DIY Submersible ROV: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Nó có thể khó đến mức nào? Nó chỉ ra rằng có một số thách thức để tạo ra một ROV chìm. Nhưng đó là một dự án thú vị và tôi nghĩ nó khá thành công. Mục tiêu của tôi là không tốn nhiều tiền, lái xe dễ dàng và có camera để hiển thị những gì nó nhìn thấy dưới nước. Tôi không thích ý tưởng có một sợi dây lủng lẳng trên bộ điều khiển của người lái xe, và tôi đã có nhiều bộ phát điều khiển vô tuyến, vì vậy đó là hướng tôi đi, với bộ phát và hộp điều khiển tách biệt. Trên bộ phát 6 kênh tôi đã sử dụng, thanh bên phải được sử dụng để tiến / lùi và trái / phải. Thanh bên trái là Lên / Xuống và xoay Chiều kim đồng hồ / CCW. Đây là thiết lập tương tự được sử dụng trên bốn chương, v.v.

Tôi đã xem trên mạng và thấy một số ROV đắt tiền và thấy một số có "bộ đẩy vectơ". Điều này có nghĩa là các bộ đẩy bên được gắn ở góc 45 độ và kết hợp lực của chúng để di chuyển ROV theo bất kỳ hướng nào. Tôi đã chế tạo một chiếc máy quay bánh xe mecanum rồi và tôi nghĩ rằng phép toán ở đó sẽ áp dụng được. (Tham khảo. Lái xe Mecanum Wheels Robot đa hướng). Các động cơ đẩy riêng biệt được sử dụng để lặn và nổi. Và "máy đẩy vectơ" nghe hay đấy.

Để dễ dàng điều khiển nó, tôi muốn giữ độ sâu và giữ hướng đi. Bằng cách này, người lái xe không cần phải di chuyển cần trái trừ khi lặn / vượt hoặc chuyển hướng sang một hướng mới. Hóa ra đây cũng là một thử thách nhỏ.

Có thể hướng dẫn này không nhằm mục đích là một tập hợp các hướng dẫn để bạn tự thực hiện. Mục đích nhiều hơn là cung cấp một tài nguyên mà ai đó có thể rút ra từ đó nếu họ có ý định xây dựng ROV chìm của riêng mình.

Bước 1: Khung

Đây là một sự lựa chọn dễ dàng. Tìm kiếm xem những người khác đã làm gì đã đẩy tôi theo hướng của ống PVC 1/2 inch. Nó rẻ và dễ làm việc. Tôi đã đưa ra một thiết kế tổng thể có thể chứa các bộ đẩy bên và bộ đẩy lên / xuống. Ngay sau khi lắp ráp, tôi phun nó màu vàng. Ồ đúng rồi, bây giờ nó là một chiếc tàu ngầm! Tôi đã khoan các lỗ trên đầu và dưới của ống để cho phép nó ngập nước. Để gắn các thứ, tôi đã khai thác các sợi chỉ vào PVC và sử dụng 4 40 vít không gỉ. Tôi đã sử dụng rất nhiều trong số chúng.

Được hiển thị ở giai đoạn sau là các đường trượt được giữ từ phía dưới bằng các tấm nâng in 3d. Cần phải có các thanh nâng để có thể tháo và thay pin. Tôi 3d in một cái khay để đựng pin. Pin được giữ chặt trong khay bằng dây đeo khóa dán. Ống Khô cũng được giữ vào khung bằng dây đai khóa dán.

Bước 2: Ống khô

Pic đầu tiên là bài kiểm tra độ nổi. Ảnh thứ hai cố gắng chỉ ra cách các dây dẫn của bộ đẩy được dẫn vào các đầu nối đạn trong chậu. Hình thứ ba giống nhau hơn cộng với vết sưng bổ sung cho máy đo độ sâu bầu và dây của nó. Hình thứ tư cho thấy việc kéo ống khô ra.

Sự nổi

Ống Dry chứa các thiết bị điện tử và cung cấp hầu hết lực nổi tích cực. Lý tưởng là một lượng nhỏ lực nổi dương, vì vậy nếu mọi thứ xảy ra sai lệch, ROV cuối cùng sẽ nổi lên mặt nước. Điều này cần một chút thử nghiệm và sai sót. Việc lắp ráp được hiển thị ở đây trong quá trình thử nghiệm phao đã phải dùng lực vài pound để làm cho nó chìm xuống. Điều này dẫn đến bất kỳ quyết định dễ dàng nào để gắn pin lên bo mạch (trái ngược với việc cấp nguồn qua dây buộc). Nó cũng dẫn đến việc cắt giảm chiều dài của ống. Hóa ra một ống 4 inch cung cấp khoảng 1/4 pound sức nổi trên mỗi inch chiều dài (tôi đã làm toán một lần nhưng đây chỉ là phỏng đoán). Tôi cũng đã kết thúc việc đặt "ván trượt" PVC ở phía dưới. Chúng có vít ở các đầu, nơi tôi đặt chì bắn để tinh chỉnh độ nổi.

Con dấu kín nước

Sau khi tôi quyết định sử dụng epoxy để bịt kín các đường nối và lỗ, và quyết định sử dụng các đầu nối không có hub cao su tổng hợp, ROV rất kín nước. Tôi đã đấu tranh một lúc với các đầu nối ethernet "không thấm nước", nhưng cuối cùng tôi đã từ bỏ những đầu nối này và chỉ khoan một lỗ nhỏ, dẫn dây vào và "chèn" lỗ bằng epoxy. Sau khi các đầu nối không có hub đã được thắt chặt vào đúng vị trí, việc cố gắng tháo chúng ra rất khó khăn. Tôi phát hiện ra rằng một chút vết dầu mỡ trắng làm cho Ống Khô kéo ra và đẩy vào nhau dễ dàng hơn rất nhiều.

Để gắn mái vòm acrylic, tôi đã khoét một lỗ trên nắp ABS 4 để lại một gờ tiếp nhận mép của mái vòm. Ban đầu tôi đã thử dùng keo nóng, nhưng nó bị rò rỉ ngay lập tức và tôi đi sơn epoxy.

Bên trong

Tất cả các thiết bị điện tử bên trong được gắn trên một tấm nhôm 1/16 inch (có giá đỡ). Nó chỉ rộng dưới 4 inch và kéo dài chiều dài của ống. Vâng, tôi biết nó dẫn điện, nhưng nó cũng dẫn nhiệt.

Dây đi qua

Nắp ABS 4 "phía sau có một lỗ 2 inch được khoan vào đó và một bộ điều hợp ABS 2" được dán vào. Một phích cắm 2 "có một lỗ khoan để dây Ethernet đi qua và được gắn vào chậu. Một đoạn nhỏ của 3" ABS được dán trên cũng tạo ra một khu vực vòng tròn nhỏ cho "bầu".

Tôi đã khoan những thứ có vẻ giống như rất nhiều lỗ (2 cho mỗi bộ đẩy), nhưng tôi ước mình đã làm được nhiều hơn thế. Mỗi lỗ có một đầu nối đạn nữ nhét vào đó (khi đang nóng từ mỏ hàn). Các dây của bộ đẩy và dây dẫn pin đã được hàn vào các đầu nối đạn đực.

Tôi đã kết thúc thêm một chút ABS để tạo cho tôi một vị trí cho dây đo độ sâu đi qua và được đặt trong chậu. Nó trở nên lộn xộn hơn tôi muốn và tôi đã cố gắng sắp xếp các dây bằng một giá đỡ nhỏ có các khe cắm trong đó.

Bước 3: Tự làm bộ đẩy

Tôi có rất nhiều ý tưởng từ web và quyết định sử dụng hộp mực bơm bilge. Chúng tương đối rẻ (khoảng $ 20 +) mỗi chiếc và có lượng mô-men xoắn và tốc độ phù hợp. Tôi đã sử dụng hai hộp mực 500 Gallons / giờ cho bộ đẩy lên / xuống và bốn hộp mực 1000 GPH cho bộ đẩy bên. Đây là Hộp mực Bơm Johnson và tôi đã mua chúng qua Amazon.

Tôi 3d đã in vỏ của bộ đẩy bằng cách sử dụng thiết kế từ Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Mount. Tôi cũng in 3d các cánh quạt, một lần nữa với một thiết kế từ Thingaverse, Cánh quạt máy bơm ROV Bilge. Họ đã thích nghi một chút nhưng hoạt động khá tốt.

Bước 4: Tether

Tôi đã sử dụng cáp Ethernet Cat 6 dài 50 foot. Tôi đã đẩy nó vào một sợi dây polypropylene dài 50 feet. Tôi dùng đầu bút bi gắn vào dây cáp và mất khoảng một giờ để đẩy nó qua dây. Tẻ nhạt, nhưng nó đã hoạt động. Sợi dây cung cấp sự bảo vệ, sức mạnh để kéo và một số lực nổi tích cực. Sự kết hợp vẫn chìm nhưng không tệ như cáp Ethernet.

Ba trong số bốn cặp cáp được sử dụng.

• Camera Tín hiệu video và mặt đất - Lá chắn Arduino OSD trong hộp điều khiển
• Tín hiệu ArduinoMega PPM và bộ thu tiếp đất <---- RC trong hộp điều khiển
• Tín hiệu đo từ xa ArduinoMega RS485 - khớp với RS485 Arduino Uno trong hộp điều khiển

Dựa trên những nhận xét từ một cộng tác viên khác của Bảng hướng dẫn, tôi nhận ra rằng việc kéo dây buộc ở đáy hồ sẽ không tốt. Trong bài kiểm tra bể bơi, nó không phải là một vấn đề. Vì vậy, tôi đã in 3d một loạt các phao kẹp, sử dụng PLA và các bức tường dày hơn bình thường. Hình trên cho thấy các phao được triển khai trên dây buộc, được nhóm gần hơn với ROV nhưng cách nhau trung bình khoảng 18 inch. Một lần nữa, theo nhận xét của những người đóng góp khác, tôi đặt phao vào một túi lưới buộc vào bó dây buộc để xem liệu tôi có đủ không.

Bước 5: Trên tàu điện tử

Ảnh đầu tiên hiển thị máy ảnh và la bàn. Hình thứ hai cho thấy điều gì sẽ xảy ra khi bạn tiếp tục thêm nội dung. Hình thứ ba cho thấy bộ điều khiển động cơ gắn bên dưới với các tấm nhôm làm tản nhiệt thay thế.

Khô

• Máy ảnh - Micro 120 độ 600TVL FPV cam

  Được gắn trên giá đỡ in 3d mở rộng nó ra ngoài mái vòm

• La bàn bù nghiêng - CMPS12

  • Các số đọc Con quay hồi chuyển và Gia tốc kế tích hợp tự động được tích hợp với các số đọc Từ kế để đọc la bàn luôn chính xác khi ROV lặp lại xung quanh
  • La bàn cũng cung cấp khả năng đọc nhiệt độ

• Trình điều khiển động cơ - Ebay - BTS7960B x 5

  • Các tản nhiệt lớn đã phải được loại bỏ để tiết kiệm không gian
  • Gắn mỡ truyền nhiệt lên tấm nhôm ¼”
  • Các tấm nhôm gắn trực tiếp trên cả hai mặt của kệ nhôm điện tử
  • Kinh nghiệm cho thấy tài xế hoạt động tốt dưới công suất nên nhiệt không thành vấn đề
• Arduino Mega
• Mô-đun RS485 để củng cố tín hiệu đo từ xa nối tiếp

• Cảm biến hiện tại Mô-đun nguồn

  • Cung cấp lên đến 3A nguồn 5v cho thiết bị điện tử
  • Đo cường độ dòng điện lên đến 90A đến trình điều khiển động cơ 12v
  • Đo điện áp pin
• Rơ le (5v) để vận hành đèn 12v

Bị ướt

• Mô-đun cảm biến áp suất (độ sâu) - Amazon - MS5540-CM

  Cũng cung cấp đọc nhiệt độ nước

• 10 Amp / Hr 12 volt AGM pin

Tôi đã lo ngại rằng rất nhiều điểm tiếp xúc điện bị dính nước. Tôi học được rằng trong nước ngọt, không có đủ độ dẫn điện để gây ra sự cố (đoản mạch, v.v.), rằng dòng điện đi theo "con đường có ít điện trở nhất" (theo nghĩa đen). Tôi không chắc tất cả những thứ này sẽ trôi đi như thế nào trong nước biển.

Sơ lược về hệ thống dây (xem SubDoc.txt)

Bước 6: Phần mềm SubRun

Video đầu tiên cho thấy Depth Hold hoạt động khá tốt.

Video thứ hai là bài kiểm tra tính năng Heading Hold.

Mã giả

Arduino Mega chạy một bản phác thảo thực hiện logic sau:

1. Nhận tín hiệu RC PPM qua dây buộc

   1. Pin Change Interrupt trên dữ liệu tính toán các giá trị PWM của kênh riêng lẻ và cập nhật chúng
   2. Sử dụng bộ lọc Trung vị để tránh các giá trị nhiễu
   3. Giá trị PWM được gán cho Left / Right, Fwd / Back, Up / Down, CW / CCW và các ctls khác.
2. Nhận độ sâu của nước
3. Logic để cho phép kết thúc xoắn CW hoặc CCW

4. Xem xét các điều khiển của trình điều khiển

   1. Sử dụng Fwd / Back và Left / Right để đo cường độ và góc (vectơ) để điều khiển động cơ đẩy bên.
   2. Kiểm tra Cánh tay / Giải giáp
   3. Sử dụng CW / CCW để calc thành phần xoắn hoặc
   4. Đọc la bàn để xem có lỗi tiêu đề hay không và tính toán thành phần xoắn sửa chữa
   5. Sử dụng các yếu tố sức mạnh, góc và độ xoắn để xác định công suất và hướng cho mỗi trong số bốn bộ đẩy
   6. Sử dụng Lên / Xuống để chạy bộ đẩy Lên / Xuống (hai bộ đẩy trên một bộ điều khiển) hoặc
   7. Đọc đồng hồ đo độ sâu để xem có lỗi độ sâu hay không và chạy bộ đẩy Lên / Xuống để sửa
5. Đọc dữ liệu điện năng
6. Đọc dữ liệu nhiệt độ từ máy đo độ sâu (nhiệt độ nước) và la bàn (nhiệt độ bên trong)

7. Định kỳ gửi dữ liệu đo từ xa lên Serial1

   Độ sâu, Tiêu đề, Nhiệt độ nước, Nhiệt độ ống khô, Điện áp pin, Amps, Trạng thái cánh tay, Trạng thái đèn, Nhịp tim

8. Nhìn vào tín hiệu PWM Điều khiển ánh sáng và Bật / Tắt đèn qua rơ le.

Vectored Thrusters

Điều kỳ diệu để điều khiển bộ đẩy bên là ở các bước 4.1, 4.3 và 4.5 ở trên. Để theo đuổi điều này, hãy xem mã tại tab Arduino có tiêu đề các hàm runThrusters getTransVectors () và runVectThrusters (). Phép toán thông minh được sao chép từ nhiều nguồn khác nhau, chủ yếu là những bài toán liên quan đến bánh xe phân khối.

Bước 7: Trạm điều khiển nổi (cập nhật)

Máy phát RC 6 kênh

Hộp điều khiển

Hộp điều khiển ban đầu (hộp xì gà cũ) chứa thiết bị điện tử không có trên phụ đã được thay thế bằng một trạm điều khiển nổi.

Trạm điều khiển nổi

Tôi bắt đầu lo lắng rằng dây buộc dài 50 feet của tôi không đủ dài để đi đến bất cứ đâu. Nếu tôi đang đứng trên một bến tàu, thì phần lớn dây buộc sẽ được đưa ra khỏi hồ và sẽ không còn bất kỳ thứ gì để lặn. Vì tôi đã có liên kết vô tuyến với hộp điều khiển, tôi đã có khái niệm về hộp điều khiển chống thấm nổi.

Vì vậy, tôi đã loại bỏ hộp xì gà cũ và đặt thiết bị điện tử của hộp điều khiển lên một miếng ván ép hẹp. Ván ép trượt vào miệng 3 inch của một cái bình ba gallon bằng nhựa. Màn hình TV từ hộp điều khiển đã phải được thay thế bằng máy phát video. Và bộ phát RC (bộ phận duy nhất vẫn còn trên bờ) hiện có một máy tính bảng với bộ thu video gắn trên đầu. Máy tính bảng có thể tùy chọn ghi lại video mà nó hiển thị.

Nắp của bình có công tắc nguồn và vôn kế, phần đính kèm dây buộc, ăng-ten râu RC và ăng-ten máy phát video hình mỏ vịt bằng cao su trên đó. Khi ROV kéo ra hồ, tôi không muốn nó cắm đầu bình điều khiển quá xa nên tôi đã lắp một vòng gần đáy nơi dây buộc được dẫn và nơi sẽ gắn một đường truy xuất. Tôi cũng đặt khoảng 2 inch bê tông dưới đáy bình làm vật dằn để nó nổi thẳng đứng.

Trạm điều khiển nổi chứa các thiết bị điện tử sau:

• Bộ thu RC - với đầu ra PPM
• Arduino Uno
• OSD Shield - Amazon
• Mô-đun RS485 để củng cố tín hiệu đo từ xa nối tiếp
• Máy phát video
• Đồng hồ đo vôn để theo dõi tình trạng pin Lipo trong 3 giây
• Pin Lipo 2200 mah 3s

Hiển thị trên màn hình (OSD)

Trong thế giới quad-copter, dữ liệu đo từ xa được thêm vào màn hình FPV (First Person Video) ở đầu máy bay không người lái. Tôi không muốn bỏ thêm bất cứ thứ gì vào Ống khô vốn đã chật chội và lộn xộn. Vì vậy, tôi đã chọn gửi phép đo từ xa đến trạm gốc tách biệt với video và đưa thông tin lên màn hình ở đó. Một OSD Shield từ Amazon là hoàn hảo cho việc này. Nó có một video trong, video out và một thư viện Arduino (MAX7456.h) để ẩn bất kỳ mớ hỗn độn nào.

Phần mềm SubBase

Logic sau đây được chạy trong bản phác thảo trên Arduino Uno trong trạm điều khiển:

1. Đọc tin nhắn đo từ xa nối tiếp được định dạng trước
2. Viết thông báo lên lá chắn Hiển thị trên Màn hình

Bước 8: Nội dung tương lai

Tôi đã thêm một mô-đun DVR mini vào hộp điều khiển để đặt giữa OSD (Hiển thị trên màn hình) và TV nhỏ để quay video. Nhưng với sự thay đổi đối với Trạm điều khiển nổi, tôi hiện dựa vào ứng dụng máy tính bảng để quay video.

Tôi có thể, nếu tôi thực sự có tham vọng, cố gắng thêm một cánh tay nắm lấy. Có các kênh điều khiển vô tuyến không được sử dụng và một cặp cáp không sử dụng trong dây buộc chỉ đang tìm kiếm công việc.

Giải nhì trong cuộc thi Make it Move