DIY Submersible ROV - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Hoe moeilijk kan het zijn? Het bleek dat er verschillende uitdagingen waren bij het maken van een afzinkbare ROV. Maar het was een leuk project en ik denk dat het best geslaagd is. Mijn doel was om hem geen fortuin te laten kosten, hem gemakkelijk te laten besturen en een camera te hebben om te laten zien wat hij onder water ziet. Ik hield niet van het idee dat er een draad aan de bedieningselementen van de bestuurder bungelde, en ik heb al een verscheidenheid aan radiogestuurde zenders, dus dat is de richting waarin ik ging, met de zender en de bedieningskast gescheiden. Op de 6-kanaals zender die ik heb gebruikt, wordt de rechter joystick gebruikt voor vooruit/achteruit en links/rechts. De linker joystick is omhoog/omlaag en draait met de klok mee/linksom. Dit is dezelfde opstelling die wordt gebruikt op quad-copters, enz.

Ik keek online en zag een paar dure ROV's en zag er een paar met "vectored thrusters". Dit betekent dat de zijschroeven onder een hoek van 45 graden zijn gemonteerd en hun krachten bundelen om de ROV in elke richting te bewegen. Ik had al een mecanum wheel rover gebouwd en ik dacht dat de wiskunde daar van toepassing zou zijn. (Zie Rijdende Mecanum Wielen Omnidirectionele Robots). Voor duiken en opduiken worden aparte boegschroeven gebruikt. En "vectored thrusters" klinkt cool.

Om er gemakkelijk mee te kunnen rijden, wilde ik dieptevastheid en koersvastheid. Op deze manier hoeft de bestuurder de linker joystick helemaal niet te bewegen, behalve om te duiken/opduiken of naar een nieuwe koers te draaien. Dit bleek ook een beetje een uitdaging te zijn.

Dit Instructable is niet bedoeld als een reeks instructies om het zelf te doen. De bedoeling is meer om een bron te bieden waaruit iemand zou kunnen putten als ze van plan zijn hun eigen onderwater-ROV te bouwen.

Stap 1: Het frame

Dit was een gemakkelijke keuze. Ik wilde zien wat andere mensen hadden gedaan en duwde me in de richting van een 1/2 inch PVC-buis. Het is goedkoop en gemakkelijk om mee te werken. Ik kwam met een algemeen ontwerp dat plaats zou bieden aan de zij- en de op/neer-stuwraketten. Kort na montage heb ik hem geel gespoten. Oh ja, nu is het een onderzeeër! Ik heb gaten in de boven- en onderkant van de buis geboord om het te laten overstromen. Voor het bevestigen van spullen heb ik schroefdraad in het PVC getapt en 4 40 roestvrijstalen schroeven gebruikt. Ik heb er veel gebruikt.

In een later stadium worden skids getoond die van de bodem worden weggehouden door 3D-geprinte risers. De risers waren nodig om het zo te maken dat de batterij kon worden verwijderd en vervangen. Ik heb 3D een lade geprint om de batterij in te bewaren. De batterij wordt in de lade vastgezet met een klittenband. De Dry Tube wordt ook op het frame gehouden met klittenband.

Stap 2: De droge buis

De eerste foto is de drijfvermogentest. Tweede foto probeert te laten zien hoe boegschroefdraden in ingegoten kogelconnectoren worden geleid. Derde foto is meer van hetzelfde plus de extra bult voor de potdieptemeter en zijn draden. Op de vierde foto wordt de droge buis uit elkaar getrokken.

drijfvermogen

De Dry Tube bevat de elektronica en zorgt voor het grootste deel van het positieve drijfvermogen. Het ideaal is een kleine hoeveelheid positief drijfvermogen, dus als er iets misgaat, zal de ROV uiteindelijk naar de oppervlakte drijven. Dit vergde wat vallen en opstaan. Het hier getoonde samenstel tijdens een drijftest kostte enkele kilo's kracht om het onder te dompelen. Dit leidde tot een gemakkelijke beslissing om de batterij aan boord te monteren (in tegenstelling tot stroom die via de kabel komt). Het leidde ook tot het inkorten van de buis. Het blijkt dat een buis van 4 inch ongeveer 1/4 pond drijfvermogen per inch lengte biedt (ik heb de wiskunde een keer gedaan, maar dit is een gok). Ik heb uiteindelijk ook PVC "skids" op de bodem gelegd. Ze hebben schroefeinden waar ik loodschot in heb gedaan om het drijfvermogen te verfijnen.

Waterdichte afdichting

Toen ik eenmaal besloot epoxy te gebruiken om naden en gaten af te dichten, en me had gevestigd op het gebruik van neopreen hubloze connectoren, was de ROV betrouwbaar waterdicht. Ik worstelde een tijdje met "waterdichte" ethernetconnectoren, maar uiteindelijk gaf ik deze op en boorde ik gewoon een klein gaatje, leidde de draad naar binnen en "potte" het gat met epoxy. Nadat de naafloze connectoren op hun plaats waren vastgedraaid, was het moeilijk om ze te verwijderen. Ik ontdekte dat een klein beetje wit vet ervoor zorgde dat de Dry Tube uit elkaar trok en een stuk gemakkelijker in elkaar duwde.

Om de acrylkoepel te monteren, sneed ik een gat in een 4 ABS-dop en liet een richel achter om de rand van de koepel te ontvangen. Aanvankelijk probeerde ik hete lijm, maar die lekte onmiddellijk en ik ging naar epoxy.

Binnenkant

Alle interne elektronica is gemonteerd op een 1/16 inch aluminium plaat (met afstandhouders). Het is iets minder dan 4 inch breed en verlengt de lengte van de buis. Ja, ik weet dat het elektriciteit geleidt, maar het geleidt ook warmte.

Draden komen door

De achterste 4 "ABS-dop heeft een gat van 2 inch erin geboord en een 2" vrouwelijke ABS-adapter erin gelijmd. Een 2" plug heeft een gat geboord om de Ethernet-draad door te laten en te worden ingegoten. Een klein stukje van 3 " ABS gelijmd maakte ook een klein cirkelgebied voor "oppotten".

Ik boorde wat leek op veel gaten (2 voor elke boegschroef), maar ik wou dat ik meer had gedaan. In elk gat werd een vrouwelijke kogelconnector geschoven (terwijl hij nog heet was van de soldeerbout). Op de boegschroefdraden en batterijdraden zijn de mannelijke kogelconnectoren gesoldeerd.

Uiteindelijk heb ik een kleine ABS-bobbel toegevoegd om me een plaats te geven waar de draad van de dieptemeter doorheen kan komen en kan worden gepot. Het werd rommeliger dan ik had gewild en ik probeerde de draden te ordenen met een kleine houder met sleuven erin.

Stap 3: doe-het-zelf stuwraketten

Ik kreeg veel ideeën van internet en besloot om voor lenspomppatronen te gaan. Ze zijn relatief goedkoop (ongeveer $ 20 +) elk en hebben ongeveer de juiste hoeveelheid koppel en snelheid. Ik gebruikte twee patronen van 500 Gallons/uur voor de op/neer-stuwraketten en vier patronen van 1000 GPH voor de zij-stuwraketten. Dit waren Johnson Pump Cartridges en ik kreeg ze via Amazon.

Ik heb de boegschroefbehuizingen 3d geprint met een ontwerp van Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Mount. Ik heb ook de propellers 3d geprint, opnieuw met een ontwerp van Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Propeller. Ze moesten zich een beetje aanpassen, maar werkten redelijk goed.

Stap 4: Tether

Ik gebruikte een 50 voet lengte van Cat 6 Ethernet-kabel. Ik duwde het in 50 voet polypropyleen touw. Ik gebruikte het uiteinde van een balpen die op de kabel was geplakt en het duurde ongeveer een uur om hem door het touw te duwen. Omslachtig, maar het werkte. Het touw biedt bescherming, kracht om te trekken en een positief drijfvermogen. De combinatie zakt nog steeds, maar niet zo erg als de Ethernet-kabel zelf.

Drie van de vier kabelparen worden gebruikt.

• Camera Videosignaal en aarde -- Arduino OSD-schild in de schakelkast
• ArduinoMega PPM-signaal en aarde <---- RC-ontvanger in de schakelkast
• ArduinoMega Telemetriesignaal RS485 -- bijpassende RS485 Arduino Uno in de schakelkast

Op basis van opmerkingen van een andere Instructables-bijdrager realiseerde ik me dat het niet goed zou zijn om de ketting over een meerbodem te laten slepen. Bij de zwembadtest was dat geen probleem. Dus ik heb een aantal clip-on drijvers 3d geprint, met PLA en dikkere muren dan normaal. De afbeelding hierboven toont de drijvers die aan de ketting zijn opgesteld, dichter bij de ROV gegroepeerd, maar gemiddeld ongeveer 18 inch uit elkaar. Nogmaals, volgens de opmerkingen van de andere bijdrager, stopte ik dobbers in een netzak die aan de kettingbundel was vastgemaakt om te zien of ik genoeg had.

Stap 5: Elektronica aan boord

Eerste foto toont camera en kompas. Tweede foto laat zien wat er gebeurt als je dingen blijft toevoegen. Derde foto toont aan de onderkant gemonteerde motorcontrollers met aluminium platen als alternatieve koellichamen.

Droog

• Camera - Micro 120 graden 600TVL FPV-camera

  Gemonteerd op 3D-geprinte houder die het uitsteekt in de koepel

• Kantelgecompenseerd kompas – CMPS12

  • Ingebouwde gyro- en accelerometermetingen die automatisch worden geïntegreerd met magnetometermetingen om kompasmetingen correct te houden terwijl de ROV ronddraait
  • Compass biedt ook temperatuurmeting

• Motorstuurprogramma's - Ebay - BTS7960B x 5"

  • Grote koellichamen moesten worden verwijderd om ruimte te besparen
  • Gemonteerd met warmteoverdrachtsvet op ¼” aluminium platen
  • Aluminiumplaten direct aan beide zijden van aluminium elektronicaplank gemonteerd
  • De ervaring leert dat chauffeurs goed onder hun capaciteit werken, dus hitte is geen probleem
• Arduino Mega
• RS485-module om het seriële telemetriesignaal te versterken

• Stroomsensor Vermogensmodule

  • Levert tot 3A van 5V stroom voor elektronica
  • Meet stroomsterkte tot 90A naar 12v motordrivers
  • Meet batterijspanning
• Relais (5v) om 12v-lampen te bedienen

Nat

• Druk (diepte) sensormodule – Amazon – MS5540-CM

  Biedt ook watertemperatuurmeting

• 10 Amp/uur 12 volt AGM-accu

Ik was bang dat veel elektrische contacten aan water werden blootgesteld. Ik heb geleerd dat er in zoet water niet genoeg geleidendheid is om een probleem te veroorzaken (kortsluiting enz.), dat de stroom de "weg van de minste weerstand" (letterlijk) neemt. Ik weet niet zeker hoe dit allemaal zou gaan in zeewater.

Bedradingsoverzicht (zie SubDoc.txt)

Stap 6: SubRun-software

De eerste video laat zien dat Depth Hold redelijk goed werkt.

De tweede video is een test van de Heading Hold-functie.

Pseudocode

De Arduino Mega voert een schets uit die de volgende logica uitvoert:

1. Krijgt PPM RC-signaal via tether

   1. Pin Change Interrupt op data berekent individuele kanaal PWM-waarden en houdt ze up-to-date
   2. Gebruikt mediaanfilter om ruiswaarden te vermijden
   3. PWM-waarden toegewezen aan Links/Rechts, Vooruit/Terug, Omhoog/Omlaag, CW/CCW en andere ctls.
2. Krijgt waterdiepte
3. Logica om CW of CCW twist te laten voltooien

4. Kijkt naar de bedieningselementen van de bestuurder

   1. Gebruikt Vooruit/Terug en Links/Rechts om de sterkte en hoek (vector) te berekenen voor het aandrijven van zijschroeven.
   2. Controles voor inschakelen/uitschakelen
   3. Gebruikt CW/CCW om twist-component of. te berekenen
   4. Leest kompas om te zien of koersfout en berekent corrigerende twist-component
   5. Gebruikt kracht-, hoek- en draaifactoren om kracht en richting te berekenen voor elk van de vier stuwraketten
   6. Gebruikt Up/Down om Up/Down boegschroeven aan te drijven (twee boegschroeven op één controller) of
   7. Leest de dieptemeter om te zien of de dieptefout is en laat de stuwraketten omhoog/omlaag lopen om te corrigeren
5. Leest stroomgegevens
6. Leest temperatuurgegevens van dieptemeter (watertemp) en kompas (interne temp)

7. Verzendt periodiek telemetriegegevens naar Serie1

   Diepte, koers, watertemperatuur, droge buistemperatuur, batterijspanning, ampère, armstatus, lichtstatus, hartslag

8. Kijkt naar Light Control PWM-signaal en schakelt licht aan/uit via relais.

Gevectoriseerde Thrusters

De magie voor het besturen van de zijschroeven vindt u in de stappen 4.1, 4.3 en 4.5 hierboven. Om dit na te streven, kijkt u in de code op het Arduino-tabblad met de titel runThrusters-functies getTransVectors() en runVectThrusters(). Slimme wiskunde werd overgenomen uit verschillende bronnen, voornamelijk die over mecanum-wielrovers.

Stap 7: Drijvend controlestation (bijgewerkt)

6-kanaals RC-zender

Besturingskast

De originele bedieningskast (oude sigarenkist) die elektronica bevatte die niet op de sub zat, is vervangen door een zwevend bedieningsstation.

Drijvend controlestation

Ik begon me zorgen te maken dat mijn vijftien meter lange ketting niet lang genoeg was om ergens te komen. Als ik op een steiger sta, zal een groot deel van de ketting worden weggenomen als ik gewoon het meer in ga en zal er niets meer over zijn om te duiken. Omdat ik al een radioverbinding met de schakelkast had, kreeg ik het idee van een drijvende waterdichte schakelkast.

Dus deed ik de oude sigarenkist weg en plaatste de elektronica van de schakelkast op een smal stuk triplex. Het triplex glijdt in de 3 inch opening van een plastic kan van drie gallon. Het tv-scherm uit de schakelkast moest worden vervangen door een videozender. En de RC-zender (het enige deel dat nog op de wal staat) heeft nu een tablet met video-ontvanger erop gemonteerd. De tablet kan optioneel de video opnemen die wordt weergegeven.

Het deksel van de kan heeft de aan / uit-schakelaar en voltmeter, tether-bevestiging, RC-whiskerantennes en rubberen ducky-videozenderantenne. Wanneer de ROV het meer in trekt, wilde ik niet dat hij de controlekan te ver zou kantelen, dus installeerde ik een ring in de buurt van de bodem waar de ketting wordt geleid en waar een ophaallijn zal worden bevestigd. Ik heb ook ongeveer 2 inch beton op de bodem van de kan geplaatst als ballast, zodat deze rechtop drijft.

Het zwevende bedieningsstation bevat de volgende elektronica:

• RC-ontvanger - met PPM-uitgang
• Arduino Uno
• OSD-schild - Amazon
• RS485-module om het seriële telemetriesignaal te versterken
• Videozender
• Voltmeter om de gezondheid van de 3s Lipo-batterij te controleren
• 2200 mAh 3s Lipo-batterij

Schermweergave (OSD)

In de quad-copterwereld worden telemetriegegevens toegevoegd aan het FPV-display (First Person Video) aan het drone-uiteinde. Ik wilde geen spullen meer in de toch al overvolle en rommelige Dry Tube stoppen. Dus koos ik ervoor om de telemetrie apart van de video naar het basisstation te sturen en de info daar op het scherm te plaatsen. Een OSD Shield van Amazon was hier perfect voor. Het heeft een video-in, video-out en een Arduino-bibliotheek (MAX7456.h) die elke rommel verbergt.

SubBase-software

De volgende logica wordt uitgevoerd in een schets op een Arduino Uno in het controlestation:

1. Leest voorgeformatteerd seriële telemetriebericht
2. Schrijft bericht naar schild op scherm

Stap 8: Toekomstige dingen

Ik heb wel een mini DVR-module aan de schakelkast toegevoegd om tussen de OSD (On Screen Display) en de kleine tv te zitten om de video op te nemen. Maar met de overstap naar het Floating Control Station vertrouw ik nu op de tablet-app om video op te nemen.

Ik kan, als ik echt ambitieus word, proberen een grijparm toe te voegen. Er zijn ongebruikte radiobesturingskanalen en een ongebruikt kabelpaar in de ketting, gewoon op zoek naar werk.

Tweede prijs in de Make it Move-wedstrijd