DIY Submersible ROV: 8 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

چقدر می تواند سخت باشد؟ به نظر می رسد چندین چالش برای ساخت یک ROV شناور وجود داشته است. اما این یک پروژه سرگرم کننده بود و فکر می کنم بسیار موفق بود. هدف من این بود که هزینه زیادی نداشته باشد ، رانندگی راحت باشد و یک دوربین برای نشان دادن آنچه در زیر آب می بیند داشته باشم. من ایده داشتن سیم آویزان از کنترل های راننده را دوست نداشتم ، و من قبلاً انواع فرستنده های کنترل رادیویی را دارم ، بنابراین این مسیری است که من رفتم ، با فرستنده و جعبه کنترل جداگانه. در فرستنده 6 کانالی که استفاده کردم ، چوب راست برای جلو/عقب و چپ/راست استفاده می شود. چپ سمت چپ بالا/پایین است و در جهت عقربه های ساعت/CCW بپیچید. این همان تنظیماتی است که در چهار کوپتر و غیره استفاده می شود.

من آنلاین نگاه کردم و برخی از ROV های گران قیمت را دیدم و تعدادی از آنها را با "محرک های بردار" دیدم. این بدان معناست که راننده های جانبی در زاویه 45 درجه نصب شده اند و نیروهای خود را برای حرکت ROV در هر جهتی ترکیب می کنند. من قبلاً یک مریخ نورد مکانیکی ساخته بودم و فکر می کردم ریاضیات آنجا کاربرد دارد. (Ref. Driving Mecanum Wheels Omnidirectional Robots). راننده های جداگانه برای غواصی و روی سطح استفاده می شود. و "بردارهای بردار" برای تلفن های موبایل جالب است.

برای سهولت در رانندگی آن ، من عمق نگه داشتن و نگه داشتن هد را می خواستم. به این ترتیب راننده نیازی به حرکت چوب چپ به جز غواصی/روی سطح یا چرخش به سرفصل جدید ندارد. به نظر می رسد این نیز کمی چالش برانگیز بوده است.

این دستورالعمل به عنوان مجموعه ای از دستورالعمل ها برای انجام خود شما در نظر گرفته نشده است. هدف بیشتر ارائه منبعی است که اگر کسی قصد ایجاد ROV خود را داشته باشد ممکن است از آن استفاده کند.

مرحله 1: قاب

این یک انتخاب آسان بود. به دنبال دیدن آنچه که دیگران انجام داده اند مرا به سمت لوله PVC 1/2 اینچی سوق داده اند. ارزان است و کار با آن آسان است. من یک طرح کلی ارائه کردم که راننده های جانبی و راننده های بالا/پایین را در خود جای دهد. بلافاصله پس از مونتاژ ، آن را زردپاش کردم. اوه ، بله ، اکنون یک زیردریایی است! من سوراخ هایی را در بالا و پایین لوله ایجاد کردم تا اجازه جاری شدن آن را بدهد. برای اتصال وسایل ، من نخ ها را به PVC چسباندم و از 4 40 پیچ ضد زنگ استفاده کردم. من از آنها بسیار استفاده کردم.

در مرحله بعد اسکایدهایی نشان داده می شوند که توسط رایزرهای چاپ سه بعدی از پایین نگه داشته می شوند. برای ساختن آن به دستگاه های بلند کننده نیاز بود تا باتری را جدا کرده و تعویض کنید. من سینی را برای نگه داشتن باتری به صورت سه بعدی چاپ کردم. باتری در سینی توسط یک بند Velcro محکم شده است. لوله خشک نیز بر روی قاب با بندهای مخملی نگه داشته شده است.

مرحله 2: لوله خشک

اولین عکس ، آزمایش شناوری است. عکس دوم تلاش می کند تا نشان دهد که چگونه سیم های رانش به اتصالات گلوله گلدان هدایت می شوند. عکس سوم بیشتر شبیه به یک دست انداز اضافی برای عمق سنج گلدان و سیم های آن است. عکس چهارم نشان می دهد که لوله خشک را جدا می کنید.

شناوری

لوله خشک حاوی وسایل الکترونیکی است و بیشتر شناورهای مثبت را تأمین می کند. ایده آل مقدار کمی شناوری مثبت است ، بنابراین اگر همه چیز خراب شود ، ROV در نهایت به سطح شناور می شود. این کار کمی آزمایش و خطا می برد. مجموعه ای که در اینجا هنگام آزمایش شناور نشان داده شد ، چندین پوند نیرو برای زیر آب بردن آن طول کشید. این منجر به هرگونه تصمیم ساده برای سوار شدن باتری روی برد (برخلاف قدرت ناشی از اتصال به اینترنت) می شود. همچنین منجر به کوتاه شدن طول لوله شد. به نظر می رسد یک لوله 4 اینچی حدود 1/4 پوند شناوری در هر اینچ طول را فراهم می کند (من یک بار ریاضی را انجام دادم اما این یک حدس است). من همچنین در انتها "اسکید" PVC را در پایین قرار دادم. آنها در انتها پیچ می زنند که من در آن سربی را برای تنظیم دقیق شناوری قرار می دهم.

مهر آب محکم

پس از استفاده از اپوکسی برای بستن درزها و سوراخ ها و استفاده از اتصالات بدون توپ نئوپرن ، ROV به طور قابل اطمینان ضد آب بود. من مدتی با اتصالات اترنت "ضد آب" دست و پنجه نرم کردم ، اما در نهایت از این اتصالات صرف نظر کردم و فقط یک سوراخ کوچک ایجاد کردم ، سیم را به داخل هدایت کردم و سوراخ را با اپوکسی "گلدان" کردم. پس از محکم شدن اتصالات بدون هاب ، تلاش برای حذف آنها دشوار بود. من دریافتم که کمی لکه گریس سفید باعث خشک شدن لوله خشک شده و بسیار راحت تر کنار هم قرار می گیرد.

برای نصب گنبد اکریلیک ، من سوراخی در یک درپوش 4 اینچی ABS ایجاد کردم که لبه ای برای دریافت لبه گنبد ایجاد می کرد. در ابتدا من چسب حرارتی را امتحان کردم ، اما بلافاصله نشت کرد و به اپوکسی رفتم.

داخل

تمام قطعات الکترونیکی داخلی روی یک ورق آلومینیومی 1/16 اینچی (با استند) نصب شده اند. عرض آن کمتر از 4 اینچ است و طول لوله را افزایش می دهد. بله ، می دانم که الکتریسیته را هدایت می کند ، اما گرما را نیز هدایت می کند.

سیمها از راه می رسند

درپوش عقب 4 اینچی ABS یک سوراخ 2 اینچی در آن ایجاد شده و یک آداپتور زن 2 اینچی ABS به آن چسبانده شده است. یک پلاگین 2 اینچی سوراخی ایجاد کرده است که سیم اترنت از آن عبور کرده و در گلدان قرار می گیرد. یک قطعه کوچک 3 اینچی ABS که روی آن چسبانده شده است همچنین یک منطقه دایره ای کوچک برای "گلدان" ایجاد کرده است.

من سوراخ های زیادی (2 عدد برای هر راننده) ایجاد کردم ، اما ای کاش کارهای بیشتری انجام می دادم. هر سوراخ یک اتصال دهنده گلوله زنانه به داخل آن وارد می کرد (در حالی که از آهن لحیم کاری داغ بود). سیم های راننده و سیم های باتری اتصالات گلوله مردانه را به هم وصل کردند.

من در پایان یک برآمدگی کوچک ABS اضافه کردم تا جایی برای قرار دادن سیم عمق سنج و گلدان به من بدهد. بهم ریخته تر از آن چیزی بود که دوست داشتم و سعی کردم سیمها را با یک نگهدارنده کوچک با شکافهایی در آن سازمان دهم.

مرحله 3: DIY Thrusters

من ایده های زیادی از وب گرفتم و تصمیم گرفتم با کارتریج پمپ بلژیک کار کنم. آنها هریک نسبتاً ارزان هستند (حدود 20 دلار+) و دارای گشتاور و سرعت مناسب هستند. من از دو کارتریج 500 گالن در ساعت برای راننده های بالا/پایین و چهار کارتریج 1000 GPH برای رانشگرهای جانبی استفاده کردم. اینها کارتریج های پمپ جانسون بودند و من آنها را از طریق آمازون تهیه کردم.

من با استفاده از طرحی از Thingaverse ، ROV Bilge Pump Thruster Mount ، محفظه های پیش راننده را چاپ کردم. من همچنین پروانه ها را به صورت سه بعدی چاپ کردم ، دوباره با طرحی از Thingaverse ، ROV Bilge Pump Thruster Propeller. آنها کمی اقتباس کردند اما بسیار خوب کار کردند.

مرحله 4: اتصال به اینترنت

من از طول 50 فوت کابل اترنت Cat 6 استفاده کردم. من آن را به 50 فوت طناب پلی پروپیلن هل دادم. من از انتهای یک قلم توپ استفاده کردم که روی کابل چسبیده بود و حدود یک ساعت طول کشید تا آن را از طناب بکشم. خسته کننده است ، اما کار کرد. طناب محافظت ، استحکام کشیدن و شناوری مثبت را فراهم می کند. این ترکیب همچنان فرو می ریزد اما نه به اندازه کابل اترنت به تنهایی.

سه مورد از چهار جفت کابل استفاده می شود.

• دوربین سیگنال و زمین - محافظ Arduino OSD در جعبه کنترل
• سیگنال PPM ArduinoMega و گیرنده <---- RC در جعبه کنترل
• ArduinoMega Telemetry signal RS485 - مطابق RS485 Arduino Uno در کادر کنترل

بر اساس نظرات یکی دیگر از مشارکت کنندگان Instructables ، متوجه شدم که کشیدن اتصال در کف دریاچه خوب نخواهد بود. در آزمایش استخر شنا مشکلی نبود. بنابراین من با استفاده از PLA و دیوارهای ضخیم تر از حد معمول ، دسته ای از شناورهای کلیپس را چاپ کردم. تصویر بالا شناورهای مستقر در اتصال را نشان می دهد ، که بیشتر نزدیک به ROV گروه بندی شده اند اما به طور متوسط حدود 18 اینچ از یکدیگر فاصله دارند. مجدداً بر اساس نظرات مشارکت کننده دیگر ، من شناورها را درون یک کیسه مشبک که به بسته بند متصل است ، قرار دادم تا ببینم آیا به اندازه کافی دارم.

مرحله 5: الکترونیک روی برد

عکس اول دوربین و قطب نما را نشان می دهد. عکس دوم نشان می دهد چه اتفاقی می افتد اگر شما به اضافه کردن موارد ادامه دهید. عکس سوم کنترل کننده های موتور نصب شده در زیر را با صفحات آلومینیومی به عنوان گرمکن جایگزین نشان می دهد.

خشک

• دوربین - دوربین میکرو 120 درجه 600TVL FPV بادامک

  نصب شده بر روی نگهدارنده چاپ سه بعدی که آن را تا داخل گنبد امتداد می دهد

• قطب نما با جبران شیب - CMPS12

  • قرائت های ژیروسکوپ و شتاب سنج به صورت خودکار با قرائت مغناطیس سنج یکپارچه می شود تا خواندن قطب نما به عنوان کنترل کننده ROV در اطراف صحیح بماند.
  • قطب نما همچنین امکان خواندن دما را نیز فراهم می کند

• درایورهای موتور - Ebay - BTS7960B x 5

  • برای صرفه جویی در فضا ، سینک های حرارتی بزرگ باید برداشته شوند
  • چربی انتقال حرارت بر روی صفحات آلومینیومی ¼”نصب شده است
  • صفحات آلومینیومی مستقیماً در دو طرف قفسه الکترونیکی آلومینیومی نصب شده اند
  • تجربه نشان می دهد که رانندگان در زیر ظرفیت به خوبی کار می کنند بنابراین گرما مشکلی ایجاد نمی کند
• آردوینو مگا
• ماژول RS485 برای تقویت سیگنال تله متری سریال

• سنسور جریان ماژول قدرت

  • حداکثر توان 3 آمپر 5 ولت را برای لوازم الکترونیکی تامین می کند
  • اندازه گیری شدت جریان تا 90A برای رانندگان موتور 12 ولت
  • ولتاژ باتری را اندازه گیری می کند
• رله (5 ولت) برای عملکرد چراغ های 12 ولت

خیس

• ماژول سنسور فشار (عمق)-آمازون-MS5540-CM

  همچنین امکان خواندن دمای آب را نیز فراهم می کند

• باتری AGM 10 آمپر/ساعت 12 ولت

من نگران بودم که بسیاری از تماس های الکتریکی در معرض آب باشد. آموختم که در آب شیرین ، رسانایی کافی برای ایجاد مشکل (اتصال کوتاه و غیره) وجود ندارد ، که جریان "مسیر کمترین مقاومت" را (به معنای واقعی کلمه) طی می کند. من مطمئن نیستم که همه اینها در آب دریا چگونه خواهد بود.

طرح سیم کشی (به SubDoc.txt مراجعه کنید)

مرحله 6: نرم افزار SubRun

اولین ویدئو نشان می دهد که Depth Hold بسیار خوب کار می کند.

ویدئوی دوم آزمایشی از ویژگی Heading Hold است.

شبه کد

Arduino Mega طرحی را اجرا می کند که منطق زیر را انجام می دهد:

1. سیگنال PPM RC را از طریق اتصال دریافت می کند

   1. پین تغییر وقفه روی داده ها ، مقادیر PWM کانال را محاسبه کرده و آنها را به روز نگه می دارد
   2. برای جلوگیری از مقادیر نویز از فیلتر متوسط استفاده می کند
   3. مقادیر PWM به چپ/راست ، Fwd/Back ، بالا/پایین ، CW/CCW و سایر ctls اختصاص داده شده است.
2. عمق آب را بدست می آورد
3. منطق اجازه می دهد تا پیچ و تاب CW یا CCW به پایان برسد

4. به کنترل های راننده نگاه می کند

   1. برای محاسبه قدرت و زاویه (بردار) برای پیش راننده های جانبی از Fwd/Back و Left/Right (راست) استفاده می کند.
   2. بررسی بازو/خلع سلاح
   3. از CW/CCW برای محاسبه اجزای پیچ و تاب یا
   4. قطب نما را می خواند تا ببیند خطای عنوان چیست و جزء پیچش اصلاحی را محاسبه می کند
   5. از قدرت ، زاویه و عوامل پیچشی برای محاسبه قدرت و جهت هر یک از چهار محرک استفاده می کند
   6. از بالا/پایین برای اجرای رانشگران بالا/پایین (دو راننده در یک کنترلر) یا
   7. عمق متر را می خواند تا ببیند آیا خطای عمق وجود دارد و راننده های بالا/پایین را برای تصحیح اجرا می کند
5. داده های قدرت را می خواند
6. خواندن داده های دما از عمق متر (دمای آب) و قطب نما (دمای داخلی)

7. به صورت دوره ای داده های تله متری را به بالا ارسال می کند Serial1

   عمق ، عنوان ، دمای آب ، دمای لوله های خشک ، ولتاژ باتری ، آمپر ، وضعیت بازو ، وضعیت چراغ ها ، ضربان قلب

8. به سیگنال PWM کنترل نور نگاه می کند و نور را از طریق رله روشن/خاموش می کند.

Thrusters وکتور

جادوی کنترل راننده های جانبی در مراحل 4.1 ، 4.3 و 4.5 بالا است. برای پیگیری این امر ، کد را در برگه آردوینو با عنوان runThrusters توابع getTransVectors () و runVectThrusters () نگاه کنید. ریاضیات هوشمندانه از منابع مختلف کپی شده است ، در درجه اول از کسانی که در مورد مریخ نوردهای mecanum سروکار دارند.

مرحله 7: ایستگاه کنترل شناور (به روز شده)

فرستنده RC 6 کانال

جعبه کنترل

جعبه کنترل اصلی (جعبه سیگار برگ قدیمی) که قطعات الکترونیکی را روی قسمت زیرین نگه داشت ، با یک ایستگاه کنترل شناور جایگزین شده است.

ایستگاه کنترل شناور

شروع به نگرانی کردم که اتصال پنجاه فوتی من به اندازه کافی طولانی نبوده و به جایی نمی رسید. اگر من روی اسکله ایستاده باشم ، قسمت اعظم اتصال فقط با بیرون آمدن به دریاچه انجام می شود و دیگر چیزی برای غواصی باقی نمی ماند. از آنجا که پیوند رادیویی به جعبه کنترل داشتم ، تصور یک جعبه کنترل ضد آب شناور را دریافت کردم.

بنابراین جعبه سیگار برگ قدیمی را کنار گذاشتم و وسایل الکترونیکی جعبه کنترل را روی یک تکه تخته سه لا باریک گذاشتم. تخته سه لا در دهانه 3 اینچی یک کوزه پلاستیکی سه گالنی می لغزد. صفحه تلویزیون از جعبه کنترل باید با فرستنده ویدئو جایگزین شود. و فرستنده RC (تنها بخشی که هنوز در ساحل است) در حال حاضر یک تبلت با گیرنده ویدئو در بالای آن نصب شده است. این تبلت می تواند به صورت اختیاری ویدئویی را که نمایش می دهد ضبط کند.

درب کوزه دارای سوئیچ قدرت و ولت متر ، اتصال متصل ، آنتن های ویسکر RC و آنتن فرستنده ویدئویی لاستیکی است. وقتی ROV به دریاچه می رود من نمی خواستم که آن شیشه کنترل را خیلی دور کند بنابراین من یک حلقه در نزدیکی قسمت پایین که محل اتصال آن است و جایی که یک خط بازیابی به آن متصل می شود نصب کردم. من همچنین حدود 2 اینچ بتن را در انتهای کوزه به عنوان بالاست قرار دادم تا به صورت راست شناور شود.

ایستگاه کنترل شناور شامل قطعات الکترونیکی زیر است:

• گیرنده RC - با خروجی PPM
• آردوینو اونو
• OSD Shield - آمازون
• ماژول RS485 برای تقویت سیگنال تله متری سریال
• فرستنده ویدئو
• ولت متر برای نظارت بر سلامت باتری Lipo 3s
• باتری Lipo 2200 mah 3s

نمایش روی صفحه (OSD)

در دنیای کواد کوپتر ، داده های تله متری به صفحه FPV (فیلم اول شخص) در انتهای هواپیمای بدون سرنشین اضافه می شود. من نمی خواستم چیزهای بیشتری را داخل لوله خشک شلوغ و درهم و برهم قرار دهم. بنابراین ترجیح دادم که تله متری را جدا از فیلم به ایستگاه پایه ارسال کنم و اطلاعات را روی صفحه نمایش بگذارم. OSD Shield از آمازون برای این کار عالی بود. دارای یک ویدیوی ورودی ، خروجی ویدئو و یک کتابخانه آردوینو (MAX7456.h) است که هرگونه آشفتگی را پنهان می کند.

نرم افزار SubBase

منطق زیر در طرح روی Arduino Uno در ایستگاه کنترل اجرا می شود:

1. پیام تله متری سریال از پیش فرمت شده را می خواند
2. پیام را به سپر نمایش روی صفحه می نویسد

مرحله 8: موارد آینده

من یک ماژول DVR کوچک به جعبه کنترل اضافه کردم تا بین OSD (نمایش روی صفحه) و تلویزیون کوچک برای ضبط ویدئو قرار گیرد. اما با تغییر در ایستگاه کنترل شناور ، اکنون برای ضبط ویدئو به برنامه رایانه لوحی تکیه می کنم.

اگر واقعاً جاه طلب باشم ، ممکن است سعی کنم بازوی چنگ زدن را اضافه کنم. کانالهای کنترل رادیویی بلااستفاده و یک جفت کابل بلااستفاده در اتصال فقط به دنبال کار هستند.

جایزه دوم در مسابقه Make it Move