ROV submergible de bricolatge: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Què tan difícil podria ser? Resulta que hi havia diversos desafiaments a l’hora de fer un ROV submergible. Però va ser un projecte divertit i crec que va tenir força èxit. El meu objectiu era que no costés una fortuna, que fos fàcil de conduir i que tingués una càmera per mostrar el que veu sota l’aigua. No em va agradar la idea de tenir un cable penjat dels comandaments del conductor i ja tinc una gran varietat de transmissors de control de ràdio, de manera que aquesta és la direcció que vaig seguir, amb el transmissor i la caixa de control separats. Al transmissor de 6 canals que he utilitzat, el pal dret s’utilitza per avançar / retrocedir i esquerra / dreta. El pal esquerre és amunt / avall i gira en sentit horari / CCW. Aquesta és la mateixa configuració que s’utilitza en quad-copters, etc.

Vaig mirar en línia i vaig veure alguns ROV cars i en vaig veure uns quants amb "impulsors vectoritzats". Això significa que els propulsors laterals es munten en angles de 45 graus i combinen les seves forces per moure el ROV en qualsevol direcció. Ja havia construït un mecanum wheel rover i vaig pensar que s’aplicarien les matemàtiques. (Ref. Driving Mecanum Wheels Omnidirectional Robots). Els propulsors separats s’utilitzen per al busseig i la superfície. I els "propulsors vectoritzats" semblen genials.

Per facilitar-ne la conducció, volia mantenir la profunditat i mantenir la partida. D’aquesta manera, el conductor no ha de moure el pal esquerre en absolut, excepte per capbussar-se / aflorar o girar cap a un nou rumb. Resulta que això també va suposar un repte.

Aquest instructable no està pensat com un conjunt d’instruccions per fer-ho vosaltres mateixos. La intenció és més proporcionar un recurs que algú pugui treure si té intenció de construir el seu propi ROV submergible.

Pas 1: el marc

Aquesta va ser una elecció fàcil. Mirant per veure què havien fet altres persones em va empènyer cap a la canonada de PVC de 1/2 polzada. És barat i fàcil de treballar. Vaig arribar a un disseny general que s’adapti als propulsors laterals i als propulsors amunt / avall. Poc després del muntatge el vaig ruixar de color groc. Ah, sí, ara és un submarí! He perforat forats a la part superior i inferior dels tubs per permetre que s’inundés. Per fixar coses, vaig posar fils al PVC i vaig utilitzar 4 40 cargols inoxidables. N’he utilitzat molts.

Es mostren en una etapa posterior les patinades que es mantenen allunyades de la part inferior per les elevadores impreses en 3D. Es necessitaven els elevadors per aconseguir que es pogués retirar i substituir la bateria. Vaig imprimir en 3D una safata per contenir la bateria. La bateria es fixa a la safata mitjançant una corretja de velcro. El tub sec també es subjecta al marc amb corretges de velcro.

Pas 2: el tub sec

La primera foto és la prova de flotabilitat. La segona imatge intenta mostrar com els cables del propulsor es condueixen als connectors de bala. La tercera imatge és més o menys el boquet addicional per mesurar la profunditat i els seus cables. La quarta foto mostra com separar el tub sec.

Flotabilitat

El tub sec conté l'electrònica i proporciona la major flotabilitat positiva. L'ideal és una petita quantitat de flotabilitat positiva, de manera que si les coses van malament, el ROV acabarà flotant a la superfície. Això va suposar una mica de prova i error. El conjunt que es mostra aquí durant una prova de flotador va necessitar diversos quilos de força per aconseguir que es submergís. Això va conduir a una decisió fàcil de muntar la bateria a bord (en lloc de la potència que arriba per la xarxa). També va conduir a tallar el tub de longitud. Resulta que un tub de 4 polzades proporciona aproximadament 1/4 de lliura de flotabilitat per polzada de longitud (vaig fer les matemàtiques una vegada, però això és una suposició). També vaig acabar posant "patins" de PVC a la part inferior. Tenen extrems cargolats on he posat un tret de plom per afinar la flotabilitat.

Segell hermètic a l’aigua

Un cop em vaig decidir a utilitzar epoxi per segellar les costures i els forats i em vaig decidir a utilitzar connectors sense neu de neoprè, el ROV era estanc de manera fiable. Vaig lluitar una estona amb connectors ethernet "impermeables", però al final vaig abandonar-los i vaig perforar un petit forat, vaig introduir el cable i vaig "posar" el forat amb epoxi. Després d’estrenyir els connectors sense concentrador al seu lloc, intentar eliminar-los va ser difícil. Vaig descobrir que una mica de greix blanc feia que el tub sec s’apartés i s’ajuntés molt més fàcilment.

Per muntar la cúpula acrílica vaig tallar un forat en un tap de 4 ABS deixant una cornisa per rebre la vora de la cúpula. Inicialment vaig provar cola calenta, però això es va filtrar immediatament i vaig anar a l'epoxi.

Dins

Tots els aparells electrònics interiors estan muntats en una làmina d'alumini de 1/16 polzades (amb separadors). Fa poc menys de 4 polzades d’amplada i estén la longitud del tub. Sí, sé que condueix electricitat, però també condueix calor.

Els cables passen

La tapa posterior de 4 "d'ABS tenia un forat de 2 polzades i s'adheria un adaptador femella de 2". Un endoll de 2 "tenia un forat perquè el cable Ethernet passés i quedés embolicat. Un tros de 3" L’ABS enganxat també feia una petita àrea de cercle per “embotir”.

He foradat el que semblava un munt de forats (2 per a cada propulsor), però m’agradaria haver-ne fet més. A cada forat es va introduir un connector de bala femella (mentre estava calent des del soldador). Els cables del propulsor i els cables de la bateria van soldar els connectors de bala mascle.

Vaig acabar afegint una petita protuberància d'ABS per donar-me un lloc perquè el filferro del calibre de profunditat entrés i fos embotit. Es va posar més desordenat del que m'agradaria i vaig intentar organitzar els cables amb un petit suport amb ranures.

Pas 3: Propulsors de bricolatge

Vaig tenir moltes idees del web i vaig decidir anar amb cartutxos de bomba de sentina. Són relativament econòmics (uns 20 $ +) cadascun i tenen aproximadament el parell i la velocitat adequats. He utilitzat dos cartutxos de 500 galons / hora per als propulsors amunt / avall i quatre cartutxos de 1000 GPH per als propulsors laterals. Aquests eren cartutxos de bombes Johnson i els vaig aconseguir a través d’Amazon.

Vaig imprimir en 3D les carcasses del propulsor amb un disseny de Thingaverse, el muntatge del propulsor de bomba de sentina ROV. També vaig imprimir en 3D les hèlixs, de nou amb un disseny de Thingaverse, l'hèlix del propulsor de bomba de sentina ROV. Es van adaptar una mica, però van funcionar força bé.

Pas 4: fixació

He utilitzat un cable Ethernet Cat 6 de 50 peus de longitud. El vaig empènyer a 50 peus de corda de polipropilè. Vaig utilitzar l'extrem d'un bolígraf enganxat al cable i vaig trigar aproximadament una hora a empènyer-lo per la corda. Tediós, però va funcionar. La corda proporciona protecció, força per estirar i una certa flotabilitat positiva. La combinació encara s’enfonsa, però no tan malament com el cable Ethernet.

S’utilitzen tres dels quatre parells de cables.

• Senyal de vídeo de la càmera i terra: blindatge OSD Arduino a la caixa de control
• Senyal ArduinoMega PPM i terra <---- Receptor RC a la caixa de control
• Senyal de telemetria ArduinoMega RS485: coincideix amb RS485 Arduino Uno a la caixa de control

Basant-me en els comentaris d’un altre col·laborador d’Instructables, em vaig adonar que no estaria bé que arrossegés el llac al fons del llac. A la prova de la piscina no va ser un problema. Així que vaig imprimir en 3D un munt de flotadors encastats, amb PLA i parets més gruixudes de l’habitual. La imatge superior mostra els flotadors desplegats a la xarxa, agrupats més a prop del ROV però amb una mitjana d’uns 18 polzades de distància. Un cop més, segons els comentaris de l’altre col·laborador, vaig posar flotadors en una bossa de malla lligada al paquet de fixació per veure si en tenia prou.

Pas 5: Electrònica a bord

La primera foto mostra la càmera i la brúixola. La segona foto mostra què passa quan continueu afegint coses. La tercera foto mostra els controladors de motor muntats a la part inferior amb lloses d’alumini com a dissipadors de calor alternatius.

Sec

• Càmera: càmera FPV Micro 120 graus 600TVL

  Muntat en un suport imprès en 3D que l'estén fins a la cúpula

• Brúixola compensada per inclinació: CMPS12

  • Les lectures giroscòpiques i acceleròmetres integrades s’integren automàticament amb les lectures del magnetòmetre per a la lectura de la brúixola.
  • La brúixola també proporciona lectura de temperatura

• Controladors de motor - Ebay - BTS7960B x 5

  • Els dissipadors de calor grans s’havien d’eliminar per estalviar espai
  • Muntat greix de transferència de calor sobre lloses d’alumini de ¼”
  • Lloses d'alumini muntades directament a banda i banda del prestatge electrònic d'alumini
  • L’experiència demostra que els conductors funcionen bé sota capacitat, de manera que la calor no és un problema
• Arduino Mega
• Mòdul RS485 per reforçar el senyal de telemetria en sèrie

• Mòdul de potència del sensor de corrent

  • Proporciona fins a 3 A de potència de 5 V per a electrònica
  • Mesures d'amperatge de fins a 90A per a conductors de motor de 12v
  • Mesura el voltatge de la bateria
• Relé (5v) per accionar llums de 12v

Mullat

• Mòdul de sensor de pressió (profunditat) - Amazon - MS5540-CM

  També proporciona una lectura de la temperatura de l’aigua

• Bateria AGM de 10 Amp / Hr de 12 volts

Em preocupava que molts contactes elèctrics estiguessin exposats a l'aigua. Vaig aprendre que a l'aigua dolça no hi ha prou conductivitat per provocar un problema (curtcircuits, etc.), que el corrent pren el "camí de la menor resistència" (literalment). No estic segur de com sortiria tot això en aigua de mar.

Esquema de cablejat (vegeu SubDoc.txt)

Pas 6: programari SubRun

El primer vídeo mostra que Depth Hold funciona força bé.

El segon vídeo és una prova de la funció Retenció de capçalera.

Pseudocodi

L'Arduino Mega executa un esbós que realitza la següent lògica:

1. Obté el senyal PPM RC sobre la xarxa
   1. Pin Change Interrupt a les dades calcula els valors PWM de canal individual i els manté actualitzats
   2. Utilitza el filtre Median per evitar valors de soroll
   3. Valors PWM assignats a Esquerra / Dreta, Fwd / Back, Up / Down, CW / CCW i altres ctls.
2. Obté la profunditat de l’aigua
3. Lògica per permetre que acabi el gir CW o CCW

4. Observa els controls del conductor

   1. Utilitza Fwd / Back i Left / Right per calcular la força i l’angle (vector) per conduir els propulsors laterals.
   2. Comprovacions de braç / desarmament
   3. Utilitza CW / CCW per calc o component de torsió
   4. Llegeix la brúixola per veure si hi ha un error de capçalera i calcula el component de gir correctiu
   5. Utilitza factors de força, angle i torsió per calcular la potència i la direcció de cadascun dels quatre propulsors
   6. S'utilitza amunt / avall per executar propulsors amunt / avall (dos propulsors en un controlador) o
   7. Llegeix el mesurador de profunditat per veure si hi ha un error de profunditat i executa els impulsors amunt / avall per corregir
5. Llegeix les dades de potència
6. Llegeix les dades de temperatura del mesurador de profunditat (temperatura de l’aigua) i de la brúixola (temperatura interna)

7. Envia periòdicament dades de telemetría Serial1

   Profunditat, capçalera, temperatura de l’aigua, temperatura del tub sec, voltatge de la bateria, amplificadors, estat del braç, estat de les llums, batecs del cor

8. Observa el senyal PWM de control de llum i encén / apaga la llum mitjançant un relé.

Propulsors vectoritzats

La màgia per controlar els propulsors laterals es troba als passos 4.1, 4.3 i 4.5 anteriors. Per aconseguir-ho, mireu el codi a la pestanya Arduino titulada runThrusters functions getTransVectors () i runVectThrusters (). Es van copiar matemàtiques intel·ligents de diverses fonts, principalment aquelles que tractaven sobre rovers mecanum.

Pas 7: estació de control flotant (actualitzada)

Transmissor RC de 6 canals

Caixa de control

La caixa de control original (antiga caixa de cigars) que contenia l'electrònica que no estava al subsòl ha estat substituïda per una estació de control flotant.

Estació de control flotant

Vaig començar a preocupar-me que la meva cadena de cinc peus no fos prou llarga per arribar a cap lloc. Si estic de peu en un moll, es prendrà bona part de la corda només per sortir al llac i ja no en quedarà cap per bussejar. Com que ja tenia un enllaç de ràdio a la caixa de control, vaig tenir la noció d’una caixa de control impermeable flotant.

Així que vaig acabar amb la vella caixa de cigars i vaig posar l'electrònica de la caixa de control en una peça estreta de fusta contraxapada. La fusta contraxapada rellisca a la boca de 3 polzades d’una gerra de plàstic de tres galons. La pantalla del televisor de la caixa de control s’havia de substituir per un transmissor de vídeo. I el transmissor RC (l’única part que encara queda a terra) té ara una tauleta amb receptor de vídeo muntat a la part superior. Opcionalment, la tauleta pot gravar el vídeo que mostra.

La tapa del càntir té l’interruptor d’alimentació i el voltímetre, la connexió de fixació, les antenes de bigotis RC i l’antena del transmissor de vídeo ducky de goma. Quan el ROV surt al llac, no volia que inclinés massa la gerra de control, de manera que vaig instal·lar un anell a la part inferior on es dirigeix la xarxa de fixació i on s’adjuntarà una línia de recuperació. També he posat uns 2 centímetres de formigó a la part inferior del càntir com a llastra perquè floti verticalment.

L'estació de control flotant conté l'electrònica següent:

• Receptor RC - amb sortida PPM
• Arduino Uno
• OSD Shield: Amazon
• Mòdul RS485 per reforçar el senyal de telemetria en sèrie
• Transmissor de vídeo
• Voltímetre per controlar la salut de la bateria Lipo de 3 s
• Bateria Lipo de 2200 mah 3s

Visualització en pantalla (OSD)

Al món de quatre copters, les dades de telemetria s’afegeixen a la pantalla FPV (First Person Video) a l’extrem del drone. No volia posar més coses al ja ple públic i desordenat Dry Tube. Així que vaig optar per enviar la telemetria a l’estació base per separat del vídeo i posar-hi la informació a la pantalla. Un OSD Shield d’Amazon era perfecte per a això. Té un vídeo d’entrada, sortida de vídeo i una biblioteca Arduino (MAX7456.h) que amaga qualsevol embolic.

Programari SubBase

La següent lògica s'executa en un esbós d'un Arduino Uno a l'estació de control:

1. Llegeix el missatge de telemetria sèrie formatat prèviament
2. Escriu un missatge a l’escut de la pantalla

Pas 8: coses futures

Vaig afegir un mòdul de mini DVR a la caixa de control per situar-se entre l’OSD (pantalla en pantalla) i el petit televisor per gravar el vídeo. Però amb el canvi a l’estació de control flotant, ara confio en l’aplicació de la tauleta per gravar vídeo.

Si puc ser ambiciós, puc afegir un braç de captura. Hi ha canals de control de ràdio que no s’utilitzen i un parell de cables que no s’utilitzen a la connexió que només busquen feina.

Accèssit al concurs Make it Move