Potopni ROV „uradi sam“: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

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. Cilj mi je bio da to ne košta puno bogatstvo, da se lako vozi i da imam kameru koja će pokazati što vidi pod vodom. Nije mi se svidjela ideja da žica visi s upravljačkih programa vozača, a već imam razne odašiljače radijskog upravljanja pa sam krenuo u tom smjeru, s odašiljačem 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 isti način postavljanja koji se koristi na četvorokotačima itd.

Pogledao sam na internetu i vidio neke skupe ROV -ove i vidio nekoliko s "vektorskim potiskivačima". To znači da su bočni potisnici postavljeni pod kutom od 45 stupnjeva i kombiniraju svoje snage za pomicanje ROV -a u bilo kojem smjeru. Već sam sagradio mecanum rover i mislio sam da će se matematika tamo primijeniti. (Ref. Svesmjerni roboti za vožnju Mecanum kotača). Za ronjenje i izranjanje na površinu koriste se zasebni potisnici. A "vektorski potisnici" zvuči super.

Radi lakše vožnje, želio sam zadržavanje dubine i zadržavanje smjera. Na taj način vozač uopće ne mora pomicati lijevu palicu, osim za ronjenje/izranjanje na površinu ili skretanje u novi smjer. Ispostavilo se da je i ovo bio mali izazov.

Ovaj Instructable nije zamišljen kao skup uputa za samostalno izvođenje. Namjera je više pružiti resurs iz kojeg bi netko mogao crpiti ako namjerava izgraditi vlastiti potopni ROV.

Korak 1: Okvir

Ovo je bio lak izbor. Gledajući da vidim što su drugi učinili gurnulo me u smjeru 1/2 inčne PVC cijevi. Jeftin je i jednostavan za rad. 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 dopustio da poplavi. Za pričvršćivanje stvari ubo sam navoje u PVC i upotrijebio 4 40 vijaka od nehrđajućeg čelika. Koristio sam ih dosta.

U kasnijoj fazi prikazane su klizaljke koje su 3D ispisane uspone držale podalje od dna. Usponi su bili potrebni kako bi se baterija mogla izvaditi i zamijeniti. 3D sam ispisao ladicu za držanje baterije. Baterija je učvršćena u ladicu čičak trakom. 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 više je ista plus dodatna izbočina za mjerač dubine lončenja i njegove žice. Četvrta slika prikazuje odvajanje suhe cijevi.

Uzgon

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 trajalo malo pokušaja i pogrešaka. Sastav prikazan ovdje 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). Također je dovelo do rezanja cijevi po duljini. Ispostavilo se da cijev od 4 inča pruža oko 1/4 kilograma uzgona po inču duljine (jednom sam izračunao, ali ovo je nagađanje). Također sam na kraju stavio PVC "klizaljke" na dno. Imaju vijke na krajevima gdje sam stavio olovni hitac za fino podešavanje uzgona.

Vodonepropusna brtva

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

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

Unutra

Sva unutarnja elektronika montirana je na aluminijski lim promjera 1/16 inča (s razmacima). Širine je nešto manje od 4 inča i proteže se duljinom 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 utikač od 2 inča izbušena je rupa za prolazak Ethernet žice i umetanje u posudu. Mali komad od 3 inča Zalijepljen ABS također je napravio mali krug za "lončenje".

Izbušio sam nešto što se činilo kao dosta rupa (2 za svaki potiskivač), ali volio bih 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 metaka.

Na kraju sam dodao malu ABS izbočinu kako bih dobio mjesto za žicu mjerača dubine koja će proći i biti posuđena. Postalo je neurednije nego što bih želio i pokušao sam organizirati žice s malim držačem s utorima u sebi.

Korak 3: DIY potisnici

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

3D sam ispisao kućišta potiskivača prema dizajnu Thingaverse, ROV držača za kaljužne pumpe. Također sam 3d ispisao propelere, opet s dizajnom Thingaverse, propelera ROV za kaljužne pumpe. 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 neku pozitivnu uzgon. Kombinacija i dalje tone, ali ne toliko loše kao Ethernet kabel.

Koriste se tri od četiri para kabela.

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

Na temelju komentara drugog suradnika Instructablesa, shvatio sam da ne bi bilo dobro da se privezivanje veže po dnu jezera. Na testu za bazen to nije bio problem. Tako sam 3d ispisao hrpu plutajućih plovaka, koristeći PLA i deblje stijenke nego inače. Na gornjoj slici prikazani su plovci raspoređeni na sponama, grupirani bliže ROV -u, ali u prosjeku udaljeni oko 18 inča. Opet, prema komentarima drugih suradnika, 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 što se događa kad stalno dodajete stvari. Treća slika prikazuje kontrolere motora s donje strane montirane s aluminijskim pločama kao alternativne hladnjake.

Osušiti

• Kamera - mikro 120 stupnjeva 600TVL FPV kamera

  Montiran na 3D ispisani držač koji ga produžava u kupolu

• Kompas s kompenzacijom nagiba - CMPS12

  • Ugrađena očitanja žiroskopa i akcelerometra automatski integrirana s očitanjima magnetometra kako bi očitanje kompasa ostalo ispravno dok se ROV kreće
  • Kompas također omogućuje očitavanje temperature

• Vozači motora - Ebay - BTS7960B x 5

  • Veliki hladnjaci morali su se ukloniti radi uštede prostora
  • Montirana w mast za prijenos topline na ¼”aluminijske ploče
  • Aluminijske ploče montirane izravno s obje strane aluminijske police za elektroniku
  • Iskustvo pokazuje da vozači dobro rade 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 jakost struje do 90A za vozače motora 12v
  • Mjeri napon akumulatora
• Relej (5v) za upravljanje svjetlima od 12v

Mokro

• Modul osjetnika tlaka (dubine)-Amazon-MS5540-CM

  Omogućuje i očitanje temperature vode

• 10 Amp/Hr 12 voltna AGM baterija

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 značajke zadržavanja naslova.

Pseudokod

Arduino Mega pokreće skicu koja izvodi sljedeću logiku:

1. Dobiva PPM RC signal preko veze

   1. Pin Change Interrupt na podacima izračunava pojedinačne PWM vrijednosti kanala i ažurira ih
   2. Koristi srednji filtar za izbjegavanje vrijednosti buke
   3. PWM Vrijednosti dodijeljene lijevo/desno, naprijed/natrag, gore/dolje, CW/CCW i drugim CTL -ovima.
2. Dobiva dubinu vode
3. Logika koja omogućuje dovršavanje uvrtanja CW -a ili CCW -a
4. Gleda kontrole vozača
   1. Koristi Fwd/Natrag i Lijevo/Desno za izračunavanje snage i kuta (vektor) za bočne potisnike.
   2. Provjera aktiviranja/deaktiviranja
   3. Koristi CW/CCW za izračunavanje uvijanja komponente ili
   4. Očitava kompas da vidi ima li pogreške u smjeru i izračunava komponentu ispravljanja 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 upravljaču) ili
   7. Očitava mjerač dubine kako bi provjerio postoji li greška u dubini i pokreće pokretače Gore/Dolje kako bi ispravio
5. Čita podatke o napajanju
6. Očitava podatke o temperaturi s mjerača dubine (temperatura vode) i kompasa (unutarnja temperatura)

7. Povremeno šalje telemetrijske podatke na Serial1

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

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

Vektorski potisnici

Magija za upravljanje bočnim potiskivačima je u koracima 4.1, 4.3 i 4.5 gore. Da biste to učinili, pogledajte kod u 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 odašiljač

Kontrolna kutija

Originalna kontrolna kutija (stara kutija za cigare) u kojoj se elektronika nije nalazila 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 stignem. Ako stojim na pristaništu, veći dio priveza bit će zauzet samo pri izlasku u jezero i neće ostati ništa za ronjenje. Budući da sam već imao radio vezu s upravljačkom kutijom, dobio sam pojam plutajuće vodootporne upravljačke kutije.

Stoga 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 iz upravljačke kutije morao je biti zamijenjen video odašiljačem. RC odašiljač (jedini dio koji je još uvijek na obali) sada ima tablet s video prijemnikom postavljenim na vrhu. Tablet može opcionalno snimiti videozapis koji prikazuje.

Poklopac vrča ima prekidač za napajanje i voltmetar, priključak za privezivanje, antene za daljinski upravljač i gumenu patkastu antenu za video odašiljač. Kad se ROV izvukao u jezero, nisam želio da previše prevrne kontrolni vrč pa sam postavio prsten blizu dna gdje je privezana traka i gdje će biti pričvršćena linija za dohvat. Također sam stavio oko 2 inča betona na dno vrča kao balast tako da pluta uspravno.

Plutajuća upravljačka stanica sadrži sljedeću elektroniku:

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

Prikaz na ekranu (OSD)

U svijetu četverokopter-helikoptera, telemetrijski podaci se dodaju na zaslon FPV (Videozapis prve osobe) na kraju bespilotne letjelice. 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 zaslon. OSD Shield iz Amazona bio je savršen za to. Ima video ulaz, video izlaz i Arduino biblioteku (MAX7456.h) koja skriva svaki 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 zaslonu

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 videozapisa. No s promjenom na Plutajuću kontrolnu stanicu sada se za snimanje videozapisa oslanjam na aplikaciju za tablete.

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

Druga nagrada u natječaju Make it Move