να στείλω την τηλεμετρία στο σταθμό βάσης ξεχωριστά από το βίντεο και να βάλω τις πληροφορίες στην οθόνη εκεί. Μια ασπίδα OSD από την Amazon ήταν ιδανική για αυτό. Διαθέτει βίντεο εισόδου, έξοδο βίντεο και βιβλιοθήκη Arduino (MAX7456.h) που κρύβει κάθε χάος.

Λογισμικό SubBase

Η ακόλουθη λογική εκτελείται σε ένα σκίτσο σε ένα Arduino Uno στο σταθμό ελέγχου:

1. Διαβάζει προδιαμορφωμένο σειριακό μήνυμα τηλεμετρίας
2. Γράφει μήνυμα στην ασπίδα οθόνης στην οθόνη

Βήμα 8: Μελλοντικά πράγματα

Πρόσθεσα μια μονάδα μίνι DVR στο πλαίσιο ελέγχου για να κάθεται μεταξύ της OSD (Οθόνη στην οθόνη) και της μικρής τηλεόρασης για την εγγραφή βίντεο. Αλλά με την αλλαγή στο Floating Control Station βασίζομαι τώρα στην εφαρμογή tablet για την εγγραφή βίντεο.

Μπορώ, αν γίνω πραγματικά φιλόδοξος, να προσπαθήσω να προσθέσω έναν αρπακτικό βραχίονα. Υπάρχουν αχρησιμοποίητα κανάλια ραδιοελέγχου και ένα αχρησιμοποίητο ζεύγος καλωδίων στη συσκευή σύνδεσης που αναζητούν εργασία.

Δεύτερο βραβείο στο διαγωνισμό Make it Move