ROV submersible DIY : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

À quel point cela pourrait-il être difficile? Il s'avère qu'il y avait plusieurs défis à faire un ROV submersible. Mais c'était un projet amusant et je pense qu'il a été assez réussi. Mon objectif était qu'il ne coûte pas une fortune, qu'il soit facile à conduire et qu'il ait un appareil photo pour montrer ce qu'il voit sous l'eau. Je n'aimais pas l'idée d'avoir un fil suspendu aux commandes du conducteur, et j'ai déjà une variété d'émetteurs de radiocommande, c'est donc la direction que j'ai prise, avec l'émetteur et le boîtier de commande séparés. Sur l'émetteur 6 canaux que j'ai utilisé, le stick droit est utilisé pour l'avant/arrière et gauche/droite. Le stick gauche est haut/bas et tournez dans le sens horaire/CCW. C'est la même configuration que celle utilisée sur les quadricoptères, etc.

J'ai regardé en ligne et j'ai vu des ROV coûteux et j'en ai vu quelques-uns avec des "propulseurs à vecteur". Cela signifie que les propulseurs latéraux sont montés à des angles de 45 degrés et combinent leurs forces pour déplacer le ROV dans n'importe quelle direction. J'avais déjà construit un wheel rover mecanum et je pensais que les mathématiques s'appliqueraient. (Réf. Driving Mecanum Wheels Robots Omnidirectionnels). Des propulseurs séparés sont utilisés pour la plongée et le surfaçage. Et les "propulseurs vectorisés" ont l'air cool.

Pour faciliter la conduite, je voulais une tenue de profondeur et une tenue de cap. De cette façon, le conducteur n'a pas du tout besoin de déplacer le manche gauche, sauf pour plonger/faire surface ou pour changer de cap. Il s'avère que c'était aussi un peu un défi.

Ce Instructable n'est pas conçu comme un ensemble d'instructions pour le faire vous-même. L'intention est plus de fournir une ressource dont quelqu'un pourrait s'inspirer s'il a l'intention de construire son propre ROV submersible.

Étape 1: Le cadre

C'était un choix facile. Chercher à voir ce que d'autres personnes avaient fait m'a poussé vers un tuyau en PVC de 1/2 pouce. C'est bon marché et facile à travailler. J'ai proposé une conception globale qui s'adapterait aux propulseurs latéraux et aux propulseurs haut/bas. Peu de temps après l'assemblage, je l'ai vaporisé en jaune. Oh ouais, maintenant c'est un sous-marin ! J'ai percé des trous dans le haut et le bas du tube pour lui permettre d'inonder. Pour attacher des trucs, j'ai tapé des filets dans le PVC et utilisé 4 vis en acier inoxydable 40. J'en ai utilisé beaucoup.

A un stade ultérieur, les patins sont maintenus éloignés du bas par des élévateurs imprimés en 3D. Les élévateurs étaient nécessaires pour que la batterie puisse être retirée et remplacée. J'ai imprimé en 3D un plateau pour contenir la batterie. La batterie est fixée dans le plateau par une sangle velcro. Le Dry Tube est également maintenu sur le cadre avec des sangles velcro.

Étape 2: Le tube sec

La première photo est le test de flottabilité. La deuxième photo tente de montrer comment les fils du propulseur sont conduits dans des connecteurs à balles enrobés. La troisième photo est plus la même plus la bosse supplémentaire pour le compteur de profondeur d'empotage et ses fils. La quatrième photo montre le démontage du tube sec.

Flottabilité

Le Dry Tube contient l'électronique et fournit la majeure partie de la flottabilité positive. L'idéal est une petite flottabilité positive, donc si les choses tournent mal, le ROV finira par flotter à la surface. Cela a pris un peu d'essais et d'erreurs. L'assemblage montré ici lors d'un test de flottement a nécessité plusieurs kilos de force pour l'immerger. Cela a conduit à toute décision facile de monter la batterie à bord (par opposition à l'alimentation venant de l'attache). Cela a également conduit à réduire la longueur du tube. Il s'avère qu'un tube de 4 pouces fournit environ 1/4 livre de flottabilité par pouce de longueur (j'ai fait le calcul une fois mais c'est une supposition). J'ai aussi fini par mettre des "skids" en PVC sur le fond. Ils ont des extrémités vissées où j'ai mis du plomb pour affiner la flottabilité.

Joint étanche à l'eau

Une fois que j'ai opté pour l'utilisation d'époxy pour sceller les joints et les trous, et que j'ai opté pour l'utilisation de connecteurs sans moyeu en néoprène, le ROV était parfaitement étanche. J'ai lutté pendant un certain temps avec des connecteurs Ethernet "étanches", mais à la fin j'ai abandonné ceux-ci et j'ai juste percé un petit trou, introduit le fil et "poté" le trou avec de l'époxy. Une fois les connecteurs sans moyeu serrés, il était difficile d'essayer de les retirer. J'ai découvert qu'une petite tache de graisse blanche facilitait beaucoup la séparation et le rapprochement du tube sec.

Pour monter le dôme en acrylique, j'ai creusé un trou dans un capuchon en ABS de 4 en laissant un rebord pour recevoir le bord du dôme. Au départ, j'ai essayé de la colle chaude, mais cela a immédiatement coulé et je suis passé à l'époxy.

À l'intérieur

Toute l'électronique intérieure est montée sur une feuille d'aluminium de 1/16 pouce (avec entretoises). Il mesure un peu moins de 4 pouces de large et s'étend sur la longueur du tube. Oui, je sais qu'il conduit l'électricité, mais il conduit aussi la chaleur.

Fils passant

Le capuchon ABS arrière de 4" a un trou de 2 pouces percé et un adaptateur femelle ABS de 2" est collé. Une prise de 2" a un trou percé pour que le fil Ethernet passe et soit enrobé. Un petit morceau de 3" L'ABS collé a également fait une petite zone de cercle pour le "potting".

J'ai percé ce qui semblait être beaucoup de trous (2 pour chaque propulseur), mais j'aurais aimé en faire plus. Chaque trou a reçu un connecteur de balle femelle enfoncé (alors qu'il est chaud à cause du fer à souder). Les fils du propulseur et les fils de la batterie ont soudé les connecteurs mâles.

J'ai fini par ajouter une petite bosse en ABS pour me donner une place pour que le fil de la jauge de profondeur passe et soit en pot. C'est devenu plus compliqué que je ne l'aurais souhaité et j'ai essayé d'organiser les fils avec un petit support avec des fentes.

Étape 3: Propulseurs de bricolage

J'ai eu beaucoup d'idées sur le Web et j'ai décidé d'opter pour des cartouches de pompe de cale. Ils sont relativement bon marché (environ 20 $ +) chacun et ont à peu près la bonne quantité de couple et de vitesse. J'ai utilisé deux cartouches de 500 gallons/heure pour les propulseurs haut/bas et quatre cartouches de 1000 GPH pour les propulseurs latéraux. Il s'agissait de cartouches de pompe Johnson et je les ai obtenues via Amazon.

J'ai imprimé en 3D les boîtiers des propulseurs à l'aide d'un design de Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Mount. J'ai également imprimé les hélices en 3D, encore une fois avec un design de Thingaverse, ROV Bilge Pump Thruster Propeller. Ils ont pris un peu d'adaptation mais ont plutôt bien fonctionné.

Étape 4: Attache

J'ai utilisé un câble Ethernet Cat 6. Je l'ai poussé dans 50 pieds de corde en polypropylène. J'ai utilisé l'extrémité d'un stylo à bille collée sur le câble et j'ai mis environ une heure à le pousser à travers la corde. C'est fastidieux, mais ça a marché. La corde offre une protection, une force de traction et une certaine flottabilité positive. La combinaison coule toujours mais pas aussi mal que le câble Ethernet seul.

Trois des quatre paires de câbles sont utilisées.

• Signal vidéo et masse de la caméra - Bouclier Arduino OSD dans le boîtier de commande
• Signal ArduinoMega PPM et masse <---- Récepteur RC dans le boîtier de commande
• Signal de télémétrie ArduinoMega RS485 -- correspondant à RS485 Arduino Uno dans le boîtier de commande

Sur la base des commentaires d'un autre contributeur d'Instructables, j'ai réalisé que faire glisser l'attache sur le fond d'un lac ne serait pas bon. Dans le test de la piscine, ce n'était pas un problème. J'ai donc imprimé en 3D un tas de flotteurs à clipser, en utilisant du PLA et des parois plus épaisses que d'habitude. L'image ci-dessus montre les flotteurs déployés sur l'attache, regroupés plus près du ROV mais espacés en moyenne d'environ 18 pouces. Encore une fois, selon les commentaires de l'autre contributeur, j'ai mis des flotteurs dans un sac en filet attaché au faisceau d'attache pour voir si j'en avais assez.

Étape 5: Électronique embarquée

La première photo montre l'appareil photo et la boussole. La deuxième photo montre ce qui se passe lorsque vous continuez à ajouter des éléments. La troisième photo montre des contrôleurs de moteur montés en dessous avec des dalles en aluminium comme dissipateurs thermiques alternatifs.

Sécher

• Caméra – Micro caméra FPV 600TVL à 120 degrés

  Monté sur un support imprimé en 3D qui le prolonge dans le dôme

• Boussole à inclinaison compensée – CMPS12

  • Les lectures du gyroscope et de l'accéléromètre intégrés automatiquement aux lectures du magnétomètre pour que la lecture de la boussole reste correcte lorsque le ROV se déplace
  • La boussole fournit également la lecture de la température

• Pilotes de moteur - Ebay - BTS7960B x 5

  • Les grands dissipateurs thermiques ont dû être retirés pour économiser de l'espace
  • Monté avec de la graisse de transfert de chaleur sur des dalles en aluminium de"
  • Plaques en aluminium montées directement des deux côtés de l'étagère électronique en aluminium
  • L'expérience montre que les conducteurs fonctionnent bien en dessous de leur capacité, donc la chaleur n'est pas un problème
• Arduino méga
• Module RS485 pour renforcer le signal de télémétrie série

• Capteur de courant Module de puissance

  • Fournit jusqu'à 3A de puissance 5v pour l'électronique
  • Mesure l'ampérage jusqu'à 90A allant aux pilotes de moteur 12v
  • Mesure la tension de la batterie
• Relais (5v) pour faire fonctionner les lumières 12v

Mouiller

• Module de capteur de pression (profondeur) – Amazon – MS5540-CM

  Fournit également la lecture de la température de l'eau

• Batterie AGM 10 A/h 12 volts

Je craignais que de nombreux contacts électriques soient exposés à l'eau. J'ai appris qu'en eau douce, il n'y a pas assez de conductivité pour poser problème (courts circuits etc.), que le courant prend le "chemin de moindre résistance" (littéralement). Je ne sais pas comment tout cela se passerait dans l'eau de mer.

Schéma de câblage (voir SubDoc.txt)

Étape 6: Logiciel SubRun

La première vidéo montre que Depth Hold fonctionne plutôt bien.

La deuxième vidéo est un test de la fonction Heading Hold.

Pseudocode

L'Arduino Mega exécute une esquisse qui exécute la logique suivante:

1. Obtient le signal PPM RC sur tether

   1. L'interruption de changement de broche sur les données calcule les valeurs PWM des canaux individuels et les maintient à jour
   2. Utilise le filtre médian pour éviter les valeurs de bruit
   3. Valeurs PWM attribuées à Gauche/Droite, Avant/Arrière, Haut/Bas, CW/CCW et autres ctls.
2. Obtient la profondeur de l'eau
3. Logique pour permettre à la torsion CW ou CCW de se terminer

4. Examine les commandes du conducteur

   1. Utilise Fwd/Back et Left/Right pour calculer la force et l'angle (vecteur) pour conduire les propulseurs latéraux.
   2. Vérifications pour armer/désarmer
   3. Utilise CW/CCW pour calculer le composant de torsion ou
   4. Lit la boussole pour voir si une erreur de cap et calcule la composante de torsion corrective
   5. Utilise des facteurs de force, d'angle et de torsion pour calculer la puissance et la direction de chacun des quatre propulseurs
   6. Utilise Haut/Bas pour faire fonctionner les propulseurs Haut/Bas (deux propulseurs sur un contrôleur) ou
   7. Lit le profondimètre pour voir si l'erreur de profondeur et exécute les propulseurs haut/bas pour corriger
5. Lit les données de puissance
6. Lit les données de température du profondimètre (température de l'eau) et de la boussole (température interne)

7. Envoie périodiquement des données de télémétrie jusqu'à Serial1

   Profondeur, cap, température de l'eau, température du tube sec, tension de la batterie, ampères, état du bras, état des lumières, rythme cardiaque

8. Regarde le signal PWM de contrôle de la lumière et allume/éteint la lumière via un relais.

Propulseurs vectoriels

La magie pour contrôler les propulseurs latéraux se trouve dans les étapes 4.1, 4.3 et 4.5 ci-dessus. Pour poursuivre cela, regardez dans le code de l'onglet Arduino intitulé runThrusters functions getTransVectors() et runVectThrusters(). Des calculs intelligents ont été copiés à partir de diverses sources, principalement celles traitant des rovers à roues Mecanum.

Étape 7: Station de contrôle flottante (mise à jour)

Émetteur RC 6 canaux

Boîtier de commande

Le boîtier de commande d'origine (ancienne boîte à cigares) qui contenait l'électronique qui n'était pas sur le sous-marin a été remplacé par une station de commande flottante.

Poste de contrôle flottant

J'ai commencé à m'inquiéter du fait que ma longe de cinquante pieds n'était pas assez longue pour aller quelque part. Si je me tiens sur un quai, alors une grande partie de l'attache sera prise juste en sortant dans le lac et il n'y en aura plus pour la plongée. Comme j'avais déjà une liaison radio avec le boîtier de commande, j'ai eu l'idée d'un boîtier de commande étanche flottant.

J'ai donc supprimé la vieille boîte à cigares et placé l'électronique du boîtier de commande sur un morceau de contreplaqué étroit. Le contreplaqué se glisse dans la bouche de 3 pouces d'une cruche en plastique de trois gallons. L'écran de télévision du boîtier de commande a dû être remplacé par un émetteur vidéo. Et l'émetteur RC (la seule partie encore à terre) a maintenant une tablette avec un récepteur vidéo monté sur le dessus. La tablette peut éventuellement enregistrer la vidéo qu'elle affiche.

Le couvercle de la cruche a l'interrupteur d'alimentation et le voltmètre, l'attache d'attache, les antennes à moustaches RC et l'antenne d'émetteur vidéo en caoutchouc. Lorsque le ROV sort dans le lac, je ne voulais pas qu'il fasse trop basculer la cruche de contrôle, j'ai donc installé un anneau près du fond où l'attache est dirigée et où une ligne de récupération sera attachée. J'ai également mis environ 2 pouces de béton au fond de la cruche comme ballast pour qu'elle flotte à la verticale.

La station de commande flottante contient l'électronique suivante:

• Récepteur RC - avec sortie PPM
• Arduino Uno
• Bouclier OSD - Amazon
• Module RS485 pour renforcer le signal de télémétrie série
• Émetteur vidéo
• Voltmètre pour surveiller la santé de la batterie Lipo 3s
• Batterie Lipo 2200 mah 3s

Affichage à l'écran (OSD)

Dans le monde des quadricoptères, les données de télémétrie sont ajoutées à l'affichage FPV (First Person Video) à l'extrémité du drone. Je ne voulais plus mettre de trucs dans le Dry Tube déjà bondé et désordonné. J'ai donc choisi d'envoyer la télémétrie à la station de base séparément de la vidéo et d'y afficher les informations à l'écran. Un OSD Shield d'Amazon était parfait pour cela. Il a une entrée vidéo, une sortie vidéo et une bibliothèque Arduino (MAX7456.h) qui cache tout désordre.

Logiciel de sous-base

La logique suivante est exécutée dans un croquis sur un Arduino Uno dans la station de contrôle:

1. Lit le message de télémétrie série pré-formaté
2. Écrit un message sur le bouclier d'affichage à l'écran

Étape 8: Futurs trucs

J'ai ajouté un mini module DVR au boîtier de commande pour s'asseoir entre l'OSD (On Screen Display) et le petit téléviseur pour enregistrer la vidéo. Mais avec le passage à la station de contrôle flottante, je m'appuie désormais sur l'application pour tablette pour enregistrer des vidéos.

Je peux, si je deviens vraiment ambitieux, essayer d'ajouter un bras de préhension. Il y a des canaux de radiocommande inutilisés et une paire de câbles inutilisés dans l'attache juste à la recherche d'un travail.

Deuxième prix du concours Make it Move