DIY nedsänkbar ROV: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Hur svårt kan det vara? Det visar sig att det fanns flera utmaningar för att göra en dränkbar ROV. Men det var ett roligt projekt och jag tycker att det var ganska lyckat. Mitt mål var att det inte skulle kosta en förmögenhet, ha det lätt att köra och att ha en kamera för att visa vad den ser under vattnet. Jag gillade inte tanken på att ha en tråd som hängde från förarens kontroller, och jag har redan en mängd olika radiokontrollsändare, så det är den riktning jag gick med sändaren och kontrollboxen åtskilda. På den 6 -kanals sändare jag använde används höger pinne för fram/bak och vänster/höger. Den vänstra pinnen är upp/ner och vrid medsols/CCW. Detta är samma inställning som används på fyrhjulsdatorer etc.

Jag tittade på nätet och såg några dyra ROV: er och såg några med "vektorerade thruster". Detta innebär att sidostycklarna är monterade i 45 graders vinklar och kombinerar sina krafter för att flytta ROV i vilken riktning som helst. Jag hade redan byggt en mecanum wheel rover och jag trodde att matematiken där skulle gälla. (Ref. Driving Mecanum Wheels Omnidirectional Robots). Separata thrusterar används för dykning och underlag. Och "vectored thrusters" låter coolt.

För att underlätta körningen ville jag ha djuphållning och kurshållning. På så sätt behöver föraren inte alls flytta den vänstra pinnen förutom att dyka/surfa eller vända sig till en ny kurs. Det visade sig att detta också var lite av en utmaning.

Denna instruktionsbok är inte avsedd som en uppsättning riktningar för att göra det själv. Avsikten är mer att tillhandahålla en resurs som någon kan dra ifrån om de tänker bygga sin egen nedsänkbara ROV.

Steg 1: Ramen

Detta var ett enkelt val. För att se vad andra människor hade gjort tryckte jag mig i riktning mot 1/2 tum PVC -rör. Det är billigt och lätt att arbeta med. Jag kom på en övergripande design som skulle rymma sidostycklarna och upp/ner -thrusterna. Strax efter montering sprutade jag den gul. Åh ja, nu är det en ubåt! Jag borrade hål i rörets topp och botten för att låta det svämma över. För att fästa saker knackade jag in gängor i PVC och använde 4 40 rostfria skruvar. Jag använde många av dem.

I ett senare skede visas skidor som hålls borta från botten av 3d -tryckta stigerör. Stigningarna behövdes för att göra det så att batteriet kunde tas bort och bytas ut. Jag 3d -skrivit ut ett fack för att hålla batteriet. Batteriet sitter fast i brickan med ett kardborreband. Dry Tube hålls också på ramen med kardborreband.

Steg 2: Torröret

Första bilden är flytkraftstestet. Andra fotoförsöket att visa hur thrusterkablar leds in i krukanslutningar. Tredje bilden är mer av samma plus den extra stöten för djupmätare och dess ledningar. Fjärde bilden visar hur man tar isär det torra röret.

Bärighet

Dry Tube innehåller elektroniken och ger det mesta av den positiva flytkraften. Idealet är en liten mängd positiv flytkraft, så om saker går fel kommer ROV så småningom att flyta upp till ytan. Detta tog lite prövning och fel. Monteringen som visas här under ett flottörtest tog flera kilo kraft för att få den att sjunka. Detta ledde till alla enkla beslut att montera batteriet ombord (i motsats till att ström kom över nätet). Det ledde också till att röret skärs ner i längd. Det visar sig att ett 4 tums rör ger cirka 1/4 pund flytkraft per tum längd (jag gjorde matten en gång men det här är en gissning). Jag slutade också med att lägga PVC "skids" på botten. De har skruv på ändar där jag sätter i blyskott för finjustering av flytkraften.

Vattentät tätning

När jag väl bestämde mig för att använda epoxi för att täta sömmar och hål och bestämde mig för att använda neoprennavlösa kontakter, var ROV pålitligt vattentätt. Jag kämpade ett tag med "vattentäta" Ethernet -kontakter, men till slut gav jag upp dessa och borrade bara ett litet hål, ledde in tråden och "grytade" hålet med epoxi. Efter att de navlösa kontakterna var åtdragna på plats var det svårt att försöka ta bort dem. Jag upptäckte att lite utstryk av vitt fett gjorde att Torröret gick isär och pressade ihop mycket lättare.

För att montera akrylkupolen huggade jag ett hål i ett 4 ABS -lock som lämnade en avsats för att ta emot kanten av kupolen. Inledningsvis försökte jag varmt lim, men det läckte omedelbart och jag gick till epoxi.

Inuti

All elektronik inuti är monterad på en 1/16 tum aluminiumplåt (med avstånd). Den är knappt 4 tum bred och förlänger rörets längd. Ja, jag vet att det leder elektricitet, men det leder också värme.

Ledningar som kommer igenom

Det bakre 4 "ABS -locket borrades in i ett 2 -tums hål och en 2" ABS -honaadapter limmades i. En 2 "-plugg fick ett hål som borrades in för att Ethernet -kabeln skulle komma igenom och krukas. En liten bit på 3" ABS limmade på gjorde också ett litet cirkelområde för "potting".

Jag borrade vad som verkade som massor av hål (2 för varje thruster), men jag önskar att jag hade gjort mer. Varje hål fick en kvinnlig kulanslutning skjuten in i den (medan den var varm från lödkolven). Thrustertrådarna och batterikablarna fick de manliga kulanslutningarna lödda.

Jag slutade med att lägga till en liten ABS -bult för att ge mig en plats för djupmätarledningen att komma igenom och bli krukad. Det blev mer rörigt än jag skulle ha velat och jag försökte organisera trådarna med en liten hållare med spår i.

Steg 3: DIY Thrusters

Jag fick många idéer från webben och bestämde mig för att gå med länspumpskassetter. De är relativt billiga (cirka $ 20+) vardera och har ungefär rätt mängd vridmoment och hastighet. Jag använde två patroner på 500 gallon/timme för upp/ner -thrusterna och fyra 1000 GPH -patroner för sidostycklarna. Dessa var Johnson Pump Cartridges och jag fick dem via Amazon.

Jag 3d -tryckt thrusterhusen med en design från Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Mount. Jag har också tryckt propellerna 3d, återigen med en design från Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Propeller. De tog lite anpassning men fungerade ganska bra.

Steg 4: Tether

Jag använde en Cat 6 Ethernet -kabel på 50 fot. Jag tryckte in den i 50 fot polypropenrep. Jag använde änden av en kulspetspenna som tejpades på kabeln och tog ungefär en timme att trycka den genom repet. Tråkigt, men det fungerade. Repet ger skydd, dragkraft och en viss positiv flytkraft. Kombinationen sjunker fortfarande men inte lika illa som Ethernet -kabeln i sig.

Tre av de fyra kabelparen används.

• Kamera Videosignal och jord - Arduino OSD -sköld i kontrollboxen
• ArduinoMega PPM-signal och jord <---- RC-mottagare i kontrollboxen
• ArduinoMega Telemetrisignal RS485 - matchande RS485 Arduino Uno i kontrollboxen

Baserat på kommentarer från en annan Instructables -bidragsgivare insåg jag att det inte skulle vara bra att ha bandet att dra på en sjöbotten. I simningstestet var det inget problem. Så jag 3d-tryckt ett gäng clip-on floats med PLA och tjockare väggar än vanligt. Bilden ovan visar flottörerna utplacerade på bandet, grupperade närmare ROV men i genomsnitt cirka 18 tum från varandra. Återigen, enligt den andra bidragsgivarens kommentarer, lägger jag flottörer i en nätpåse knuten till fästbunten för att se om jag har nog.

Steg 5: Elektronik ombord

Första bilden visar kamera och kompass. Andra bilden visar vad som händer när du fortsätter att lägga till saker. Tredje bilden visar undersidan monterade motorstyrenheter med aluminiumplattor som alternativa kylflänsar.

Torr

• Kamera - Micro 120 Degree 600TVL FPV cam

  Monterad på 3D -tryckt hållare som sträcker ut den i kupolen

• Tiltkompenserad kompass - CMPS12

  • Inbyggda gyro- och accelerometeravläsningar integreras automatiskt med magnetometeravläsningar för att kompassavläsningen stannar korrekt när ROV hoppar runt
  • Kompass ger också temperaturavläsning

• Motordrivrutiner - Ebay - BTS7960B x 5

  • Stora kylflänsar måste tas bort för att spara utrymme
  • Monterat med värmeöverföringsfett på ¼”aluminiumplattor
  • Aluminiumplattor monterade direkt på båda sidor av aluminiumelektronikhyllan
  • Erfarenheten visar att förare fungerar bra under kapacitet så värme är inget problem
• Arduino Mega
• RS485 -modul för att öka seriell telemetrisignal

• Strömgivare Strömmodul

  • Ger upp till 3A 5v effekt för elektronik
  • Mäter Amperage upp till 90A går till 12V motorförare
  • Mäter batterispänning
• Relä (5v) för att driva 12v lampor

Våt

• Tryck (djup) sensormodul-Amazon-MS5540-CM

  Ger också avläsning av vattentemperatur

• 10 Amp/H 12 volt AGM -batteri

Jag var orolig för att många elektriska kontakter utsattes för vatten. Jag lärde mig att i sötvatten finns det inte tillräckligt med konduktivitet för att orsaka problem (kortslutningar etc.), att strömmen tar "minsta motståndets väg" (bokstavligen). Jag är inte säker på hur allt detta skulle gå i havsvatten.

Ledningsöversikt (se SubDoc.txt)

Steg 6: SubRun -programvara

Den första videon visar Depth Hold som fungerar ganska bra.

Den andra videon är ett test av Heading Hold -funktionen.

Pseudokod

Arduino Mega kör en skiss som utför följande logik:

1. Hämtar PPM RC -signal över nätet

   1. Pin Change Interrupt på data beräknar enskilda kanalers PWM -värden och håller dem uppdaterade
   2. Använder medianfilter för att undvika brusvärden
   3. PWM -värden tilldelade till vänster/höger, bakåt/bakåt, upp/ner, CW/CCW och andra ctls.
2. Får vattendjup
3. Logik för att låta CW eller CCW twist slutföra

4. Tittar på förarens kontroller

   1. Använder Fwd/Back och Left/Right för att beräkna styrka och vinkel (vektor) för att köra sidostycklar.
   2. Kontrollerar om Arm/Disarm
   3. Använder CW/CCW för att beräkna twist -komponent eller
   4. Läser kompass för att se om kursfel och beräknar korrigerande vridningskomponent
   5. Använder styrka, vinkel och vridfaktorer för att beräkna effekt och riktning för var och en av de fyra thrusterna
   6. Använder upp/ner för att köra upp/ner -thrusterar (två thrusterar på en styrenhet) eller
   7. Läser djupmätare för att se om djupfel och kör upp/ner -thrusterar för att korrigera
5. Läser strömdata
6. Läser temperaturdata från djupmätare (vattentemp) och kompass (intern temp)

7. Skickar regelbundet telemetradata till Serial1

   Djup, kurs, vattentemp, torrrörstemp, batterispänning, förstärkare, armstatus, ljusstatus, hjärtslag

8. Tittar på Light Control PWM -signalen och tänder/släcker ljuset via relä.

Vectored Thrusters

Magin för att styra sidostycklarna är i steg 4.1, 4.3 och 4.5 ovan. För att driva detta, titta i koden på fliken Arduino med titeln runThrusters -funktioner getTransVectors () och runVectThrusters (). Smart matematik kopierades från olika källor, främst de som hanterar mecanum -hjullovare.

Steg 7: Flytande kontrollstation (uppdaterad)

6 -kanals RC -sändare

Kontrollbox

Den ursprungliga kontrollboxen (gammal cigarrlåda) som innehöll elektronik som inte fanns på suben har ersatts av en flytande kontrollstation.

Flytande kontrollstation

Jag började vara orolig för att mitt fästband inte var tillräckligt långt för att komma någonstans. Om jag står på en brygga, så kommer mycket av fästet att tas bara när jag kommer ut i sjön och det finns ingen kvar för dykning. Eftersom jag redan hade en radiolänk till kontrollboxen fick jag tanken på en flytande vattentät kontrollbox.

Så jag gjorde bort den gamla cigarrlådan och lade kontrollboxelektroniken på en smal plywood. Plywooden glider in i 3 -tums mynningen på en plastkanna med tre gallon. TV -skärmen från kontrollboxen måste bytas ut mot en videosändare. Och RC -sändaren (den enda delen som fortfarande finns på stranden) har nu en surfplatta med videomottagare monterad ovanpå. Surfplattan kan valfritt spela in videon som visas.

Locket på kannan har strömbrytaren och voltmätaren, fästfäste, RC -morrhårsantenner och gummiducky videosändarantenn på den. När ROV drar ut i sjön ville jag inte att den skulle tippa kontrollkannan för långt så jag installerade en ring nära botten där tetheren leds och där en hämtningslinje kommer att fästas. Jag lägger också cirka 2 tum betong i botten av kannan som ballast så att den flyter upprätt.

Den flytande kontrollstationen innehåller följande elektronik:

• RC -mottagare - med PPM -utgång
• Arduino Uno
• OSD -sköld - Amazon
• RS485 -modul för att öka seriell telemetrisignal
• Videosändare
• Voltmätare för att övervaka 3s Lipo Battery hälsa
• 2200 mah 3s Lipo -batteri

On Screen Display (OSD)

I quad-copter-världen läggs telemetradata till i FPV-displayen (First Person Video) vid droneänden. Jag ville inte lägga mer saker i det redan trånga och röriga Dry Tube. Så jag valde att skicka telemetri upp till basstationen separat från videon och lägga informationen på skärmen där. Ett OSD -sköld från Amazon var perfekt för detta. Den har en video in, video out och ett Arduino -bibliotek (MAX7456.h) som döljer all röra.

SubBase -programvara

Följande logik körs i en skiss på en Arduino Uno i kontrollstationen:

1. Läser förformaterat seriellt telemetri-meddelande
2. Skriver meddelande till skärmen på skärmen

Steg 8: Framtida saker

Jag lade till en mini DVR -modul i kontrollboxen för att sitta mellan OSD (On Screen Display) och den lilla TV: n för att spela in videon. Men med förändringen till den flytande kontrollstationen förlitar jag mig nu på surfplatteappen för att spela in video.

Jag får, om jag blir riktigt ambitiös, försöka lägga till en griparm. Det finns oanvända radiokontrollkanaler och ett oanvänt par i kabeln som bara letar efter arbete.

Andra pris i tävlingen Make it Move