ROV Submersible DIY: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Seberapa sulit itu? Ternyata ada beberapa tantangan untuk membuat ROV submersible. Tapi itu adalah proyek yang menyenangkan dan saya pikir itu cukup berhasil. Tujuan saya adalah agar tidak mahal, mudah dikendarai, dan memiliki kamera untuk menunjukkan apa yang dilihatnya di bawah air. Saya tidak menyukai gagasan memiliki kabel yang menjuntai dari kontrol pengemudi, dan saya sudah memiliki berbagai pemancar kontrol radio, jadi itulah arah yang saya tuju, dengan pemancar dan kotak kontrol terpisah. Pada pemancar 6 saluran yang saya gunakan, tongkat kanan digunakan untuk maju/mundur dan kiri/kanan. Tongkat kiri adalah Atas/Bawah dan putar Searah Jarum Jam/CCW. Ini adalah pengaturan yang sama yang digunakan pada quad-copters, dll.

Saya melihat online dan melihat beberapa ROV yang mahal dan melihat beberapa dengan "pendorong vektor". Ini berarti pendorong samping dipasang pada sudut 45 derajat dan menggabungkan kekuatannya untuk menggerakkan ROV ke segala arah. Saya telah membangun mecanum wheel rover dan saya pikir matematika di sana akan berlaku. (Ref. Mengemudi Robot Omnidirectional Roda Mecanum). Pendorong terpisah digunakan untuk menyelam dan permukaan. Dan "pendorong vektor" terdengar keren.

Untuk kemudahan mengendarainya, saya menginginkan cengkeraman yang dalam dan cengkeraman heading. Dengan cara ini pengemudi tidak perlu menggerakkan stik kiri sama sekali kecuali untuk menyelam/permukaan atau berbelok ke heading baru. Ternyata ini juga sedikit tantangan.

Instruksi ini tidak dimaksudkan sebagai serangkaian petunjuk untuk melakukannya sendiri. Tujuannya lebih untuk menyediakan sumber daya yang dapat diambil seseorang jika mereka berniat membangun ROV submersible mereka sendiri.

Langkah 1: Bingkai

Ini adalah pilihan yang mudah. Melihat untuk melihat apa yang telah dilakukan orang lain mendorong saya ke arah pipa PVC 1/2 inci. Ini murah dan mudah untuk dikerjakan. Saya datang dengan desain keseluruhan yang akan mengakomodasi pendorong samping dan pendorong atas/bawah. Segera setelah perakitan, saya menyemprotnya dengan warna kuning. Oh ya, sekarang jadi kapal selam! Saya mengebor lubang di bagian atas dan bawah tabung untuk memungkinkannya membanjiri. Untuk memasang barang-barang saya mengetuk benang ke dalam PVC dan menggunakan 4 40 sekrup stainless. Saya menggunakan banyak dari mereka.

Ditampilkan pada tahap selanjutnya adalah selip yang ditahan dari bawah oleh anak tangga yang dicetak 3d. Riser diperlukan untuk membuatnya agar baterai dapat dilepas dan diganti. Saya 3d mencetak baki untuk menampung baterai. Baterai diamankan di baki dengan tali velcro. Tabung Kering juga dipegang pada bingkai dengan tali velcro.

Langkah 2: Tabung Kering

Gambar pertama adalah tes daya apung. Gambar kedua mencoba menunjukkan bagaimana kabel pendorong diarahkan ke konektor peluru pot. Gambar ketiga kurang lebih sama ditambah tonjolan tambahan untuk pengukur kedalaman pot dan kabelnya. Gambar keempat menunjukkan memisahkan tabung kering.

Kemampuan mengapung

Tabung Kering berisi elektronik dan memberikan sebagian besar daya apung positif. Yang ideal adalah sejumlah kecil daya apung positif, jadi jika terjadi kesalahan, ROV pada akhirnya akan mengapung ke permukaan. Ini membutuhkan sedikit trial and error. Perakitan yang ditunjukkan di sini selama uji pelampung membutuhkan beberapa pon kekuatan untuk membuatnya tenggelam. Hal ini menyebabkan keputusan yang mudah untuk memasang baterai on-board (berlawanan dengan kekuatan yang datang dari tambatan). Hal ini juga menyebabkan pemotongan tabung ke bawah. Ternyata tabung 4 inci menyediakan sekitar 1/4 pon daya apung per inci panjangnya (saya melakukan matematika sekali tetapi ini tebakan). Saya juga akhirnya meletakkan "selip" PVC di bagian bawah. Mereka memiliki sekrup di ujungnya di mana saya memasang tembakan timah untuk menyempurnakan daya apung.

Segel Kedap Air

Setelah saya memutuskan menggunakan epoksi untuk menutup jahitan dan lubang, dan memutuskan menggunakan konektor tanpa hub neoprene, ROV sangat kedap air. Saya berjuang untuk sementara waktu dengan konektor ethernet "tahan air", tetapi pada akhirnya saya menyerah pada ini dan hanya mengebor lubang kecil, mengarahkan kabel, dan "memasang" lubang dengan epoksi. Setelah konektor tanpa hub dikencangkan pada tempatnya, sulit untuk melepaskannya. Saya menemukan bahwa sedikit noda minyak putih membuat Tabung Kering terlepas dan lebih mudah disatukan.

Untuk memasang kubah akrilik saya membuat lubang di tutup ABS 4 meninggalkan langkan untuk menerima tepi kubah. Awalnya saya mencoba lem panas, tetapi itu segera bocor dan saya menggunakan epoksi.

Dalam

Semua elektronik bagian dalam dipasang pada lembaran aluminium 1/16 inci (dengan kebuntuan). Ini hanya di bawah 4 inci lebar dan memanjang panjang tabung. Ya, saya tahu itu menghantarkan listrik, tetapi juga menghantarkan panas.

Kabel Datang Melalui

Tutup ABS 4" belakang memiliki lubang 2 inci yang dibor ke dalamnya dan adaptor perempuan ABS 2" direkatkan. Steker 2" memiliki lubang yang dibor agar kabel Ethernet dapat masuk dan dimasukkan ke dalam pot. Sepotong kecil 3" Lem ABS juga membuat area lingkaran kecil untuk "pot".

Saya mengebor apa yang tampak seperti banyak lubang (2 untuk setiap pendorong), tetapi saya berharap saya telah melakukan lebih banyak. Setiap lubang mendapat konektor peluru perempuan yang didorong ke dalamnya (saat panas dari besi solder). Kabel pendorong dan kabel baterai membuat konektor peluru jantan disolder.

Saya akhirnya menambahkan sedikit tonjolan ABS untuk memberi saya tempat bagi kawat pengukur kedalaman untuk masuk dan dimasukkan ke dalam pot. Itu menjadi lebih berantakan daripada yang saya inginkan dan saya mencoba mengatur kabel dengan dudukan kecil dengan slot di dalamnya.

Langkah 3: Pendorong DIY

Saya mendapat banyak ide dari web dan memutuskan untuk menggunakan kartrid pompa lambung kapal. Mereka relatif murah (sekitar $ 20+) masing-masing dan memiliki jumlah torsi dan kecepatan yang tepat. Saya menggunakan dua kartrid 500 Galon/jam untuk pendorong atas/bawah dan empat kartrid 1000 GPH untuk pendorong samping. Ini adalah Johnson Pump Cartridges dan saya mendapatkannya melalui Amazon.

Saya mencetak 3d rumah pendorong menggunakan desain dari Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Mount. Saya juga mencetak baling-baling 3d, sekali lagi dengan desain dari Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Propeller. Mereka mengambil sedikit beradaptasi tetapi bekerja cukup baik.

Langkah 4: Tether

Saya menggunakan kabel Ethernet Cat 6 sepanjang 50 kaki. Saya mendorongnya ke tali polypropylene sepanjang 50 kaki. Saya menggunakan ujung bolpoin yang direkatkan ke kabel dan membutuhkan waktu sekitar satu jam untuk mendorongnya melalui tali. Membosankan, tapi berhasil. Tali memberikan perlindungan, kekuatan untuk menarik dan beberapa daya apung positif. Kombinasi masih tenggelam tetapi tidak separah kabel Ethernet dengan sendirinya.

Tiga dari empat pasang kabel digunakan.

• Kamera Sinyal Video dan ground -- Arduino OSD shield di kotak kontrol
• Sinyal PPM ArduinoMega dan ground <---- RC receiver di kotak kontrol
• Sinyal Telemetri ArduinoMega RS485 -- mencocokkan RS485 Arduino Uno di kotak kontrol

Berdasarkan komentar dari kontributor Instructables lain, saya menyadari bahwa menyeret tambatan di dasar danau tidak akan baik. Di tes kolam renang tidak masalah. Jadi saya mencetak 3d banyak pelampung clip-on, menggunakan PLA dan dinding yang lebih tebal dari biasanya. Gambar di atas menunjukkan pelampung yang ditempatkan di tambatan, dikelompokkan lebih dekat dengan ROV tetapi rata-rata terpisah sekitar 18 inci. Sekali lagi per komentar kontributor lain, saya memasukkan pelampung ke dalam tas jala yang diikat ke bundel tambatan untuk melihat apakah saya sudah cukup.

Langkah 5: Elektronik On Board

Gambar pertama menunjukkan kamera dan kompas. Gambar kedua menunjukkan apa yang terjadi ketika Anda terus menambahkan barang. Gambar ketiga menunjukkan pengontrol motor yang dipasang di bawah dengan pelat aluminium sebagai heat sink alternatif.

Kering

• Kamera – Kamera FPV Mikro 120 Derajat 600TVL

  Dipasang pada dudukan cetakan 3d yang memanjang ke dalam kubah

• Kompas Kompensasi Miring – CMPS12

  • Pembacaan Gyro dan Akselerometer terintegrasi secara otomatis terintegrasi dengan pembacaan Magnetometer agar pembacaan kompas tetap benar saat ROV berputar
  • Kompas juga menyediakan pembacaan suhu

• Driver Motor – Ebay – BTS7960B x 5

  • Heat sink besar harus dilepas untuk menghemat ruang
  • Dipasang dengan gemuk transfer panas ke” lempengan aluminium
  • Lembaran aluminium dipasang langsung di kedua sisi rak elektronik aluminium
  • Pengalaman menunjukkan pengemudi beroperasi dengan baik di bawah kapasitas sehingga panas tidak menjadi masalah
• Arduino Mega
• Modul RS485 untuk meningkatkan sinyal telemetri serial

• Modul daya sensor saat ini

  • Menyediakan hingga 3A daya 5v untuk elektronik
  • Mengukur Ampere hingga 90A ke driver motor 12v
  • Mengukur tegangan baterai
• Relay (5v) untuk mengoperasikan lampu 12v

Basah

• Modul Sensor Tekanan (kedalaman) – Amazon – MS5540-CM

  Juga menyediakan pembacaan suhu air

• Baterai AGM 10 Amp / Jam 12 volt

Saya khawatir banyak kontak listrik yang terkena air. Saya belajar bahwa di air tawar, tidak ada konduktivitas yang cukup untuk menyebabkan masalah (korsleting, dll.), bahwa arus mengambil "jalur dengan hambatan paling kecil" (secara harfiah). Saya tidak yakin bagaimana semua ini akan terjadi di air laut.

Garis Besar Pengkabelan (lihat SubDoc.txt)

Langkah 6: Perangkat Lunak SubRun

Video pertama menunjukkan Depth Hold bekerja dengan cukup baik.

Video kedua adalah pengujian fitur Heading Hold.

Kode semu

Arduino Mega menjalankan sketsa yang melakukan logika berikut:

1. Mendapat sinyal PPM RC melalui tether

   1. Pin Change Interrupt pada data menghitung nilai PWM saluran individual dan terus memperbaruinya
   2. Menggunakan filter Median untuk menghindari nilai noise
   3. Nilai PWM ditetapkan ke Kiri/Kanan, Fwd/Kembali, Atas/Bawah, CW/CCW dan ctls lainnya.
2. Mendapat kedalaman air
3. Logika untuk memungkinkan putaran CW atau CCW selesai

4. Melihat kontrol pengemudi

   1. Menggunakan Fwd/Kembali dan Kiri/Kanan untuk menghitung kekuatan dan sudut (vektor) untuk mendorong pendorong samping.
   2. Cek untuk Arm/Disarm
   3. Menggunakan CW/CCW untuk menghitung komponen putaran atau
   4. Membaca kompas untuk melihat apakah kesalahan heading dan menghitung komponen putaran korektif
   5. Menggunakan faktor kekuatan, sudut, dan putaran untuk menghitung kekuatan dan arah untuk masing-masing dari empat pendorong
   6. Menggunakan Atas/Bawah untuk menjalankan pendorong Atas/Bawah (dua pendorong pada satu pengontrol) atau
   7. Membaca pengukur kedalaman untuk melihat apakah kesalahan kedalaman dan menjalankan pendorong Atas/Bawah untuk memperbaikinya
5. Membaca data daya
6. Membaca data suhu dari pengukur kedalaman (suhu air) dan kompas (suhu internal)

7. Secara berkala mengirimkan data telemetri ke Serial1

   Kedalaman, Pos, Suhu Air, Suhu Tabung Kering, Tegangan Baterai, Amplifier, Status Lengan, Status Lampu, Detak Jantung

8. Melihat sinyal PWM Kontrol Cahaya dan menyalakan/mematikan lampu melalui relai.

Pendorong Vektor

Keajaiban untuk mengendalikan pendorong samping ada di langkah 4.1, 4.3 dan 4.5 di atas. Untuk mengejar ini, lihat kode di tab Arduino berjudul fungsi runThrusters getTransVectors() dan runVectThrusters(). Matematika pintar disalin dari berbagai sumber, terutama yang berhubungan dengan penjelajah roda mecanum.

Langkah 7: Stasiun Kontrol Terapung (diperbarui)

Pemancar RC 6 Saluran

Kotak kontrol

Kotak kontrol asli (kotak cerutu tua) yang menyimpan elektronik yang tidak ada di kapal selam telah diganti dengan stasiun kontrol terapung.

Stasiun Kontrol Terapung

Saya mulai khawatir bahwa tambatan lima puluh kaki saya tidak cukup panjang untuk dibawa kemana-mana. Jika saya berdiri di dermaga, maka sebagian besar tambatan akan diambil begitu saja keluar ke danau dan tidak akan ada yang tersisa untuk menyelam. Karena saya sudah memiliki tautan radio ke kotak kontrol, saya mendapat gagasan tentang kotak kontrol tahan air yang mengambang.

Jadi saya menyingkirkan kotak cerutu tua dan meletakkan kotak kontrol elektronik ke sepotong kayu lapis yang sempit. Kayu lapis tergelincir ke dalam mulut 3 inci dari kendi tiga galon plastik. Layar TV dari kotak kontrol harus diganti dengan pemancar video. Dan pemancar RC (satu-satunya bagian yang masih berada di darat) kini memiliki tablet dengan penerima video yang terpasang di atasnya. Tablet secara opsional dapat merekam video yang ditampilkannya.

Tutup kendi memiliki sakelar daya dan voltmeter, lampiran tether, antena kumis RC, dan antena pemancar video bebek karet di atasnya. Ketika ROV menarik keluar ke danau, saya tidak ingin mengarahkan kendi kontrol terlalu jauh, jadi saya memasang cincin di dekat bagian bawah tempat tambatan dipimpin dan di mana jalur pengambilan akan dipasang. Saya juga meletakkan sekitar 2 inci beton di bagian bawah kendi sebagai pemberat sehingga mengapung tegak.

Stasiun kontrol terapung berisi elektronik berikut:

• Penerima RC – dengan Output PPM
• Arduino Uno
• Perisai OSD - Amazon
• Modul RS485 untuk meningkatkan sinyal telemetri serial
• Pemancar Video
• Volt meter untuk memantau kesehatan Baterai Lipo 3s
• Baterai Lipo 2200 mah 3s

Tampilan Pada Layar (OSD)

Di dunia quad-copter, data telemetri ditambahkan ke tampilan FPV (First Person Video) di ujung drone. Saya tidak ingin memasukkan barang-barang lagi ke dalam Dry Tube yang sudah penuh sesak dan berantakan. Jadi saya memilih untuk mengirim telemetri ke stasiun pangkalan secara terpisah dari video dan meletakkan info di layar di sana. Perisai OSD dari Amazon sangat cocok untuk ini. Ini memiliki video masuk, video keluar, dan perpustakaan Arduino (MAX7456.h) yang menyembunyikan kekacauan apa pun.

Perangkat Lunak SubBase

Logika berikut dijalankan dalam sketsa pada Arduino Uno di stasiun kontrol:

1. Membaca pesan telemetri serial yang telah diformat sebelumnya
2. Menulis pesan ke On Screen Display shield

Langkah 8: Barang Masa Depan

Saya memang menambahkan modul DVR mini ke kotak kontrol untuk duduk di antara OSD (On Screen Display) dan TV kecil untuk merekam video. Namun dengan perubahan ke Floating Control Station, saya sekarang mengandalkan aplikasi tablet untuk merekam video.

Saya mungkin, jika saya benar-benar ambisius, mencoba menambahkan lengan grabber. Ada saluran kontrol radio yang tidak digunakan dan sepasang kabel yang tidak digunakan di tambatan hanya untuk mencari pekerjaan.

Hadiah Kedua dalam Kontes Make it Move