ROV sommergibile fai da te: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Quanto potrebbe essere difficile? Si scopre che ci sono state diverse sfide per realizzare un ROV sommergibile. Ma è stato un progetto divertente e penso che abbia avuto un discreto successo. Il mio obiettivo era che non costasse una fortuna, che fosse facile da guidare e che avesse una macchina fotografica per mostrare ciò che vede sott'acqua. Non mi piaceva l'idea di avere un cavo che penzolava dai comandi del guidatore, e ho già una varietà di trasmettitori di radiocomandi, quindi questa è la direzione in cui sono andato, con il trasmettitore e la scatola di controllo separati. Sul trasmettitore a 6 canali che ho usato, la levetta destra viene utilizzata per avanti/indietro e sinistra/destra. La levetta sinistra è su/giù e gira in senso orario/antiorario. Questa è la stessa configurazione utilizzata sui quadricotteri, ecc.

Ho guardato online e ho visto alcuni ROV costosi e ne ho visti alcuni con "propulsori vettoriali". Ciò significa che i propulsori laterali sono montati ad angoli di 45 gradi e combinano le loro forze per spostare il ROV in qualsiasi direzione. Avevo già costruito un rover con ruote mecanum e pensavo che la matematica si sarebbe applicata. (Rif. Driving Mecanum Wheels Robot omnidirezionali). I propulsori separati vengono utilizzati per le immersioni e l'emersione. E "propulsori vettoriali" suona bene.

Per facilità di guida, volevo tenere la profondità e tenere la rotta. In questo modo il guidatore non deve assolutamente muovere la levetta sinistra tranne che per tuffarsi/emergere o girare verso una nuova direzione. Si scopre che anche questo è stato un po' una sfida.

Questo Instructable non è inteso come un insieme di istruzioni per farlo da soli. L'intento è più quello di fornire una risorsa da cui qualcuno potrebbe attingere se intende costruire il proprio ROV sommergibile.

Passaggio 1: la cornice

Questa è stata una scelta facile. Cercare di vedere cosa avevano fatto gli altri mi ha spinto verso un tubo in PVC da 1/2 pollice. È economico e facile da lavorare. Ho ideato un progetto generale che potesse ospitare i propulsori laterali e i propulsori su/giù. Subito dopo il montaggio l'ho spruzzato di giallo. Oh sì, ora è un sottomarino! Ho praticato dei fori nella parte superiore e inferiore del tubo per consentirne l'allagamento. Per attaccare le cose ho inserito i fili nel PVC e ho usato 4 40 viti in acciaio inossidabile. ne ho usati tanti.

In una fase successiva vengono mostrati i pattini che sono tenuti lontani dal fondo da riser stampati in 3D. I riser erano necessari per farlo in modo che la batteria potesse essere rimossa e sostituita. Ho stampato in 3D un vassoio per contenere la batteria. La batteria è fissata nel vassoio da un cinturino in velcro. Il Dry Tube è anche tenuto sul telaio con cinghie in velcro.

Passaggio 2: il tubo a secco

La prima foto è il test di galleggiamento. La seconda foto tenta di mostrare come i fili del propulsore vengono portati nei connettori a proiettile in vaso. La terza foto è più o meno la stessa più l'urto aggiuntivo per il misuratore di profondità di invasatura e i suoi fili. La quarta foto mostra l'estrazione del tubo asciutto.

galleggiabilità

Il Dry Tube contiene l'elettronica e fornisce la maggior parte della galleggiabilità positiva. L'ideale è una piccola quantità di galleggiamento positivo, quindi se le cose vanno male il ROV alla fine galleggerà in superficie. Questo ha richiesto un po' di tentativi ed errori. L'assieme mostrato qui durante un test di galleggiamento ha richiesto diversi chili di forza per farlo immergere. Ciò ha portato a qualsiasi decisione facile di montare la batteria a bordo (in contrapposizione all'alimentazione proveniente dal cavo). Ha anche portato a tagliare il tubo in lunghezza. Si scopre che un tubo da 4 pollici fornisce circa 1/4 di libbra di galleggiamento per pollice di lunghezza (ho fatto i calcoli una volta, ma questa è un'ipotesi). Ho anche finito per mettere "pattini" in PVC sul fondo. Hanno estremità a vite dove ho messo il piombo per mettere a punto la galleggiabilità.

Sigillo a tenuta d'acqua

Una volta che ho optato per l'uso di resina epossidica per sigillare cuciture e fori e ho optato per l'utilizzo di connettori senza mozzo in neoprene, il ROV era a tenuta stagna in modo affidabile. Ho lottato per un po' con i connettori ethernet "impermeabili", ma alla fine ho rinunciato a questi e ho semplicemente praticato un piccolo foro, inserito il filo e "invasato" il foro con resina epossidica. Dopo che i connettori senza hub sono stati serrati in posizione, provare a rimuoverli è stato difficile. Ho scoperto che una piccola macchia di grasso bianco ha reso il Dry Tube separare e spingere insieme molto più facilmente.

Per montare la cupola in acrilico ho praticato un foro in un tappo in ABS da 4 lasciando una sporgenza per ricevere il bordo della cupola. Inizialmente ho provato la colla a caldo, ma è trapelata immediatamente e sono passato alla resina epossidica.

Dentro

Tutta l'elettronica interna è montata su un foglio di alluminio da 1/16 di pollice (con distanziatori). È largo poco meno di 4 pollici ed estende la lunghezza del tubo. Sì, lo so che conduce elettricità, ma conduce anche calore.

Fili che passano

Il tappo posteriore in ABS da 4" ha un foro da 2 pollici e un adattatore femmina ABS da 2" incollato. Una spina da 2" ha un foro per far passare il cavo Ethernet ed essere incapsulato. Un piccolo pezzo di 3" L'ABS incollato ha anche creato una piccola area circolare per "invasare".

Ho praticato quello che sembrava un sacco di fori (2 per ogni propulsore), ma avrei voluto fare di più. In ogni foro è stato inserito un connettore a proiettile femmina (mentre caldo dal saldatore). I cavi del propulsore e i cavi della batteria hanno saldato i connettori maschio a proiettile.

Alla fine ho aggiunto una piccola protuberanza in ABS per darmi un posto dove far passare il filo del misuratore di profondità ed essere invasato. È diventato più disordinato di quanto avrei voluto e ho cercato di organizzare i fili con un piccolo supporto con delle fessure.

Passaggio 3: propulsori fai-da-te

Ho ricevuto molte idee dal web e ho deciso di utilizzare le cartucce per pompa di sentina. Sono relativamente economici (circa $ 20+) ciascuno e hanno la giusta quantità di coppia e velocità. Ho usato due cartucce da 500 galloni/ora per i propulsori up/down e quattro cartucce da 1000 GPH per i propulsori laterali. Queste erano le cartucce Johnson Pump e le ho ricevute tramite Amazon.

Ho stampato in 3D gli alloggiamenti dei propulsori utilizzando un design di Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Mount. Ho anche stampato in 3D le eliche, sempre con un design di Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Propeller. Ci sono voluti un po' di adattamento ma hanno funzionato abbastanza bene.

Passaggio 4: legare

Ho usato un cavo Ethernet Cat 6 lungo 50 piedi. L'ho spinto in 50 piedi di corda di polipropilene. Ho usato l'estremità di una penna a sfera fissata al cavo e ho impiegato circa un'ora a spingerla attraverso la corda. Noioso, ma ha funzionato. La corda fornisce protezione, forza per tirare e un po' di galleggiamento positivo. La combinazione affonda ancora, ma non così male come il cavo Ethernet da solo.

Vengono utilizzate tre delle quattro coppie di cavi.

• Segnale e massa video della telecamera -- Scudo OSD Arduino nella scatola di controllo
• Segnale e massa ArduinoMega PPM <---- Ricevitore RC nella scatola di controllo
• Segnale di telemetria ArduinoMega RS485 -- corrispondenza RS485 Arduino Uno nella scatola di controllo

Sulla base dei commenti di un altro collaboratore di Instructables, mi sono reso conto che avere il cavo che si trascinava sul fondo di un lago non sarebbe stato buono. Nella prova in piscina non è stato un problema. Quindi ho stampato in 3D un mucchio di float clip-on, usando PLA e pareti più spesse del solito. L'immagine sopra mostra i galleggianti dispiegati sul cavo, raggruppati più vicino al ROV ma a una distanza media di circa 18 pollici. Sempre secondo i commenti dell'altro collaboratore, ho messo i galleggianti in una borsa a rete legata al fascio di cavi per vedere se ne avevo abbastanza.

Passaggio 5: elettronica di bordo

La prima foto mostra fotocamera e bussola. La seconda immagine mostra cosa succede quando continui ad aggiungere cose. La terza immagine mostra i controller del motore montati sul lato inferiore con lastre di alluminio come dissipatori di calore alternativi.

Asciutto

• Fotocamera - Micro cam da 120 gradi 600TVL FPV

  Montato su supporto stampato in 3D che lo estende nella cupola

• Bussola con compensazione dell'inclinazione – CMPS12

  • Le letture del giroscopio e dell'accelerometro integrate automaticamente integrate con le letture del magnetometro per la lettura della bussola rimangono corrette mentre il ROV oscilla intorno
  • La bussola fornisce anche la lettura della temperatura

• Driver del motore – Ebay – BTS7960B x 5

  • È stato necessario rimuovere grandi dissipatori di calore per risparmiare spazio
  • Montato con grasso per trasferimento di calore su lastre di alluminio da”
  • Lastre in alluminio montate direttamente su entrambi i lati del ripiano per elettronica in alluminio
  • L'esperienza mostra che i conducenti funzionano bene sotto la capacità, quindi il calore non è un problema
• Arduino Mega
• Modulo RS485 per potenziare il segnale di telemetria seriale

• Sensore di corrente Modulo di alimentazione

  • Fornisce fino a 3A di alimentazione 5v per l'elettronica
  • Misura l'amperaggio fino a 90 A per i driver del motore da 12 V
  • Misura la tensione della batteria
• Relè (5v) per azionare luci 12v

Bagnato

• Modulo sensore di pressione (profondità) – Amazon – MS5540-CM

  Fornisce anche la lettura della temperatura dell'acqua

• Batteria AGM da 10 Amp/Hr da 12 volt

Temevo che molti contatti elettrici fossero esposti all'acqua. Ho imparato che in acqua dolce, non c'è abbastanza conduttività per causare un problema (cortocircuiti ecc.), che la corrente segue il "percorso di minor resistenza" (letteralmente). Non sono sicuro di come se la caverebbe tutto questo nell'acqua di mare.

Schema di cablaggio (vedi SubDoc.txt)

Passaggio 6: software SubRun

Il primo video mostra che il mantenimento della profondità funziona abbastanza bene.

Il secondo video è un test della funzione Heading Hold.

Pseudocodice

Arduino Mega esegue uno sketch che esegue la seguente logica:

1. Ottiene il segnale PPM RC tramite cavo

   1. Pin Change Interrupt sui dati calcola i valori PWM dei singoli canali e li mantiene aggiornati
   2. Utilizza il filtro mediano per evitare i valori di rumore
   3. PWM Valori assegnati a Sinistra/Destra, Avanti/Indietro, Su/Giù, CW/CCW e altri ctls.
2. Ottiene la profondità dell'acqua
3. Logica per consentire il completamento della rotazione in senso orario o antiorario

4. Guarda i controlli del conducente

   1. Utilizza avanti/indietro e sinistra/destra per calcolare la forza e l'angolo (vettore) per l'azionamento dei propulsori laterali.
   2. Controlli per inserimento/disinserimento
   3. Utilizza CW/CCW per calcolare il componente twist o
   4. Legge la bussola per vedere se l'errore di direzione e calcola il componente di torsione correttiva
   5. Utilizza i fattori di forza, angolo e torsione per calcolare potenza e direzione per ciascuno dei quattro propulsori
   6. Usa Up/Down per far funzionare i propulsori Up/Down (due propulsori su un controller) o
   7. Legge il misuratore di profondità per vedere se l'errore di profondità e esegue i propulsori Up/Down per correggere
5. Legge i dati di potenza
6. Legge i dati della temperatura dal misuratore di profondità (temperatura dell'acqua) e dalla bussola (temperatura interna)

7. Invia periodicamente i dati di telemetria su Serial1

   Profondità, direzione, temperatura dell'acqua, temperatura del tubo a secco, tensione della batteria, ampere, stato del braccio, stato delle luci, battito cardiaco

8. Guarda il segnale PWM di controllo della luce e accende/spegne la luce tramite relè.

Propulsori vettoriali

La magia per controllare i propulsori laterali è nei passaggi 4.1, 4.3 e 4.5 sopra. Per perseguire questo obiettivo, guarda nel codice nella scheda Arduino intitolata funzioni runThrusters getTransVectors() e runVectThrusters(). La matematica intelligente è stata copiata da varie fonti, principalmente quelle che si occupano di rover con ruote mecanum.

Passaggio 7: stazione di controllo mobile (aggiornata)

Trasmettitore RC a 6 canali

Scatola di controllo

La scatola di controllo originale (vecchia scatola di sigari) che conteneva l'elettronica non sul sub è stata sostituita da una stazione di controllo galleggiante.

Stazione di controllo galleggiante

Cominciai a preoccuparmi che la mia catena di quindici metri non fosse abbastanza lunga per arrivare da nessuna parte. Se sono in piedi su un molo, gran parte della catena verrà presa appena scesi nel lago e non ne rimarrà alcuno per le immersioni. Dato che avevo già un collegamento radio con la scatola di controllo, ho avuto l'idea di una scatola di controllo impermeabile galleggiante.

Così ho eliminato la vecchia scatola di sigari e ho messo l'elettronica della scatola di controllo su un pezzo stretto di compensato. Il compensato scivola nella bocca da 3 pollici di una brocca di plastica da tre galloni. Lo schermo TV della scatola di controllo doveva essere sostituito con un trasmettitore video. E il trasmettitore RC (l'unica parte ancora a terra) ora ha un tablet con un ricevitore video montato sulla parte superiore. Il tablet può facoltativamente registrare il video visualizzato.

Il coperchio della brocca ha l'interruttore di alimentazione e il voltmetro, l'attacco per il cavo, le antenne a baffo RC e l'antenna del trasmettitore video a papera di gomma su di esso. Quando il ROV esce nel lago non volevo che inclinasse troppo la brocca di controllo, quindi ho installato un anello vicino al fondo dove è guidato il cavo e dove verrà attaccata una linea di recupero. Ho anche messo circa 2 pollici di cemento sul fondo della brocca come zavorra in modo che galleggi in posizione verticale.

La stazione di controllo flottante contiene i seguenti componenti elettronici:

• Ricevitore RC – con uscita PPM
• Arduino Uno
• Scudo OSD - Amazon
• Modulo RS485 per potenziare il segnale di telemetria seriale
• Trasmettitore video
• Voltmetro per monitorare lo stato della batteria Lipo 3s
• Batteria Lipo da 2200 mAh 3s

Visualizzazione su schermo (OSD)

Nel mondo dei quadricotteri, i dati di telemetria vengono aggiunti al display FPV (First Person Video) all'estremità del drone. Non volevo mettere altra roba nel già affollato e disordinato Dry Tube. Quindi ho scelto di inviare la telemetria alla stazione base separatamente dal video e di inserire le informazioni sullo schermo. Uno scudo OSD di Amazon era perfetto per questo. Ha un ingresso video, un'uscita video e una libreria Arduino (MAX7456.h) che nasconde qualsiasi disordine.

Software di sottobase

La seguente logica viene eseguita in uno schizzo su un Arduino Uno nella stazione di controllo:

1. Legge il messaggio di telemetria seriale preformattato
2. Scrive un messaggio sullo scudo del display su schermo

Passaggio 8: cose future

Ho aggiunto un mini modulo DVR alla scatola di controllo per sedersi tra l'OSD (On Screen Display) e la piccola TV per registrare il video. Ma con il passaggio alla Floating Control Station ora mi affido all'app per tablet per registrare video.

Posso, se divento davvero ambizioso, provare ad aggiungere un braccio di presa. Ci sono canali di controllo radio inutilizzati e una coppia di cavi inutilizzati nel cavo solo in cerca di lavoro.

Secondo premio al concorso Make it Move