DIY ponorné ROV: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Jak těžké to může být? Ukazuje se, že při výrobě ponorného ROV bylo několik výzev. Ale byl to zábavný projekt a myslím, že docela úspěšný. Mým cílem bylo, aby to nestálo majlant, aby bylo snadné řídit a mít kameru, která by ukazovala, co vidí pod vodou. Nelíbila se mi představa, že by se z ovladačů řidiče visel drát, a už mám řadu vysílaček rádiového ovládání, takže tím směrem jsem šel, přičemž vysílač a ovládací skříňka jsou oddělené. Na 6kanálovém vysílači, který jsem použil, se pravá páčka používá pro dopředný/zpětný chod a levý/pravý. Levá páčka je Nahoru/Dolů a otáčení ve směru hodinových ručiček/CCW. Jedná se o stejné nastavení, jaké se používá na quad-helikoptérách atd.

Podíval jsem se online a viděl několik drahých ROV a několik s "vektorovými tryskami". To znamená, že boční trysky jsou namontovány pod úhly 45 stupňů a kombinují své síly k pohybu ROV v libovolném směru. Už jsem postavil kolový rover mecanum a myslel jsem si, že tam bude platit matematika. (Viz Řízení všesměrových robotů s koly Mecanum). K potápění a vynořování se používají samostatné trysky. A „vektorované trysky“zní skvěle.

Pro snadné řízení jsem chtěl držet hloubku a držet nadpis. Řidič tak nemusí vůbec hýbat levou páčkou kromě potápění/vynořování nebo otáčení na nový nadpis. Ukázalo se, že to byla také trochu výzva.

Tento Instructable není zamýšlen jako soubor pokynů, jak to udělat sami. Záměrem je spíše poskytnout zdroj, ze kterého by někdo mohl čerpat, pokud má v úmyslu vybudovat vlastní ponorné ROV.

Krok 1: Rám

To byla snadná volba. Když jsem se podíval, co udělali ostatní, tlačil mě to směrem k 1/2 palcové PVC trubce. Je to levné a snadno se s tím pracuje. Přišel jsem s celkovým designem, který by pojal boční trysky a trysky nahoru/dolů. Brzy po montáži jsem jej nastříkal žlutou barvou. Ach jo, teď je to ponorka! V horní a spodní části potrubí jsem vyvrtal otvory, aby mohla zaplavit. Pro připevnění věcí jsem závitem poklepal na PVC a použil 4 40 nerezových šroubů. Použil jsem jich hodně.

V pozdější fázi jsou zobrazeny smyky, které jsou drženy od dna pomocí 3D tištěných stoupaček. K jeho výrobě byly potřeba stoupačky, aby bylo možné baterii vyjmout a vyměnit. 3D jsem vytiskl zásobník pro uložení baterie. Baterie je v zásobníku zajištěna páskem na suchý zip. Dry Tube je také připevněn k rámu pomocí pásků na suchý zip.

Krok 2: Suchá trubice

První obrázek je test vztlaku. Druhý obrázek se pokouší ukázat, jak jsou vodiče trysek vedeny do zalévaných kuličkových konektorů. Třetí obrázek je více stejný a další náraz na hloubkoměr a jeho dráty. Čtvrtý obrázek ukazuje vytažení suché trubice.

Vztlak

Dry Tube obsahuje elektroniku a poskytuje většinu pozitivního vztlaku. Ideální je malé množství pozitivního vztlaku, takže pokud se něco pokazí, ROV nakonec vyplavou na povrch. Chtělo to trochu pokusů a omylů. Sestava zde ukázaná během plovákového testu zabrala několik liber síly, aby se mohla ponořit. To vedlo k jakémukoli snadnému rozhodnutí namontovat baterii na palubu (na rozdíl od napájení přicházejícího přes popruh). To také vedlo k zkrácení trubky na délku. Ukázalo se, že 4palcová trubka poskytuje asi 1/4 libry vztlaku na palec délky (jednou jsem provedl matematiku, ale toto je odhad). Také jsem nakonec na dno položil PVC „smyky“. Mají šroubovací konce, kde jsem dal olověnou střelu pro jemné doladění vztlaku.

Vodotěsná pečeť

Jakmile jsem se usadil pomocí epoxidu k utěsnění švů a děr a usadil jsem se pomocí neoprenových konektorů bez náboje, byl ROV spolehlivě vodotěsný. Chvíli jsem bojoval s „vodotěsnými“ethernetovými konektory, ale nakonec jsem to vzdal a jen jsem vyvrtal malou díru, zavedl drát a „zalil“díru epoxidem. Poté, co byly konektory bez rozbočovače utaženy na místě, bylo obtížné je odstranit. Zjistil jsem, že trocha nátěru bílého tuku způsobila, že se suchá trubice mnohem snáze oddělila a přitlačila k sobě.

Abych namontoval akrylovou kopuli, vyřezal jsem otvor do 4 krytky ABS a nechal římsu, aby zachytila okraj kopule. Zpočátku jsem zkoušel horké lepidlo, ale to okamžitě uniklo a šel jsem na epoxid.

Uvnitř

Veškerá vnitřní elektronika je namontována na hliníkovém plechu 1/16 palce (s distančními sloupky). Je široký necelé 4 palce a prodlužuje délku trubice. Jo, vím, že vede elektřinu, ale také vede teplo.

Dráty procházející

Zadní 4 "krytka ABS byla vyvrtána do 2palcového otvoru a do něj byl vlepen 2" adaptér ABS samice. 2 "zástrčka má vyvrtaný otvor pro průchod ethernetového kabelu a jeho zalití. Malý kousek 3" Nalepené ABS také vytvořilo malou kruhovou plochu pro „zalévání“.

Vyvrtal jsem něco, co vypadalo jako spousta děr (2 pro každou trysku), ale přál bych si, abych udělal víc. Do každé díry byla zasunuta zásuvková zásuvka (za tepla z páječky). Dráty trysek a kabely baterie zapájily konektory mužské střely.

Nakonec jsem přidal malý náraz ABS, aby mi poskytl místo pro průchod drátu hloubkoměru a jeho zalévání. Začalo to být chaotičtější, než bych si přál, a pokusil jsem se uspořádat dráty pomocí malého držáku se štěrbinami.

Krok 3: DIY Thrusters

Dostal jsem spoustu nápadů z webu a rozhodl jsem se jít s kazetami bilge pump. Jsou relativně levné (asi 20 $+) každý a mají přibližně správné množství točivého momentu a rychlosti. Použil jsem dvě kazety 500 galonů za hodinu pro trysky nahoru/dolů a čtyři kazety 1000 GPH pro boční trysky. Jednalo se o kazety Johnson Pump a dostal jsem je přes Amazon.

Vytiskl jsem 3d kryty trysek podle návrhu Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Mount. Také jsem 3D vytiskl vrtule, opět s návrhem od Thingaverse, vrtule ROV Bilge Pump Thruster. Trochu se přizpůsobili, ale fungovalo to docela dobře.

Krok 4: Tether

Použil jsem ethernetový kabel Cat 6 o délce 50 stop. Strčil jsem to do 50 stop polypropylenového lana. Použil jsem konec kuličkového pera nalepeného na kabelu a trvalo asi hodinu, než jsem ho protlačil lanem. Únavné, ale fungovalo to. Lano poskytuje ochranu, sílu při tažení a pozitivní vztlak. Kombinace stále klesá, ale ne tak špatně jako samotný ethernetový kabel.

Jsou použity tři ze čtyř párů kabelů.

• Kamera Video signál a uzemnění - Arduino OSD štít v ovládací skříňce
• Signál ArduinoMega PPM a pozemní <---- RC přijímač v ovládací skříňce
• ArduinoMega Telemetrický signál RS485 - odpovídající RS485 Arduino Uno v ovládacím boxu

Na základě komentářů od jiného přispěvatele Instructables jsem si uvědomil, že mít poutko táhnoucí se po dně jezera by nebylo dobré. V testu bazénu to nebyl problém. 3D jsem tedy vytiskl spoustu klipsových plováků pomocí PLA a silnějších stěn než obvykle. Obrázek výše ukazuje plováky nasazené na popruhu, seskupené blíže k ROV, ale v průměru asi 18 palců od sebe. Znovu podle komentářů ostatních přispěvatelů jsem vložil plováky do síťového pytle přivázaného ke svazku popruhů, abych zjistil, zda mám dost.

Krok 5: Palubní elektronika

První obrázek ukazuje fotoaparát a kompas. Druhý obrázek ukazuje, co se stane, když přidáváte věci. Třetí obrázek ukazuje regulátory motoru namontované na spodní straně s hliníkovými deskami jako alternativní chladiče.

Suchý

• Kamera - Micro 120 stupňů 600TVL FPV kamera

  Namontovaný na 3D tištěném držáku, který jej rozšiřuje ven do kopule

• Kompenzovaný náklon - CMPS12

  • Vestavěné hodnoty gyroskopu a akcelerometru automaticky integrované s údaji magnetometru pro čtení kompasu zůstávají správné, protože ROV bops kolem
  • Kompas také poskytuje čtení teploty

• Ovladače motorů - Ebay - BTS7960B x 5

  • Pro úsporu místa bylo nutné odstranit velké chladiče
  • Namontované mazivo pro přenos tepla na hliníkové desky ¼”
  • Hliníkové desky namontované přímo na obě strany hliníkové police elektroniky
  • Zkušenosti ukazují, že řidiči fungují dobře i pod výkonem, takže teplo není problém
• Arduino Mega
• Modul RS485 k posílení signálu sériové telemetrie

• Snímač proudu Napájecí modul

  • Poskytuje až 3A napájení 5V pro elektroniku
  • Měří proud až 90 A u řidičů 12V
  • Měří napětí baterie
• Relé (5v) pro ovládání 12v světel

Mokrý

• Modul snímače tlaku (hloubky)-Amazon-MS5540-CM

  Také poskytuje čtení teploty vody

• 10 Amp/Hr 12 voltová baterie AGM

Měl jsem obavy, že spousta elektrických kontaktů byla vystavena vodě. Dozvěděl jsem se, že ve sladké vodě není dostatečná vodivost, aby způsobila problém (zkraty atd.), Že proud jde „cestou nejmenšího odporu“(doslova). Nejsem si jistý, jak by to všechno dopadlo v mořské vodě.

Osnova zapojení (viz SubDoc.txt)

Krok 6: Software SubRun

První video ukazuje, že Depth Hold funguje docela dobře.

Druhé video je testem funkce Heading Hold.

Pseudo kód

Arduino Mega spouští skicu, která provádí následující logiku:

1. Získá PPM RC signál přes tether

   1. Pin Change Interrupt on data vypočítá hodnoty PWM jednotlivých kanálů a udržuje je aktualizované
   2. Aby se vyhnul hodnotám hluku, používá filtr Median
   3. Hodnoty PWM přiřazené levému/pravému, vzad/zpět, nahoru/dolů, CW/CCW a dalším ctl.
2. Získá hloubku vody
3. Logika umožňující dokončení zkroucení CW nebo CCW

4. Podívá se na ovládací prvky řidiče

   1. Používá Fwd/Back a Left/Right k výpočtu síly a úhlu (vektor) pro řízení bočních trysek.
   2. Kontroluje zapnutí/vypnutí
   3. Používá CW/CCW k výpočtu zkroucené složky nebo
   4. Čte kompas, aby zjistil, zda je chyba v záhlaví, a vypočítá komponentu opravného kroucení
   5. Používá faktory síly, úhlu a zkroucení k výpočtu síly a směru pro každou ze čtyř trysek
   6. Používá nahoru/dolů ke spouštění trysek nahoru/dolů (dva trysky na jednom ovladači) nebo
   7. Odečte hloubkoměr, aby zjistil, zda došlo k chybě hloubky, a provede opravu trysek Nahoru/Dolů
5. Čte údaje o výkonu
6. Čte údaje o teplotě z hloubkoměru (teplota vody) a kompasu (vnitřní teplota)

7. Periodicky odesílá telemetrická data do Serial1

   Hloubka, záhlaví, teplota vody, teplota suché trubice, napětí baterie, zesilovače, stav paže, stav světel, srdeční tep

8. Sleduje signál PWM ovládání světla a zapíná/vypíná světlo pomocí relé.

Vectored Thrusters

Kouzlo ovládání bočních trysek je v krocích 4.1, 4.3 a 4.5 výše. Chcete -li to sledovat, podívejte se do kódu na kartě Arduino s názvem runThrusters funkce getTransVectors () a runVectThrusters (). Chytrá matematika byla kopírována z různých zdrojů, především z těch, které se zabývaly kolovými rovery mecanum.

Krok 7: Floating Control Station (aktualizováno)

6kanálový RC vysílač

Ovládací skříňka

Původní ovládací skříňka (stará krabička na doutníky), která držela elektroniku, která nebyla na dílčí stanici, byla nahrazena plovoucí řídicí stanicí.

Plovoucí řídicí stanice

Začal jsem se obávat, že můj padesát stop dlouhý postroj není dost dlouhý na to, abych se někam dostal. Stojím -li na lavici obžalovaných, pak velká část postroje bude odnesena pouhým výstupem do jezera a nezbyde zde žádné místo pro potápění. Protože jsem již měl rádiové spojení s ovládací skříňkou, dostal jsem pojem plovoucí vodotěsné ovládací skříňky.

Odstranil jsem tedy starou krabičku od doutníků a položil elektroniku řídicí jednotky na úzký kus překližky. Překližka vklouzne do 3palcového ústí plastového třígalonového džbánu. Televizní obrazovku z ovládací skříňky bylo nutné vyměnit za video vysílač. A vysílač RC (jediná část stále na břehu) má nyní tablet s videopřijímačem namontovaným nahoře. Tablet může volitelně nahrávat video, které zobrazuje.

Víko džbánu je vybaveno vypínačem a voltmetrem, upevňovacím popruhem, anténami na RC vousky a gumovou anténní video vysílačkou. Když se ROV vytáhne do jezera, nechtěl jsem, aby naklonila kontrolní džbán příliš daleko, takže jsem nainstaloval prsten poblíž dna, kde je vedeno lanko a kde bude připevněna záchytná šňůra. Také jsem dal asi 2 palce betonu na dno džbánu jako zátěž, takže plave vzpřímeně.

Plovoucí řídicí stanice obsahuje následující elektroniku:

• RC přijímač - s PPM výstupem
• Arduino Uno
• OSD Shield - Amazon
• Modul RS485 k posílení signálu sériové telemetrie
• Video vysílač
• Voltmetr pro sledování stavu baterie Lipo 3 s
• 2200 mAh 3s Lipo baterie

Zobrazení na obrazovce (OSD)

Ve světě quad-copter jsou telemetrická data přidána na displej FPV (First Person Video) na konci dronu. Nechtěl jsem dávat další věci do už tak přeplněné a špinavé suché trubice. Rozhodl jsem se tedy odeslat telemetrii na základnovou stanici odděleně od videa a dát tam informace na obrazovku. K tomu se skvěle hodil OSD Shield od Amazonu. Má video vstup, video výstup a knihovnu Arduino (MAX7456.h), která skrývá jakýkoli nepořádek.

Software SubBase

Následující logika je spuštěna v náčrtu na Arduino Uno v řídicí stanici:

1. Přečte předem naformátovanou zprávu o sériové telemetrii
2. Zapíše zprávu na štít na obrazovce

Krok 8: Budoucí věci

Do ovládacího boxu jsem přidal modul mini DVR, který seděl mezi OSD (On Screen Display) a malou televizí pro nahrávání videa. Ale se změnou na Floating Control Station nyní spoléhám na aplikaci pro nahrávání videa.

Mohu, pokud budu opravdu ambiciózní, zkusit přidat drapák. V řetězu jsou nevyužité rádiové ovládací kanály a nepoužitý pár kabelů, které hledají práci.

Druhá cena v soutěži Make it Move