DIY Submersible ROV: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

มันจะยากแค่ไหน? ปรากฎว่ามีความท้าทายหลายอย่างในการสร้าง ROV ใต้น้ำ แต่มันเป็นโครงการที่สนุก และฉันคิดว่ามันค่อนข้างประสบความสำเร็จ เป้าหมายของฉันคือไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายมากมาย ขับง่าย และมีกล้องเพื่อแสดงสิ่งที่เห็นใต้น้ำ ฉันไม่ชอบความคิดที่จะให้สายไฟห้อยลงมาจากส่วนควบคุมของคนขับ และฉันมีเครื่องส่งสัญญาณควบคุมวิทยุหลายตัวอยู่แล้ว นั่นคือทิศทางที่ฉันเดินไป โดยแยกตัวส่งและกล่องควบคุม ตัวส่งสัญญาณ 6 ช่องที่ฉันใช้ แท่งขวาใช้สำหรับเดินหน้า/ถอยหลัง และซ้าย/ขวา แท่งด้านซ้ายคือขึ้น/ลง และหมุนตามเข็มนาฬิกา/ทวนเข็มนาฬิกา นี่เป็นการตั้งค่าเดียวกับที่ใช้กับคอปเตอร์สี่ตัว ฯลฯ

ฉันดูออนไลน์และเห็น ROV ราคาแพง และเห็นบางตัวที่มี "vectored thrusters" ซึ่งหมายความว่าตัวขับดันด้านข้างถูกติดตั้งที่มุม 45 องศา และรวมกำลังของมันเพื่อเคลื่อน ROV ไปในทิศทางใดก็ได้ ฉันได้สร้างรถโรเวอร์ล้อ mecanum แล้ว และฉันคิดว่าคณิตศาสตร์ที่นั่นจะนำไปใช้ (Ref. การขับ Mecanum Wheels Omnidirectional Robots) ขับดันแยกใช้สำหรับดำน้ำและพื้นผิว และ "เวกเตอร์ขับดัน" ฟังดูเท่

เพื่อความสะดวกในการขับขี่ ฉันต้องการการคงระยะลึกและการบังคับทิศทางที่มุ่งหน้าไป วิธีนี้ทำให้คนขับไม่ต้องขยับคันบังคับทางซ้ายเลย ยกเว้นการดำน้ำ/การพุ่งผิวน้ำ หรือเปลี่ยนทิศทางใหม่ ปรากฎว่านี่เป็นความท้าทายเล็กน้อย

คำแนะนำนี้ไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นแนวทางในการทำด้วยตัวเอง จุดประสงค์คือการจัดหาทรัพยากรที่บางคนอาจดึงออกมาได้หากพวกเขาต้องการสร้าง ROV ใต้น้ำของตนเอง

ขั้นตอนที่ 1: The Frame

นี่เป็นทางเลือกที่ง่าย มองหาสิ่งที่คนอื่นทำ ผลักฉันไปทางท่อพีวีซี 1/2 นิ้ว ราคาถูกและใช้งานง่าย ฉันมากับการออกแบบโดยรวมที่จะรองรับตัวขับดันด้านข้างและตัวขับดันขึ้น/ลง หลังจากประกอบเสร็จฉันก็พ่นสีเหลือง โอ้ ใช่ ตอนนี้มันเป็นเรือดำน้ำ! ฉันเจาะรูบนท่อด้านบนและด้านล่างเพื่อให้น้ำท่วม สำหรับการติดสิ่งต่าง ๆ ฉันใช้เกลียวใน PVC และใช้สกรูสแตนเลส 4 40 ตัว ฉันใช้มันเป็นจำนวนมาก

ที่แสดงในระยะต่อมาคือแผ่นกันลื่นที่ยึดจากด้านล่างโดยตัวยกแบบพิมพ์ 3 มิติ ตัวยกจำเป็นต้องทำเพื่อให้สามารถถอดและเปลี่ยนแบตเตอรี่ได้ ฉันพิมพ์ 3d ถาดใส่แบตเตอรี่ แบตเตอรี่ถูกยึดไว้ในถาดด้วยสายรัดเวลโคร Dry Tube ยังยึดเข้ากับเฟรมด้วยสายรัดเวลโคร

ขั้นตอนที่ 2: The Dry Tube

รูปแรกเป็นการทดสอบการลอยตัว รูปที่สองพยายามแสดงให้เห็นว่าสายไฟของทรัสเตอร์ถูกนำไปที่ขั้วต่อกระสุนแบบกระถางได้อย่างไร รูปที่สามมีความเหมือนกันมากกว่าบวกกับการกระแทกเพิ่มเติมสำหรับเครื่องวัดความลึกและสายไฟ รูปที่สี่แสดงการดึงท่อแห้งออกจากกัน

การลอยตัว

Dry Tube ประกอบด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และให้ทุ่นลอยน้ำเชิงบวกส่วนใหญ่ อุดมคติคือการลอยตัวในเชิงบวกเพียงเล็กน้อย ดังนั้นหากสิ่งผิดปกติ ROV จะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำในที่สุด การดำเนินการนี้ต้องใช้การลองผิดลองถูกเล็กน้อย การประกอบที่แสดงไว้ที่นี่ระหว่างการทดสอบการลอยตัวนั้นต้องใช้แรงหลายปอนด์ในการทำให้จมลงใต้น้ำ สิ่งนี้นำไปสู่การตัดสินใจที่ง่ายดายในการติดตั้งแบตเตอรี่บนบอร์ด นอกจากนี้ยังนำไปสู่การตัดท่อตามยาว ปรากฎว่าท่อขนาด 4 นิ้วให้แรงลอยตัวประมาณ 1/4 ปอนด์ต่อความยาวหนึ่งนิ้ว (ฉันเคยคำนวณมาแล้วครั้งหนึ่ง แต่นี่เป็นการเดา) ฉันยังลงเอยด้วยการวาง "แผ่นกันกระแทก" ของ PVC ที่ด้านล่าง พวกเขามีสกรูที่ปลายซึ่งฉันใส่ในลีดช็อตเพื่อปรับทุ่นลอยน้ำอย่างละเอียด

ซีลกันน้ำ

เมื่อฉันเริ่มใช้อีพ็อกซี่เพื่อปิดผนึกรอยต่อและรู และใช้คอนเนคเตอร์แบบไม่มีดุมนีโอพรีน ROV ก็กันน้ำได้อย่างน่าเชื่อถือ ฉันพยายามใช้ตัวเชื่อมต่ออีเทอร์เน็ตที่ "กันน้ำ" อยู่ครู่หนึ่ง แต่สุดท้ายฉันก็เลิกใช้แล้วจึงเจาะรูเล็กๆ นำลวดเข้าไป และ "ใส่" รูด้วยอีพ็อกซี่ หลังจากขันขั้วต่อแบบไม่มีดุมล้อเข้าที่ การพยายามถอดออกก็เป็นเรื่องยาก ฉันค้นพบว่าคราบไขมันสีขาวเล็กน้อยทำให้ Dry Tube แยกออกจากกันและดันเข้าด้วยกันได้ง่ายขึ้นมาก

ในการติดโดมอะคริลิก ฉันแกะสลักรูในฝา ABS ขนาด 4 โดยปล่อยให้ขอบรับขอบโดม ตอนแรกฉันลองใช้กาวร้อน แต่นั่นก็รั่วทันทีและฉันก็เปลี่ยนเป็นอีพ็อกซี่

ข้างใน

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในทั้งหมดติดตั้งบนแผ่นอะลูมิเนียมขนาด 1/16 นิ้ว (พร้อมขาตั้ง) มีความกว้างเพียง 4 นิ้วและขยายความยาวของท่อ ใช่ ฉันรู้ว่ามันนำไฟฟ้า แต่ก็นำความร้อนได้เช่นกัน

สายไฟกำลังมา

ฝาปิด ABS ขนาด 4" ด้านหลังมีรูเจาะขนาด 2 นิ้ว และอะแดปเตอร์ตัวเมีย ABS ขนาด 2" ติดกาว ปลั๊กขนาด 2" เจาะรูเพื่อให้สายอีเทอร์เน็ตลอดผ่านและใส่ลงในกระถาง ชิ้นเล็กๆ ขนาด 3" ABS ที่ติดกาวยังสร้างพื้นที่วงกลมเล็ก ๆ สำหรับ "potting"

ฉันเจาะสิ่งที่ดูเหมือนเป็นรูมากมาย (2 ตัวต่อตัวขับดันแต่ละตัว) แต่ฉันหวังว่าจะทำมากกว่านี้ แต่ละรูมีขั้วต่อกระสุนหญิงดันเข้าไป (ขณะร้อนจากหัวแร้ง) สายไฟและสายแบตเตอรีมีขั้วต่อหัวกระสุนชายบัดกรี

ฉันลงเอยด้วยการเพิ่มการกระแทก ABS เล็กน้อยเพื่อให้มีที่สำหรับลวดเกจความลึกที่จะผ่านเข้ามาและถูกใส่ในกระถาง มันเลอะเทอะกว่าที่ฉันชอบและฉันพยายามจัดระเบียบสายไฟด้วยที่ยึดเล็ก ๆ ที่มีช่องเสียบอยู่

ขั้นตอนที่ 3: DIY Thrusters

ฉันได้รับแนวคิดมากมายจากเว็บและตัดสินใจเลือกใช้ตลับปั๊มน้ำท้องเรือ พวกมันค่อนข้างถูก (ประมาณ 20 เหรียญขึ้นไป) และมีแรงบิดและความเร็วที่เหมาะสม ฉันใช้คาร์ทริดจ์ 500 แกลลอน/ชั่วโมงสองตลับสำหรับขับดันขึ้น/ลง และคาร์ทริดจ์ 1,000 GPH สี่ตลับสำหรับขับดันด้านข้าง นี่คือ Johnson Pump Cartridges และฉันได้รับจาก Amazon

ฉันพิมพ์ตัวเรือนแบบ 3 มิติโดยใช้การออกแบบจาก Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Mount ฉันยังพิมพ์ใบพัด 3 มิติอีกครั้งด้วยการออกแบบจาก Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Propeller พวกเขาปรับตัวเล็กน้อย แต่ทำงานได้ดี

ขั้นตอนที่ 4: Tether

ฉันใช้สายเคเบิลอีเทอร์เน็ต Cat 6 ยาว 50 ฟุต ฉันผลักมันเข้าไปในเชือกโพลีโพรพิลีน 50 ฟุต ฉันใช้ปลายปากกาลูกลื่นติดเทปไว้กับสายเคเบิลและใช้เวลาประมาณหนึ่งชั่วโมงในการดันมันผ่านเชือก น่าเบื่อ แต่ก็ได้ผล เชือกให้การป้องกัน ความแข็งแรงในการดึง และการลอยตัวในเชิงบวก การรวมกันยังคงจม แต่ไม่เลวร้ายเท่ากับสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตด้วยตัวเอง

ใช้สายคู่สามในสี่คู่

• สัญญาณวิดีโอและกราวด์ของกล้อง - Arduino OSD shield ในกล่องควบคุม
• ArduinoMega PPM สัญญาณและกราวด์ <---- ตัวรับสัญญาณ RC ในกล่องควบคุม
• ArduinoMega Telemetry สัญญาณ RS485 - จับคู่ RS485 Arduino Uno ในกล่องควบคุม

จากความคิดเห็นจากผู้ร่วมให้ข้อมูลคนอื่นของ Instructables ฉันตระหนักว่าการผูกเชือกผูกไว้ที่ก้นทะเลสาบคงจะไม่ดี ในการทดสอบสระว่ายน้ำก็ไม่เป็นปัญหา ดังนั้นฉันจึงพิมพ์ 3 มิติของคลิปออนโฟลต โดยใช้ PLA และผนังที่หนากว่าปกติ รูปภาพด้านบนแสดงทุ่นลอยที่ปรับใช้บนสายโยง โดยจัดกลุ่มอย่างใกล้ชิดกับ ROV มากขึ้น แต่โดยเฉลี่ยห่างกันประมาณ 18 นิ้ว อีกครั้งตามความคิดเห็นของผู้ร่วมให้ข้อมูลคนอื่น ฉันใส่ทุ่นลงในถุงตาข่ายที่ผูกติดกับเชือกผูกเพื่อดูว่าฉันมีเพียงพอหรือไม่

ขั้นตอนที่ 5: ออนบอร์ดอิเล็กทรอนิกส์

รูปแรกแสดงกล้องและเข็มทิศ รูปที่สองแสดงสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณเพิ่มสิ่งต่างๆ ไปเรื่อยๆ รูปที่ 3 แสดงชุดควบคุมมอเตอร์ด้านล่างที่มีแผ่นอะลูมิเนียมเป็นแผงระบายความร้อนสำรอง

แห้ง

• กล้อง – ไมโคร 120 องศา 600TVL FPV cam

  ติดตั้งบนแท่นพิมพ์ 3 มิติที่ยื่นออกไปในโดม

• เข็มทิศชดเชยการเอียง – CMPS12

  • การอ่านค่า Gyro และ Accelerometer ในตัวจะรวมเข้ากับการอ่านค่า Magnetometer โดยอัตโนมัติเพื่อให้การอ่านเข็มทิศถูกต้องเมื่อ ROV โบกไปมา
  • เข็มทิศยังให้การอ่านอุณหภูมิ

• ไดรเวอร์มอเตอร์ – อีเบย์ – BTS7960B x 5

  • ต้องถอดฮีตซิงก์ขนาดใหญ่ออกเพื่อประหยัดพื้นที่
  • จารบีถ่ายเทความร้อนติดบนแผ่นอะลูมิเนียม ¼”
  • แผ่นอลูมิเนียมติดตั้งโดยตรงทั้งสองด้านของชั้นวางอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อลูมิเนียม
  • ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าคนขับทำงานได้ดีภายใต้ความจุ ดังนั้นความร้อนจึงไม่ใช่ปัญหา
• Arduino Mega
• โมดูล RS485 เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของสัญญาณ telemetry แบบอนุกรม

• เซ็นเซอร์ปัจจุบัน โมดูลพลังงาน

  • ให้พลังงานสูงถึง 3A ของ 5v สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
  • วัดค่าแอมแปร์ได้ถึง 90A ไปที่ตัวขับมอเตอร์ 12v
  • วัดแรงดันแบตเตอรี่
• รีเลย์ (5v) เพื่อใช้งานไฟ 12v

เปียก

• โมดูลเซ็นเซอร์ความดัน (ความลึก) – Amazon – MS5540-CM

  นอกจากนี้ยังมีการอ่านอุณหภูมิน้ำ

• แบตเตอรี่ AGM 10 แอมป์/ชม. 12 โวลต์

ฉันกังวลว่าหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าจำนวนมากโดนน้ำ ฉันได้เรียนรู้ว่าในน้ำจืด มีค่าการนำไฟฟ้าไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดปัญหา (ไฟฟ้าลัดวงจร ฯลฯ) ซึ่งกระแสใช้ "เส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด" (ตามตัวอักษร) ฉันไม่แน่ใจว่าทั้งหมดนี้จะเป็นอย่างไรในน้ำทะเล

โครงร่างการเดินสายไฟ (ดู SubDoc.txt)

ขั้นตอนที่ 6: ซอฟต์แวร์ SubRun

วิดีโอแรกแสดงให้เห็นว่า Depth Hold ทำงานได้ดี

วิดีโอที่สองคือการทดสอบคุณสมบัติ Heading Hold

รหัสเทียม

Arduino Mega รันสเก็ตช์ที่ดำเนินการตามตรรกะต่อไปนี้:

1. รับสัญญาณ PPM RC ผ่าน tether

   1. Pin Change Interrupt ของข้อมูลจะคำนวณค่า PWM แต่ละช่องสัญญาณและคอยอัปเดตอยู่เสมอ
   2. ใช้ตัวกรองค่ามัธยฐานเพื่อหลีกเลี่ยงค่าเสียงรบกวน
   3. ค่า PWM ที่กำหนดให้กับ Left/Right, Fwd/Back, Up/Down, CW/CCW และ ctls อื่นๆ
2. รับความลึกของน้ำ
3. ตรรกะเพื่อให้ CW หรือ CCW บิดให้เสร็จ

4. ดูการควบคุมไดรเวอร์

   1. ใช้ Fwd/Back และ Left/Right เพื่อคำนวณความแรงและมุม (เวกเตอร์) สำหรับตัวขับดันด้านคนขับ
   2. ตรวจสอบแขน/ปลดอาวุธ
   3. ใช้ CW/CCW เพื่อคำนวณส่วนประกอบบิดหรือ
   4. อ่านเข็มทิศเพื่อดูว่าส่วนหัวผิดพลาดหรือไม่และคำนวณส่วนประกอบบิดที่ถูกต้อง
   5. ใช้ปัจจัยด้านความแข็งแรง มุม และการบิดตัวเพื่อคำนวณกำลังและทิศทางของตัวขับดันทั้งสี่ตัว
   6. ใช้ขึ้น/ลงเพื่อเรียกใช้ขึ้น/ลง thrusters (สอง thrusters ในตัวควบคุมเดียว) หรือ
   7. อ่านมาตรวัดความลึกเพื่อดูว่ามีข้อผิดพลาดในความลึกหรือไม่และเรียกใช้ตัวขับดันขึ้น/ลงเพื่อแก้ไข
5. อ่านข้อมูลพลังงาน
6. อ่านข้อมูลอุณหภูมิจากเครื่องวัดความลึก (อุณหภูมิน้ำ) และเข็มทิศ (อุณหภูมิภายใน)

7. ส่งข้อมูล telemetry ขึ้นเป็นระยะ Serial1

   ความลึก, หัวเรื่อง, อุณหภูมิน้ำ, อุณหภูมิท่อแห้ง, แรงดันแบตเตอรี่, แอมป์, สถานะแขน, สถานะไฟ, การเต้นของหัวใจ

8. ดูที่สัญญาณ Light Control PWM และเปิด/ปิดไฟผ่านรีเลย์

ขับดันเวกเตอร์

ความมหัศจรรย์ในการควบคุมเครื่องขับดันด้านข้างอยู่ในขั้นตอนที่ 4.1, 4.3 และ 4.5 ด้านบน ในการดำเนินการนี้ ให้ดูโค้ดที่แท็บ Arduino ที่ชื่อว่า runThrusters functions getTransVectors() และ runVectThrusters() คณิตศาสตร์ที่ชาญฉลาดถูกคัดลอกมาจากแหล่งต่าง ๆ ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับรถโรเวอร์ล้อ mecanum

ขั้นตอนที่ 7: สถานีควบคุมลอยน้ำ (อัปเดต)

เครื่องส่งสัญญาณ RC 6 ช่อง

กล่องควบคุม

กล่องควบคุมเดิม (กล่องซิการ์เก่า) ที่ถืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ได้อยู่บน sub ได้ถูกแทนที่ด้วยสถานีควบคุมแบบลอยตัว

สถานีควบคุมลอยน้ำ

ฉันเริ่มกังวลว่าเชือกผูกรองเท้ายาวห้าสิบฟุตจะยาวไปไม่ถึงไหน ถ้าฉันยืนอยู่บนท่าเทียบเรือ เชือกส่วนใหญ่จะถูกดึงออกไปเมื่อออกจากทะเลสาบ และจะไม่เหลือให้ดำน้ำอีก เนื่องจากฉันมีวิทยุเชื่อมโยงไปยังกล่องควบคุมแล้ว ฉันจึงได้แนวคิดเรื่องกล่องควบคุมกันน้ำแบบลอยน้ำได้

ฉันก็เลยเลิกใช้กล่องซิการ์เก่าๆ แล้ววางกล่องควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ไว้บนไม้อัดชิ้นแคบๆ ไม้อัดหลุดเข้าไปในปากขวดพลาสติกขนาด 3 แกลลอนขนาด 3 นิ้ว หน้าจอทีวีจากกล่องควบคุมต้องถูกแทนที่ด้วยเครื่องส่งวิดีโอ และเครื่องส่งสัญญาณ RC (ส่วนเดียวที่ยังคงอยู่บนฝั่ง) ตอนนี้มีแท็บเล็ตที่มีตัวรับสัญญาณวิดีโอติดตั้งอยู่ด้านบน แท็บเล็ตสามารถเลือกบันทึกวิดีโอที่แสดง

ฝาเหยือกมีสวิตช์เปิดปิดและโวลต์มิเตอร์ อุปกรณ์ต่อพ่วง เสาอากาศ RC มัสสุ และเสาอากาศส่งสัญญาณวิดีโอที่รักด้วยยาง เมื่อ ROV ดึงออกสู่ทะเลสาบ ฉันไม่ต้องการให้ทิปเหยือกควบคุมมากเกินไป ดังนั้นฉันจึงติดตั้งวงแหวนใกล้กับด้านล่างซึ่งมีเชือกโยงและตำแหน่งที่จะติดเส้นดึงข้อมูล ฉันยังใส่คอนกรีตประมาณ 2 นิ้วที่ด้านล่างของเหยือกเพื่อเป็นบัลลาสต์เพื่อให้มันลอยตัวตรง

สถานีควบคุมลอยน้ำประกอบด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังต่อไปนี้:

• ตัวรับ RC – พร้อมเอาต์พุต PPM
• Arduino Uno
• OSD Shield - อเมซอน
• โมดูล RS485 เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของสัญญาณ telemetry แบบอนุกรม
• เครื่องส่งสัญญาณวิดีโอ
• โวลต์มิเตอร์เพื่อตรวจสอบสุขภาพแบตเตอรี่ Lipo 3 วินาที
• 2200 mah 3s Lipo Battery

การแสดงผลบนหน้าจอ (OSD)

ในโลกของ quad-copter ข้อมูล telemetry จะถูกเพิ่มไปยังจอแสดงผล FPV (First Person Video) ที่ส่วนท้ายของโดรน ฉันไม่ต้องการใส่สิ่งของอื่น ๆ ลงใน Dry Tube ที่พลุกพล่านและยุ่งเหยิง ดังนั้นฉันจึงเลือกที่จะส่งข้อมูลทางไกลไปยังสถานีฐานแยกจากวิดีโอและใส่ข้อมูลบนหน้าจอที่นั่น OSD Shield จาก Amazon นั้นสมบูรณ์แบบสำหรับสิ่งนี้ มีวิดีโอเข้า วิดีโอออก และไลบรารี Arduino (MAX7456.h) ที่ซ่อนความยุ่งเหยิง

ซอฟต์แวร์ฐานรอง

ตรรกะต่อไปนี้ถูกรันในแบบร่างบน Arduino Uno ในสถานีควบคุม:

1. อ่านข้อความ telemetry อนุกรมที่จัดรูปแบบไว้ล่วงหน้า
2. เขียนข้อความไปยังโล่การแสดงผลบนหน้าจอ

ขั้นตอนที่ 8: สิ่งในอนาคต

ฉันเพิ่มโมดูล DVR ขนาดเล็กลงในกล่องควบคุมเพื่อนั่งระหว่าง OSD (การแสดงผลบนหน้าจอ) กับทีวีเครื่องเล็กเพื่อบันทึกวิดีโอ แต่ด้วยการเปลี่ยนไปใช้ Floating Control Station ตอนนี้ฉันจึงอาศัยแอปแท็บเล็ตในการบันทึกวิดีโอ

ถ้าฉันมีความทะเยอทะยานจริง ๆ ฉันอาจลองเพิ่มแขนจับ มีช่องควบคุมวิทยุที่ไม่ได้ใช้และคู่สายเคเบิลที่ไม่ได้ใช้ในสายโยงเพื่อหางานทำ

รางวัลที่สองในการประกวด Make it Move