DIY Tauch-ROV - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Wie schwer könnte es sein? Es stellte sich heraus, dass es mehrere Herausforderungen gab, ein Unterwasser-ROV herzustellen. Aber es war ein lustiges Projekt und ich denke, es war ziemlich erfolgreich. Mein Ziel war es, dass es kein Vermögen kostet, leicht zu fahren ist und eine Kamera hat, um zu zeigen, was es unter Wasser sieht. Ich mochte die Idee nicht, dass ein Kabel von den Bedienelementen des Fahrers baumelt, und ich habe bereits eine Vielzahl von Funksendern, also bin ich in diese Richtung gegangen, mit Sender und Steuerkasten getrennt. Bei dem von mir verwendeten 6-Kanal-Sender wird der rechte Stick für vorwärts/rückwärts und links/rechts verwendet. Der linke Stick ist Up/Down und im Uhrzeigersinn/CCW drehen. Dies ist das gleiche Setup, das bei Quadcoptern usw. verwendet wird.

Ich schaute online und sah einige teure ROVs und einige mit "vektorisierten Triebwerken". Dies bedeutet, dass die Seitenstrahlruder in einem Winkel von 45 Grad montiert sind und ihre Kräfte bündeln, um das ROV in jede Richtung zu bewegen. Ich hatte bereits einen Mecanum Wheel Rover gebaut und dachte, dass die Mathematik dort zutreffen würde. (Ref. Omnidirektionale Roboter mit angetriebenen Mecanum-Rädern). Zum Tauchen und Auftauchen werden separate Triebwerke verwendet. Und "Vektorstrahlruder" klingt cool.

Um das Fahren zu erleichtern, wollte ich Tiefen- und Kurshalt. Auf diese Weise muss der Fahrer den linken Stick überhaupt nicht bewegen, außer zum Tauchen/Auftauchen oder zum Drehen in einen neuen Kurs. Es stellte sich heraus, dass dies auch eine kleine Herausforderung war.

Dieses Instructable ist nicht als eine Reihe von Anweisungen gedacht, um es selbst zu tun. Die Absicht besteht eher darin, eine Ressource bereitzustellen, aus der jemand schöpfen könnte, wenn er beabsichtige, sein eigenes Unterwasser-ROV zu bauen.

Schritt 1: Der Rahmen

Dies war eine einfache Wahl. Um zu sehen, was andere Leute getan hatten, stieß ich in Richtung 1/2-Zoll-PVC-Rohr. Es ist günstig und einfach zu handhaben. Ich habe mir ein Gesamtdesign ausgedacht, das die Seitenstrahlruder und die Aufwärts- / Abwärtsstrahlruder aufnehmen würde. Kurz nach der Montage habe ich es gelb gesprüht. Oh ja, jetzt ist es ein U-Boot! Ich bohrte Löcher in das Rohr oben und unten, damit es überflutet werden konnte. Zum Anbringen von Sachen habe ich Gewinde in das PVC geschlagen und 4 40 Edelstahlschrauben verwendet. Ich habe viele davon verwendet.

Zu einem späteren Zeitpunkt werden Kufen gezeigt, die durch 3D-gedruckte Tragegurte von der Unterseite weggehalten werden. Die Riser wurden benötigt, um die Batterie zu entfernen und zu ersetzen. Ich habe ein Tablett in 3D gedruckt, um die Batterie zu halten. Der Akku wird im Tray mit einem Klettband gesichert. Zusätzlich wird das Dry Tube mit Klettbändern am Rahmen gehalten.

Schritt 2: Das Trockenrohr

Das erste Bild ist der Auftriebstest. Das zweite Bild versucht zu zeigen, wie Triebwerksdrähte in vergossene Kugelverbinder geführt werden. Das dritte Bild ist mehr vom gleichen plus die zusätzliche Erhebung für den Vergusstiefenmesser und seine Drähte. Das vierte Bild zeigt das Auseinanderziehen des Trockenrohrs.

Auftrieb

Das Dry Tube enthält die Elektronik und bietet den größten Teil des positiven Auftriebs. Das Ideal ist ein kleiner positiver Auftrieb. Wenn also etwas schief geht, schwimmt das ROV schließlich an die Oberfläche. Dies erforderte ein wenig Versuch und Irrtum. Die hier gezeigte Baugruppe während eines Schwimmtests erforderte mehrere Pfund Kraft, um sie zum Eintauchen zu bringen. Dies führte zu einer einfachen Entscheidung, die Batterie an Bord zu montieren (im Gegensatz zu der Stromversorgung über das Kabel). Es führte auch dazu, dass das Rohr in der Länge gekürzt wurde. Es stellt sich heraus, dass ein 4-Zoll-Rohr etwa 1/4 Pfund Auftrieb pro Zoll Länge bietet (ich habe die Rechnung einmal gemacht, aber das ist eine Vermutung). Am Ende habe ich auch PVC-"Kufen" auf den Boden gelegt. Sie haben angeschraubte Enden, an denen ich Bleischrot zur Feinabstimmung des Auftriebs eingesetzt habe.

Wasserdichte Dichtung

Nachdem ich mich für die Verwendung von Epoxidharz zum Abdichten von Nähten und Löchern und für die Verwendung von nabenlosen Neoprenverbindern entschieden hatte, war das ROV zuverlässig wasserdicht. Ich habe eine Weile mit "wasserdichten" Ethernet-Anschlüssen gekämpft, aber am Ende habe ich diese aufgegeben und einfach ein kleines Loch gebohrt, den Draht hineingeführt und das Loch mit Epoxid "vergossen". Nachdem die hublosen Steckverbinder festgezogen waren, war der Versuch, sie zu entfernen, schwierig. Ich entdeckte, dass ein kleiner Fleck mit weißem Fett das Auseinanderziehen und Zusammenschieben des Dry Tube viel einfacher machte.

Um die Acrylkuppel zu montieren, schnitzte ich ein Loch in eine 4 ABS-Kappe und hinterließ eine Leiste, um die Kante der Kuppel aufzunehmen. Zuerst versuchte ich es mit Heißkleber, aber das lief sofort aus und ich ging zu Epoxid.

Innerhalb

Die gesamte Innenelektronik ist auf einem 1/16-Zoll-Aluminiumblech (mit Abstandshaltern) montiert. Es ist knapp 4 Zoll breit und verlängert die Länge des Rohres. Ja, ich weiß, es leitet Strom, aber es leitet auch Wärme.

Durchkommende Drähte

In die hintere 4 "ABS-Kappe wurde ein 2-Zoll-Loch gebohrt und ein 2"-ABS-Buchsenadapter eingeklebt. Ein 2"-Stecker hat ein Loch gebohrt, damit das Ethernet-Kabel durchkommen und vergossen werden kann. Ein kleines Stück 3" Aufgeklebtes ABS bildete auch eine kleine Kreisfläche zum "Vergießen".

Ich bohrte scheinbar viele Löcher (2 für jedes Triebwerk), aber ich wünschte, ich hätte mehr getan. In jedes Loch wurde ein weiblicher Kugelstecker geschoben (während er vom Lötkolben heiß war). An den Triebwerksdrähten und Batteriekabeln wurden die männlichen Kugelstecker angelötet.

Am Ende fügte ich eine kleine ABS-Beule hinzu, um mir einen Platz zu geben, an dem der Tiefenmesserdraht durchkommen und vergossen werden kann. Es wurde unordentlicher, als ich es mir gewünscht hätte und ich versuchte, die Drähte mit einem kleinen Halter mit Schlitzen darin zu organisieren.

Schritt 3: DIY-Triebwerke

Ich habe viele Ideen aus dem Internet bekommen und mich für Bilgenpumpenkartuschen entschieden. Sie sind jeweils relativ günstig (über 20 US-Dollar) und haben ungefähr das richtige Drehmoment und die richtige Geschwindigkeit. Ich habe zwei 500 Gallonen/Stunde Patronen für die Auf-/Ab-Triebwerke und vier 1000 GPH-Patronen für die Seitentriebwerke verwendet. Das waren Johnson Pump Cartridges und ich habe sie über Amazon bekommen.

Ich habe die Triebwerksgehäuse mit einem Design von Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Mount, in 3D gedruckt. Ich habe auch die Propeller in 3D gedruckt, wieder mit einem Design von Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Propeller. Sie brauchten ein wenig Anpassung, aber es funktionierte ziemlich gut.

Schritt 4: Halteseil

Ich habe ein 50 Fuß langes Cat-6-Ethernet-Kabel verwendet. Ich schob es in 50 Fuß Polypropylenseil. Ich benutzte das Ende eines Kugelschreibers, der auf das Kabel geklebt war, und brauchte ungefähr eine Stunde, um es durch das Seil zu schieben. Mühsam, aber es hat funktioniert. Das Seil bietet Schutz, Zugkraft und einen gewissen positiven Auftrieb. Die Kombination sinkt immer noch, aber nicht so stark wie das Ethernet-Kabel an sich.

Drei der vier Kabelpaare werden verwendet.

• Kamera-Videosignal und Masse - Arduino OSD-Schild in der Kontrollbox
• ArduinoMega PPM-Signal und Masse <---- RC-Empfänger in der Steuerbox
• ArduinoMega Telemetriesignal RS485 -- passendes RS485 Arduino Uno in der Kontrollbox

Basierend auf Kommentaren eines anderen Instructables-Mitwirkenden wurde mir klar, dass es nicht gut wäre, das Seil auf einem Seeboden zu ziehen. Im Schwimmbadtest war das kein Problem. Also habe ich in 3D eine Reihe von Clip-On-Floats gedruckt, mit PLA und dickeren Wänden als üblich. Das Bild oben zeigt die Schwimmer, die auf dem Halteseil eingesetzt sind und näher am ROV gruppiert sind, aber im Durchschnitt etwa 18 Zoll voneinander entfernt sind. Nochmals gemäß den Kommentaren des anderen Beitragenden, habe ich Schwimmer in einen Netzbeutel gesteckt, der an das Halteband gebunden ist, um zu sehen, ob ich genug habe.

Schritt 5: Bordelektronik

Das erste Bild zeigt Kamera und Kompass. Das zweite Bild zeigt, was passiert, wenn Sie ständig Dinge hinzufügen. Drittes Bild zeigt unterseitig montierte Motorcontroller mit Aluminiumplatten als alternative Kühlkörper.

Trocken

• Kamera – Micro 120 Grad 600TVL FPV-Kamera

  Montiert auf einem 3D-gedruckten Halter, der ihn in die Kuppel verlängert

• Neigungskompensierter Kompass – CMPS12

  • Eingebaute Gyro- und Beschleunigungsmesser-Messwerte, die automatisch in die Magnetometer-Messwerte integriert sind, um die Kompassanzeige korrekt zu halten, wenn das ROV herumfliegt
  • Kompass bietet auch Temperaturmessung

• Motortreiber – Ebay – BTS7960B x 5

  • Große Kühlkörper mussten platzsparend entfernt werden
  • Montiert mit Wärmeübertragungsfett auf ¼”-Aluminiumplatten
  • Aluminiumplatten direkt auf beiden Seiten des Aluminium-Elektronikregals montiert
  • Die Erfahrung zeigt, dass die Fahrer unter ihrer Kapazität gut arbeiten, sodass Hitze kein Problem ist
• Arduino Mega
• RS485-Modul zur Verstärkung des seriellen Telemetriesignals

• Stromsensor Leistungsmodul

  • Liefert bis zu 3A 5V Strom für die Elektronik
  • Misst eine Stromstärke von bis zu 90 A für 12-V-Motortreiber
  • Misst die Batteriespannung
• Relais (5V) zum Betrieb von 12V-Leuchten

Nass

• Drucksensormodul (Tiefe) – Amazon – MS5540-CM

  Bietet auch Wassertemperaturmessung

• 10 A/Std. 12-Volt-AGM-Batterie

Ich hatte Bedenken, dass viele elektrische Kontakte Wasser ausgesetzt waren. Ich habe gelernt, dass in Süßwasser die Leitfähigkeit nicht ausreicht, um ein Problem zu verursachen (Kurzschlüsse usw.), dass der Strom den "Weg des geringsten Widerstands" (wörtlich) nimmt. Ich bin mir nicht sicher, wie das alles im Meerwasser abschneiden würde.

Verdrahtungsübersicht (siehe SubDoc.txt)

Schritt 6: SubRun-Software

Das erste Video zeigt, dass Depth Hold ziemlich gut funktioniert.

Das zweite Video ist ein Test der Heading Hold-Funktion.

Pseudocode

Der Arduino Mega führt einen Sketch aus, der die folgende Logik ausführt:

1. Ruft PPM RC-Signal über Tether ab

   1. Pin Change Interrupt on data berechnet individuelle Kanal-PWM-Werte und hält sie auf dem neuesten Stand.
   2. Verwendet Medianfilter, um Rauschwerte zu vermeiden
   3. PWM-Werte, die Links/Rechts, Fwd/Back, Up/Down, CW/CCW und anderen Strgs zugewiesen sind.
2. Ermittelt Wassertiefe
3. Logik, um CW- oder CCW-Drehung zu ermöglichen

4. Schaut auf die Bedienelemente des Fahrers

   1. Verwendet Fwd/Back und Left/Right zur Berechnung der Stärke und des Winkels (Vektor) für den Antrieb der Seitenstrahlruder.
   2. Überprüfungen auf Scharf/Unscharf
   3. Verwendet CW/CCW zur Berechnung der Verdrehungskomponente oder
   4. Liest den Kompass, um zu sehen, ob ein Kursfehler vorliegt, und berechnet die korrigierende Verdrehungskomponente
   5. Verwendet Stärke-, Winkel- und Verdrehungsfaktoren, um Leistung und Richtung für jedes der vier Triebwerke zu berechnen
   6. Verwendet Up/Down, um Up/Down-Triebwerke zu betreiben (zwei Bugstrahlruder an einem Controller) oder
   7. Liest den Tiefenmesser ab, um zu sehen, ob ein Tiefenfehler vorliegt, und lässt die Auf-/Ab-Triebwerke zur Korrektur laufen
5. Liest Leistungsdaten
6. Liest Temperaturdaten vom Tiefenmesser (Wassertemperatur) und Kompass (interne Temperatur)

7. Sendet regelmäßig Telemetriedaten an Serial1

   Tiefe, Kurs, Wassertemperatur, Trockenrohrtemperatur, Batteriespannung, Ampere, Armstatus, Lichtstatus, Heartbeat

8. Betrachtet das PWM-Signal der Lichtsteuerung und schaltet das Licht über ein Relais ein / aus.

Vektorstrahlruder

Die Magie zum Steuern der Seitenstrahlruder ist in den Schritten 4.1, 4.3 und 4.5 oben. Um dies zu verfolgen, sehen Sie sich den Code auf der Arduino-Registerkarte mit dem Titel runThrusters-Funktionen getTransVectors() und runVectThrusters() an. Clevere Mathematik wurde aus verschiedenen Quellen kopiert, vor allem denen, die sich mit Mecanum Wheel Rovers befassten.

Schritt 7: Schwimmende Kontrollstation (aktualisiert)

6-Kanal-RC-Sender

Kontrollkasten

Die originale Steuerbox (alte Zigarrenkiste), die die Elektronik nicht auf dem Sub hielt, wurde durch eine schwimmende Steuerstation ersetzt.

Schwimmende Kontrollstation

Ich begann mir Sorgen zu machen, dass mein fünfzehn Meter langes Halteseil nicht lang genug war, um irgendwohin zu gelangen. Wenn ich auf einem Steg stehe, wird ein Großteil des Halteseils schon beim Rausgehen in den See mitgenommen und es bleibt nichts mehr zum Tauchen übrig. Da ich bereits eine Funkverbindung zur Steuerbox hatte, kam mir die Idee einer schwimmenden wasserdichten Steuerbox.

Also habe ich die alte Zigarrenkiste abgeschafft und die Elektronik der Steuerbox auf ein schmales Stück Sperrholz gelegt. Das Sperrholz rutscht in die 3-Zoll-Mündung eines 3-Gallonen-Kunststoffkrugs. Der TV-Bildschirm der Kontrollbox musste durch einen Videosender ersetzt werden. Und der RC-Sender (der einzige Teil, der noch an Land ist) hat jetzt ein Tablet mit Videoempfänger oben montiert. Das Tablet kann optional das angezeigte Video aufzeichnen.

Auf dem Deckel der Kanne befinden sich der Netzschalter und das Voltmeter, die Halteseilbefestigung, RC-Whisker-Antennen und eine Gummiente-Videosenderantenne. Wenn das ROV in den See hinausfährt, wollte ich nicht, dass es den Kontrollkrug zu weit kippt, also habe ich einen Ring in der Nähe des Bodens installiert, an dem das Halteseil geführt wird und an dem eine Rückholleine befestigt wird. Ich habe auch etwa 2 Zoll Beton auf den Boden des Krugs als Ballast gelegt, damit er aufrecht schwimmt.

Die schwimmende Steuerstation enthält folgende Elektronik:

• RC-Empfänger – mit PPM-Ausgang
• Arduino Uno
• OSD-Schild - Amazon
• RS485-Modul zur Verstärkung des seriellen Telemetriesignals
• Videosender
• Voltmeter zur Überwachung des 3s Lipo Batteriezustands
• 2200 mAh 3s Lipo Akku

Bildschirmanzeige (OSD)

In der Quad-Copter-Welt werden Telemetriedaten zum FPV-Display (First Person Video) am Drohnenende hinzugefügt. Ich wollte nicht noch mehr Zeug in das ohnehin überfüllte und unordentliche Dry Tube packen. Also habe ich mich dafür entschieden, die Telemetrie getrennt vom Video an die Basisstation zu senden und dort die Info auf den Bildschirm zu bringen. Ein OSD Shield von Amazon war dafür perfekt. Es hat einen Videoeingang, einen Videoausgang und eine Arduino-Bibliothek (MAX7456.h), die jedes Durcheinander verbirgt.

SubBase-Software

Folgende Logik wird in einem Sketch auf einem Arduino Uno im Leitstand ausgeführt:

1. Liest vorformatierte serielle Telemetrienachrichten
2. Schreibt eine Nachricht in das On-Screen-Display-Schild

Schritt 8: Zukünftige Sachen

Ich habe der Steuerbox ein Mini-DVR-Modul hinzugefügt, das zwischen dem OSD (On Screen Display) und dem kleinen Fernseher sitzt, um das Video aufzunehmen. Aber mit dem Wechsel zur Floating Control Station verlasse ich mich jetzt auf die Tablet-App, um Videos aufzunehmen.

Wenn ich wirklich ehrgeizig werde, kann ich versuchen, einen Greifarm hinzuzufügen. Es gibt ungenutzte Funkkanäle und ein ungenutztes Kabelpaar im Tether, die nur nach Arbeit suchen.

Zweiter Preis beim Make it Move-Wettbewerb