Uradi podvodni ROV: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Koliko bi to moglo biti teško? Ispostavilo se da je bilo nekoliko izazova za izradu potopnog ROV -a. Ali to je bio zabavan projekt i mislim da je bio prilično uspješan. Moj cilj je bio da to ne košta puno bogatstvo, da se lako vozi i da imam kameru koja će pokazati ono što vidi pod vodom. Nije mi se svidjela ideja da žica visi iz upravljačkih programa vozača, a već imam razne odašiljače za radio kontrolu, pa sam u tom smjeru i otišao, s predajnikom i upravljačkom kutijom odvojenim. Na 6 -kanalnom odašiljaču koji sam koristio, desni štapić se koristi za naprijed/natrag i lijevo/desno. Lijevi štap je gore/dolje i okrenite u smjeru kazaljke na satu/CCW. Ovo je ista postavka koja se koristi na četvorokotačima itd.

Pogledao sam na internetu i vidio neke skupe ROV -ove i vidio nekoliko sa "vektorisanim potisnicima". To znači da su bočni potisnici postavljeni pod kutom od 45 stupnjeva i udružuju svoje snage za pomicanje ROV -a u bilo kojem smjeru. Već sam napravio mecanum rover i mislio sam da će se matematika primijeniti. (Ref. Roboti za upravljanje u svim smjerovima Driving Mecanum Wheels). Odvojeni potisnici koriste se za ronjenje i izranjanje na površinu. A "vektorski potisnici" zvuči super.

Radi lakše vožnje, želio sam zadržavanje dubine i zadržavanje smjera. Na ovaj način vozač uopće ne mora pomicati lijevu palicu, osim pri ronjenju/izranjanju na površinu ili skretanju u novi smjer. Ispostavilo se da je i ovo bio mali izazov.

Ovaj Instructable nije zamišljen kao skup uputstava za to sami. Namjera je više pružiti resurs iz kojeg bi neko mogao crpiti ako namjerava izgraditi vlastiti potopni ROV.

Korak 1: Okvir

Ovo je bio lak izbor. Gledajući šta su drugi ljudi uradili, gurnulo me u pravcu PVC cijevi od 1/2 inča. Jeftino je i s njim je lako raditi. Osmislio sam cjelokupni dizajn koji bi prilagodio bočne i gornje/donje potisnike. Ubrzo nakon montaže poprskao sam je žutom bojom. O da, sad je to podmornica! Izbušio sam rupe na vrhu i dnu cijevi kako bih dozvolio da poplavi. Za pričvršćivanje ubo sam navoje u PVC i upotrijebio 4 40 vijaka od nehrđajućeg čelika. Koristio sam ih dosta.

U kasnijoj fazi prikazani su klizaljke koje 3D ispisane vertikale drže dalje od dna. Usponi su bili potrebni da bi se uspjelo izvaditi i zamijeniti bateriju. Odštampao sam 3D ladicu za držanje baterije. Baterija je pričvršćena u ladicu pomoću čičak trake. Suha cijev se također drži na okviru pomoću čičak traka.

Korak 2: Suha cijev

Prva slika je test uzgona. Druga slika pokušava pokazati kako se žice potiskivača vode u konektore metaka u saksiji. Treća slika je više ista, plus dodatna izbočina za mjerač dubine lončenja i njegove žice. Četvrta slika prikazuje razdvajanje suhe cijevi.

Plovnost

Dry Tube sadrži elektroniku i pruža većinu pozitivnih uzgona. Ideal je mala količina pozitivnog uzgona, pa ako stvari krenu po zlu, ROV će na kraju isplivati na površinu. Ovo je zahtijevalo malo pokušaja i grešaka. Sklop koji je ovdje prikazan tijekom testa plovka trebao je nekoliko kilograma sile da bi ga potopio. To je dovelo do bilo kakve jednostavne odluke o postavljanju baterije na ploču (za razliku od napajanja preko veza). To je dovelo i do skraćivanja cijevi po dužini. Ispostavilo se da cijev od 4 inča pruža oko 1/4 kilograma uzgona po inču dužine (jednom sam izračunao, ali ovo je nagađanje). Takođe sam na kraju stavio PVC "klizanje" na dno. Imaju vijke na krajevima gdje stavljam olovni metak za fino podešavanje uzgona.

Vodonepropusna zaptivka

Nakon što sam odlučio koristiti epoksid za brtvljenje šavova i rupa, te sam se odlučio za korištenje neoprenskih konektora bez glavčine, ROV je bio pouzdano vodonepropusan. Neko vrijeme sam se mučio s "vodootpornim" ethernet konektorima, ali na kraju sam odustao od njih i samo izbušio malu rupu, uveo žicu i "rupicom" zalijepio rupu epoksidom. Nakon što su konektori bez čvorišta zategnuti, pokušavanje da ih se ukloni bilo je teško. Otkrio sam da je malo mrlje bijele masti učinilo da se Suha cijev razdvoji i gurne zajedno mnogo lakše.

Za montiranje akrilne kupole izrezbario sam rupu u 4 ABS poklopcu ostavljajući izbočinu za primanje ruba kupole. U početku sam probao vruće ljepilo, ali to je odmah procurilo i otišao sam na epoksid.

Unutra

Sva unutrašnja elektronika montirana je na aluminijumsku ploču od 1/16 inča (sa odstojcima). Široka je nešto manje od 4 inča i proteže se dužinom cijevi. Da, znam da provodi električnu struju, ali i toplinu.

Žice prolaze

Na stražnjoj ABS kapici od 4 inča izbušena je rupa od 2 inča i zalijepljen ženski adapter od 2 inča. U utikaču od 2 inča izbušena je rupa za prolazak Ethernet žice i sakupljanje. Mali komad od 3 inča Zalijepljen ABS -om napravio je i mali krug za "lončenje".

Izbušio sam ono što je izgledalo kao dosta rupa (2 za svaki potiskivač), ali bih volio da sam učinio više. U svaku rupu je umetnut ženski konektor metka (dok je vruć od lemilice). Žice potisnika i vodiči baterija imaju zalemljene muške konektore metka.

Na kraju sam dodao malu ABS izbočinu kako bih dobio mjesto gdje žica mjerača dubine može proći i biti posuđena. Postalo je neurednije nego što bih želio, pa sam pokušao organizirati žice s malim držačem s utorima u sebi.

Korak 3: DIY potisnici

Dobio sam mnogo ideja s weba i odlučio sam otići s patronama kaljužnih pumpi. Relativno su jeftini (oko 20 USD+) svaki i imaju približno odgovarajuću količinu okretnog momenta i brzine. Koristio sam dva patrone od 500 litara/sat za gornje/donje potisnike i četiri patrone od 1000 GPH za bočne potisnike. To su bili Johnson Pump Cartridži i nabavio sam ih preko Amazona.

3D sam odštampao kućišta potiskivača prema dizajnu Thingaverse, ROV držača za kaljužne pumpe. Takođe sam 3d štampao propelere, opet sa dizajnom Thingaverse, ROV propelera za potiskivanje kaljužnih pumpi. Malo su se prilagodili, ali su radili prilično dobro.

Korak 4: Vezivanje

Koristio sam Ethernet kabel Cat 6 duljine 50 stopa. Gurnuo sam ga u 50 metara polipropilenskog užeta. Koristio sam kraj kemijske olovke zalijepljene na kabel i trebao sam oko sat vremena gurajući je kroz uže. Dosadno, ali uspjelo je. Uže pruža zaštitu, snagu za povlačenje i određenu pozitivnu uzgon. Kombinacija i dalje tone, ali ne tako loše kao Ethernet kabel.

Koriste se tri od četiri para kabela.

• Kamera Video signal i uzemljenje - Arduino OSD štit u kontrolnoj kutiji
• ArduinoMega PPM signal i uzemljeni <---- RC prijemnik u upravljačkoj kutiji
• ArduinoMega telemetrijski signal RS485 - odgovara RS485 Arduino Uno u kontrolnoj kutiji

Na osnovu komentara drugog saradnika Instructablesa, shvatio sam da ne bi bilo dobro da se privezivanje veže po dnu jezera. Na testu bazena to nije bio problem. Pa sam 3d ispisao hrpu plutajućih plovaka, koristeći PLA i deblje zidove nego inače. Na gornjoj slici prikazani su plovci raspoređeni na sponama, grupisani bliže ROV -u, ali u prosjeku udaljeni oko 18 inča. Opet, prema komentarima drugih saradnika, stavio sam plovke u mrežastu vrećicu vezanu za snop privezaka da vidim imam li dovoljno.

Korak 5: Ugrađena elektronika

Prva slika prikazuje kameru i kompas. Druga slika prikazuje šta se dešava kada stalno dodajete stvari. Treća slika prikazuje kontrolere motora sa donje strane montirane sa aluminijumskim pločama kao alternativne hladnjake.

Suho

• Kamera - mikro 120 stepeni 600TVL FPV kamera

  Montiran na 3D štampani držač koji ga produžava u kupolu

• Kompas s kompenzacijom nagiba - CMPS12

  • Ugrađena očitanja žiroskopa i akcelerometra automatski integrirana s očitanjima magnetometra kako bi očitavanje kompasa ostalo ispravno dok se ROV okreće
  • Kompas takođe omogućava očitavanje temperature

• Vozači motora - Ebay - BTS7960B x 5

  • Veliki hladnjaci morali su se ukloniti radi uštede prostora
  • Ugrađena w mast za prijenos topline na ¼”aluminijske ploče
  • Aluminijske ploče montirane direktno s obje strane aluminijske police za elektroniku
  • Iskustvo pokazuje da vozači rade dobro pod kapacitetom pa toplina nije problem
• Arduino Mega
• RS485 Modul za pojačavanje signala serijske telemetrije
• Senzor struje Modul napajanja
  • Omogućuje do 3A snage 5v za elektroniku
  • Mjeri amperažu do 90A za vozače motora 12v
  • Mjeri napon akumulatora
• Relej (5v) za upravljanje 12v svjetlima

Mokro

• Modul senzora pritiska (dubine)-Amazon-MS5540-CM

  Omogućava i očitavanje temperature vode

• AGM baterija od 10 Amp/Hr 12 volti

Bio sam zabrinut da je mnogo električnih kontakata izloženo vodi. Naučio sam da u slatkoj vodi nema dovoljno vodljivosti da izazove problem (kratki spojevi itd.), Da struja ide "putem najmanjeg otpora" (doslovno). Nisam siguran kako bi sve ovo prošlo u morskoj vodi.

Ožičenje (vidi SubDoc.txt)

Korak 6: SubRun softver

Prvi video prikazuje kako Depth Hold radi prilično dobro.

Drugi video je test funkcije zadržavanja naslova.

Pseudokod

Arduino Mega pokreće skicu koja izvodi sljedeću logiku:

1. Dobija PPM RC signal preko veze

   1. Pin Change Interrupt na podacima izračunava pojedinačne PWM vrijednosti kanala i ažurira ih
   2. Koristi srednji filtar kako bi izbjegao vrijednosti šuma
   3. PWM Vrednosti dodeljene levo/desno, napred/nazad, gore/dole, CW/CCW i drugim CTL -ovima.
2. Dobiva dubinu vode
3. Logika za omogućavanje završetka uvrtanja CW -a ili CCW -a
4. Gleda kontrole vozača
   1. Koristi Fwd/nazad i lijevo/desno za izračunavanje snage i kuta (vektor) za bočne potisnike.
   2. Provjera aktiviranja/deaktiviranja
   3. Koristi CW/CCW za proračun twist komponente ili
   4. Očitava kompas da vidi ima li greške u smjeru i izračunava korektivnu komponentu uvijanja
   5. Koristi faktore snage, kuta i uvijanja za izračunavanje snage i smjera za svaki od četiri potisnika
   6. Koristi Gore/Dolje za pokretanje Gore/Dolje potisnika (dva potisnika na jednom kontroleru) ili
   7. Očitava mjerač dubine kako bi provjerio je li došlo do greške u dubini i pokreće pokretače Gore/Dolje za ispravljanje
5. Čita podatke o napajanju
6. Očitava podatke o temperaturi sa mjerača dubine (temp. Vode) i kompasa (unutrašnja temp.)

7. Povremeno šalje telemetrijske podatke na Serial1

   Dubina, smjer, temperatura vode, temperatura suhe cijevi, napon baterije, pojačala, status ruke, status svjetla, otkucaji srca

8. Gleda PWM signal kontrole svjetla i uključuje/isključuje svjetlo putem releja.

Vektorski potisnici

Magija za upravljanje bočnim potisnicima je u koracima 4.1, 4.3 i 4.5 gore. Da biste to postigli, pogledajte kod na kartici Arduino pod nazivom runThrusters funkcije getTransVectors () i runVectThrusters (). Pametna matematika prepisivana je iz različitih izvora, prvenstveno onih koji se bave mekanskim roverima.

Korak 7: Plutajuća kontrolna stanica (ažurirano)

6 -kanalni RC predajnik

Kontrolna kutija

Originalna kontrolna kutija (stara kutija za cigare) koja nije držala elektroniku na podmornici zamijenjena je plutajućom kontrolnom stanicom.

Plutajuća kontrolna stanica

Počeo sam biti zabrinut da moja pedeset stopa priveza nije dovoljno duga da bilo gdje mogu stići. Ako stojim na doku, tada će veći dio priveza biti oduzet pri izlasku u jezero i neće ostati ništa za ronjenje. Pošto sam već imao radio vezu sa kontrolnom kutijom, dobio sam pojam plutajuće vodootporne kontrolne kutije.

Pa sam ukinuo staru kutiju za cigare i stavio elektroniku kontrolne kutije na uski komad šperploče. Šperploča klizi u otvor od 3 inča plastičnog vrča od tri galona. Ekran televizora sa kontrolne kutije morao je biti zamijenjen video predajnikom. A daljinski upravljač (jedini dio koji je još uvijek na obali) sada ima tablet sa video prijemnikom postavljenim na vrhu. Tablet može opcionalno snimiti video koji prikazuje.

Na poklopcu vrča nalaze se prekidač za napajanje i voltmetar, priključak za privezivanje, antene za daljinski upravljač i gumena patkasta video antena za odašiljač. Kad se ROV izvukao u jezero, nisam želio da prevrne kontrolni vrč predaleko, pa sam postavio prsten blizu dna gdje je privezana traka i gdje će biti pričvršćena linija za pronalaženje. Također sam stavio oko 2 inča betona na dno vrča kao balast tako da pluta uspravno.

Plutajuća kontrolna stanica sadrži sljedeću elektroniku:

• RC prijemnik - sa PPM izlazom
• Arduino Uno
• OSD štit - Amazon
• RS485 Modul za pojačavanje signala serijske telemetrije
• Video predajnik
• Voltmetar za praćenje 3s Lipo baterije
• Lipo baterija od 2200 mah 3s

Prikaz na ekranu (OSD)

U svijetu četverokopter-helikoptera, telemetrijski podaci se dodaju na FPV (Video snimak prve osobe) na kraju drona. Nisam želio stavljati više stvari u ionako prepunu i neurednu Dry Tube. Odlučio sam poslati telemetriju do bazne stanice odvojeno od videa i tamo staviti podatke na ekran. OSD Shield iz Amazona bio je savršen za to. Ima video ulaz, video izlaz i Arduino biblioteku (MAX7456.h) koja skriva bilo kakav nered.

SubBase softver

Sljedeća logika izvedena je u skici na Arduino Uno u kontrolnoj stanici:

1. Čita unaprijed formatiranu serijsku telemetrijsku poruku
2. Zapisuje poruku štitniku na ekranu

Korak 8: Buduće stvari

Dodao sam mini DVR modul u kontrolnu kutiju kako bih sjedio između OSD -a (na ekranu) i malog televizora za snimanje video zapisa. Ali s promjenom na Plutajuću kontrolnu stanicu sada se oslanjam na tablet aplikaciju za snimanje video zapisa.

Mogu, ako postanem zaista ambiciozan, pokušati dodati ruku za hvatanje. Postoje neiskorišteni radio upravljački kanali i nekorišteni par kabela u traci koji samo traže posao.

Druga nagrada na takmičenju Make it Move