Сделать подводный дрон с видеокамерой / Инструкция пошагово

Из чего сделать вал гребного винта?

Любая подводная лодка должна иметь винты, которые обеспечивают ее движение по морю. Даже если вы будете мастерить другую модель подводной лодки – “Звезды”, к примеру, – то этот элемент должен присутствовать на субмарине в обязательном порядке. Изготовить его можно из обычного аптечного жгута, а прикрепить – с помощью булавки, которая имеет на конце иголку в виде колечка.

Что касается отверстия для вала, то сделать его можно при помощи раскаленного на огне железа. Например, можно нагреть ту же булавку, чтобы отверстие идеально подходило по размерам для мотора. Однако не стоит торопиться, поскольку любой моряк знает, что от правильного расположения винтов зависят ходовые способности лодки. В качестве альтернативного варианта для крепления можно использовать обычный шуруповерт или дрель с тонким сверлом.

Может случиться так, что после прожигания или просверливания кормовая часть субмарины станет менее прочной, чем ее нос. Чтобы предотвратить поломку, рекомендуется дополнительно обмотать конструкцию прочными нитками, смоченными в водоотталкивающем клее.

Изготовление винтов для двигателя

Для изготовления своими руками радиоуправляемой модели подводной лодки потребуется использовать качественный материал для винтов, поскольку от этого будут зависеть ходовые характеристики вашей субмарины. В качестве материала подойдет обычная жесть, прикрепленная к основной части тремя маленькими шайбочками, перед которыми можно дополнительно положить маленькую стеклянную бусинку, которая будет выполнять роль подшипника. Таким образом вы сможете не только уменьшить трение, но и значительно облегчите вращение вала.

Если вы изготавливаете модель подводной лодки для каких-то важных состязаний или попросту не хотите заморачиваться с изготовлением винта, то можно приобрести готовую двигатель в специализированном магазине. Однако лучше всего это сделать заранее, чтобы потом не возникло никаких проблем с креплением купленного элемента к готовой конструкции.

Также на ходовые качества субмарины влияет то, под каким углом изогнуты винты двигателя. Модель с хорошо подогнутой жестью будет погружаться в воду за считаные секунды, а также довольно быстро разовьет максимальную скорость. Поэтому изготовлению винтов уделяйте особое внимание.

Но не следует изгибать лопасти под слишком большим углом (40° будет более чем достаточно). Чтобы найти оптимальное расположение винтов, рекомендуется провести несколько тестовых запусков и посмотреть, в каком случае лодка погружается на глубину быстрее. Для этого можно использовать секундомер.

Какие инструменты понадобятся для работы?

Чтобы смастерить своими руками модель подводной лодки или корабля, придется использовать кое-какие инструменты, без которых правильно обработать материал не получится. Кстати, настоятельно не рекомендуется использовать альтернативные варианты тем инструментам, которые не удастся отыскать в хозяйстве, поскольку от этого может пострадать качество будущей модели.

• ручной или электрический лобзик – для работы с деревом и фанерой;
• любой водостойкий клей – необходим для склеивания дерева;
• плоскогубцы – для разгибания жестяной банки;
• кисточки – незаменимы для покраски.

Само собой, данный список может быть существенно расширен в зависимости от материалов, которые вы решите использовать для изготовления субмарины. Например, если вы решите присоединить к модели небольшой двигатель на радиоуправлении, то вам потребуется использовать множество соединительных проводов и изоляции.

Катер на радиоуправлении по домашнему

Компоновка

Лодка имеет размеры 60см длина и 7,5см диаметр. Внутренний диаметр 71мм. Заглушки заходят на 2.5см каждая.

Внутри корпус поделен на “отсеки”.

• 1 — аккумулятор и приемник
• 2 — цистерна
• 3 — насос
• 4 — сервы и регуляторы хода
• 5 — главный мотор

Цистерна должна находиться по середине, чтобы лодка погружалась горизонтально (не было дифферента).

Элеметны крепления изготовлены из листового пористого ПВХ толщиной 5мм. Затем они стягиваются на железных шпильках, расположенных вдоль корпуса. Заднюю заглушку тоже следует закрепить на шпильках, чтобы обеспечить жесткоть узла с мотором и тягами рулей.

Изначально для управления мотором и насосом использовались регуляторы хода. Но реверс у них на много медленнее прямого вращения, что не удобно для насоса. Во время испытания я не ставил отдельную схему питания UBEC и использовал встроенный BEC на 1 ампер. Т.к. мне пришла бракованная серва, которая заклинивала, в этот момент ток подскакивал и палил весь регулятор.

Может и не весь, но он больше не работал как положено. Так я спалил 3 регулятора и решил сделать схему с микро-переключателями. Она очень простая и обеспечивает симметричное вращение вперед/назад. Но стабилизатор питания на 3 ампера все таки лучше поставить.

Мотор 550-ой серии избыточен для модели такого размера, можно поставить меньше. Крепится он шурупами на специальный кронштеин к задней заглушке. Соединение с валом через латунную муфту.

Так же стоит поставить модули Fail-safe на каналы насоса и двигателя. Двигатель настраивается на выключение, а насос на продувку цистерны.

Все чертежи на отдельной странице.

Купить модель в магазине или сделать самому?

Решили сделать модель подводной лодки на радиоуправлении своими руками? Подобное занятие займет довольно много времени, а также потребует от мастера огромного запаса терпения. Возможно, легче купить готовую игрушку в специальном магазине?

В них и гарантия на товар предоставляется. Для человека, который не любит делать что-то самостоятельно и не привык считать деньги, такое решение покажется вполне оправданным. Однако далеко не у каждого есть возможность потратить несколько тысяч на модель, себестоимость которой составляет пару сотен, ведь для моделирования подводных лодок обычно используется один из самых бюджетных материалов – древесина.

Кроме того, не стоит забывать о том, что в процессе изготовления вы испытаете море незабываемых впечатлений, особенно если занимаетесь этим процессом в первый раз. Создавать из грубого материала произведение искусства – удел настоящих мастеров, которым по плечу справиться с абсолютно любой задачей.

Ну а если вы решили сделать модель подводной лодки своими руками в качестве подарка другому человеку, то можете быть уверены, что именинник надолго запомнит этот день и будет хранить ваш презент с особой бережностью. Возможно, он даже станет семейной реликвией и будет передаваться из поколения в поколение.

Если ваше детство пришлось на девяностые годы прошлого столетия, то вы наверняка помните, что игрушек в постсоветском пространстве было довольно мало. Для любого ребенка машинка на радиоуправлении казалась настоящей драгоценностью, поскольку найти в продаже такой товар можно было только в крупных городах.

Зато практически везде продавались набобы “Сделай сам”, с помощью которых можно было мастерить модели самолетов, машин, мотоциклов, кораблей и так далее. Как раз таки по инструкции из одного такого набора мы и предлагаем нашим читателям смастерить модель подводной лодки.

Купить на алиэкспресе

Ссылки — ключевые слова для поиска. Так же выбирайте галочку “бесплатная доставка” и “сортировать по цене”.

• подшипники 362.5 — mr63zz
• валы из нержавейки 3мм — stainless steel shaft 3mm
• резиновое уплотнительное кольцо — o-ring 72mm
• латунная муфта 3.17 х 3 мм — coupler 3.17mm 3mm
• резиновая гофра для тяг — Waterproof Push Rod Rubber
• винт 40мм под вал 2мм — three leaf propeller 40mm
• мотор 550 серии — dc motor 550
• насос — Dosing Pump Peristaltic 6v
• силиконовая трубка — silicone tube 4*6
• регулятор хода — esc 320a
• серво 12кг — MG995
• серво 2.5кг -sg92r
• микро-переключатели — kw11-3z
• стабилизатор питания — ubec 3a
• fail-safe — fail safe suit
• провода мягкие — awg 18
• хомуты на трубки — vacuum metal clips 6mm

В хозяйственном магазине или на строительном рынке:

• медная трубка 8мм
• медный провод жесткий 1.5мм
• паяльная кислота припой
• труба канализационная ПВХ 75мм — 250руб
• листовой пористый ПВХ — 500руб/м²
• шприц Жане — 150руб
• контакты для мягких проводов
• шпильки 6мм

Модуль изменения плавучести

Задачи у этого модуля достаточно простые, набирать воду и выдавливать её обратно по команде. И встал вопрос — как толкать поршень шприца, имея горсть сервоприводов, моторчиков и набор шестерней? Вот так точно толкать не стоит:

Это был первый опыт взаимодействия с шестернями и прочими мелочами. Кстати, я смог переделать сервопривод sg90 под вращение на 360°: сточил фиксатор на главной шестерне, который крутил потенциометр, а сам вал потенциометра приклеил в нулевом положении, чтобы случайно не вращался даже со стёсанным ограничителем.

Это всё равно не помогло решить задачу — я не смог надежно зафиксировать шестерню, взаимодействующую с зубчатой рейкой. Полученный

инженерный

опыт помог мне со второго раза осилить модуль изменения плавучести: я взял более мощную серву, толстую шпильку с резьбой и гайку, которую закрепил на поршне. В этот раз не стал возиться с модификацией сервопривода, решил, что проще использовать внешний драйвер и подключиться напрямую к мотору сервы.

На поршне был размещен лазерный дальномер, чтобы я мог определять в режиме реального времени — в каком он сейчас положении. Ну и опираясь на эти данные о расстоянии, я прописал блокировку поршня, когда он находится в крайних позициях. Возможно, есть и более простые методы определения положения поршня, но я случайно нашел у китайцев очень дешевый модуль — дальномер

VL53L0X

и решил использовать именно его. В итоге остался очень доволен, библиотека простая, работает как надо, советую. Точность в замкнутом пространстве шприца у него где-то 5мм, в принципе, мне этого было достаточно.

При тестировании возникла еще одна проблема — поршень сильно приклеивается к стенкам шприца. Не знаю с чем связано, но для старта движения поршня требуется прикладывать значительное усилие, после начального застревания дальше идет нормально. Перепробовали почти все виды смазок — многие из них сделали только хуже. Именно по этой причине пришлось добавлять алюминиевый каркас для модуля.

Мозги подлодки

Это самая интересная для меня часть. Когда начинал прорабатывать схему, то еще не знал как работают, например, конденсаторы и для чего они нужны. Очень радовался, когда при выключении питания — светодиод на Arduino медленно тускнел за счет ёмкого конденсатора.

На деле же они в схеме пригодились для сглаживания пиков, возникающих в цепи из-за работы коллекторных моторов. Также они нужны для подключения стабилизатора напряжения.

Аккумулятор у нас из двух ячеек, соответственно 8.4 В напряжение идет на моторы, а 5 В после стабилизатора — на Arduino и прочие датчики. Полноразмерная схема (кликабельно):

Сначала многое не получалось только по той причине, что собирал всё на макетной плате. Никак не мог понять почему не работает та или иная часть схемы. В итоге всё начал паять и положительные результаты тестов не заставили себя ждать.

Одна из интересных проблем возникла и с дальномером. Библиотека у него хорошая, но вот если установить режим точности на средний или высокий, то будет тормозиться весь скетч и управление выйдет с пингом в 2000 мс минимум. Из-за этого дальномер у нас в режиме FAST, но его точности все равно хватает для наших задач.

Следующее, с чем я столкнулся, это кабель-менеджмент. Диаметр корпуса 50 мм. Кажется, что этого много, пока не начинаешь пытаться разместить всё внутри. Я использовал прям чрезмерно жирные кабели, предназначенные для аудио, что меня сильно подвело. Хотелось именно медные, так как удобно их паять, и чтобы не переламывались, как, например, алюминиевые. В следующий раз на поиски хороших проводов уделю больше времени.

Далее сложности возникли только с антенной.

Обработка заготовки и работа с мелкими деталями

Начинаем делать модель подводной лодки своими руками из дерева. Как только заготовка будет выпилена по технологии, описанной в предыдущем разделе, необходимо тщательно обработать места спилов, поскольку о них можно легко пораниться в случае неаккуратного обращения.

Если обратить внимание на чертеж, то можно заметить в модели субмарины несколько прорезей. Они делаются для того, чтобы мастер потом смог вставить в них рулевые лопасти, которые также выпиливаются из листа фанеры и хорошенько обрабатываются наждачной бумагой.

Вклеивать руль необходимо с помощью обычного водоотталкивающего клея. Обязательно соблюдайте инструкцию, которая указана на упаковке, во время данного процесса! Помните о том, что для соединения двух деталей важна сила сдавливания, а не продолжительность.

Покрасочные работы

Решили изготовить своими руками “Щуку” – модель подводной лодки на радиоуправлении? Такая конструкция будет выглядеть довольно солидно, однако вам вряд ли удастся передать ее эстетичный внешний вид, если не покрасить дерево правильной краской. Предпочтительнее всего использовать для этой цели акриловые краски, поскольку они достаточно быстро сохнут и хорошо отталкивают воду.

Хотя, если речь идет о 2D-модели, а у вас завалялось несколько тюбиков с масляными красками, то можете использовать и их. Преимущество качественных составов заключается в том, что они довольно долговечны, поэтому вам не придется каждый год заново красить субмарину.

Что касается цвета краски, то его выбор строго индивидуален. Если вы решили изготовить модель, которая будет просто красоваться на полке с книжками, то достаточно будет покрасить лодку в классический черный цвет, чтобы она была максимально приближена к естественному внешнему виду.

Однако если вы хотите изготовить модель, которая будет плавать по воде, то лучше всего будет окрасить ее в какой-нибудь яркий цвет, чтобы субмарина все время находилась у вас на глазах. Также весьма полезно будет пропитать конструкцию перед покраской горячей олифой, чтобы придать ей долговечности.

При использовании акриловых красок необходимо обрабатывать ими всю поверхность, не оставляя при этом участков без краски. После полимеризации такой состав становится неподвластным воде, поэтому можете не стесняться опустить свою модель на воду. Можете не бояться того, что фанера промокнет и разбухнет, особенно если до покраски вы хорошо проработали угловые части наждачной бумагой.

Прочный корпус

часто называется ВПЦ (ВодоНеПроницаемыйЦилиндр) или WTC (WaterTightCilinder), представляет собой пластиковую трубу диаметром 75 мм длиной 600мм. С обоих торцов в нее вставляются цилиндрические заглушки с канавкой под уплотнительное кольцо. Труба покупается в сантехническом магазине, заглушки будем делать из нескольких слоев листового ПВХ толщиной 4-5мм, а кольца заказываем в Китае (о том как покупать на Алиэкспрессе написано в конце статьи).

Заглушка будет состоять из 6 слоев. Внутренний диаметр трубы равен 71 мм, толщина уплотнительного кольца 3,5мм. Тогда основные листы имеют диаметр 70мм, маленькие 65мм и внешний большой 75мм. Очень важно и очень сложно соблюсти соосность листов, чтобы кольца прижимались равномерно к трубе.

Для центровки используется болт диаметром 6мм (или строительная шпилька). Сначала сверлим отверстие, затем чертим цилиндр нужного диаметра и вырезаем лобзиком с запасом. Доводим до нужного диаметра на оси зажатой в дрель. Я обтачивал наждачкой на бруске.

Склеиваем листы тоже на оси, стараясь соблюсти перпендикулярность. Самый лучший клей для ПВХ “Момент-Гель”. Титан не берет, обычный “Момент” — тоже. Все, одеваем резиновые кольца и идем тестировать на герметичность.

Позже напечатал заглушку на 3d-принтере — очень понравилась точность. Сейчас планирую все детали напечатать. Об этом в отдельной статье.

Теория

Модель подводной лодки строится по тем же принципам, что и настоящая. В центре находится “прочный” водоНЕпроницаемый корпус, внутри которого скрыты все органы управления и электроника. Снаружу он окружен “легким” проницаемым корпусом, служащим для обтекания и красивого внешнего вида. Наша модель будет состоять только из прочного корпуса.

На скорости подводная лодка может погружаться за счет рулей глубины, а в статическом положении только с помощью балластной цистерны. Как это работает? При плавании на поверхности масса лодки чуть меньше массы объема вытесненной воды (закон Архимеда). Т.е. если лодка имеет объем 3л, то ее масса должна быть чуть меньше 3кг.

Затем лодка начинает набирать воду внутрь прочного корпуса. Объем корпуса остается тот же, а масса увеличивается — и лодка погружается. В этот момент внутри корпуса немного увеличивается воздушное давление, но не на столько, чтобы нарушить герметичность.

Теоретические расчеты погружения модели подводной лодки.

При строительстве есть 3 основные проблемы. Они вполне независимы и могут решаться отдельно.

• радио-аппаратура (2.4 ГГц не работают под водой)
• герметизация — корпус, вал двигателя и тяги рулей
• балластная цистерна

Начнем по порядку.

Тестирование

Тестирование проводили на заброшенном карьере с относительно чистой водой. Для тестов нужно было закрепить камеру и настроить подлодке дифферент (вместе с базовой нейтральной плавучестью).

Первую задачу решили просто установкой нужного винта под крепление камеры. Чтобы избежать вращений камеры — добавили немного пластилина.

Дифферент правили мешочком, который оказалось удобно зацеплять за хомут, а уже хомут можно легко перемещать вдоль подлодки. Количеством гаек в мешочке мы настроили нейтральную плавучесть, а дальше уже быстро подобрали положения хомута, чтобы подлодка не клевала носом.

Решение о таком варианте было принято уже перед самой поездкой на карьер, просто напросто не оставалось времени сделать автоматическую систему правки дифферента. Её, в теории, очень легко сделать перемещением груза по резьбовой шпильке. В следующей подлодке опробую именно такой вариант. Вот, пожалуй, и вся подлодка.

Я записал два видеоролика, где более подробно рассказываю о сборке и показываю кадры, которые удалось снять под водой. Приятного просмотра:

Надеюсь, что материал был интересным. Далее будут эксперименты над камерой давления (для проверки герметичности аппаратов) и тесты подводных вёсел. По ним так же подготовлю материал в виде статьи, но уже с графиками и сравнениями тех или иных решений.

Управление и прошивка

Управление осуществляется через интерфейс со смартфона. Интерфейс составил из готовых модулей прямо на сайте, получил исходный код интерфейса, а дальше осталось просто привязать различные элементы интерфейса к действиям внутри прошивки.

Перед получением исходного кода интерфейса, нужно указать в настройках тип модуля беспроводной связи, с которым будет взаимодействовать Arduino. Прошиваем только саму Arduino — с Wi-Fi модулем дальше общение идет автоматическое через AT-команды. Создается точка доступа, подключаетесь к ней со смартфона и управляете через заранее установленное приложение. Интерфейс приходит от Arduino, он зашит в прошивку и распознается уже самим приложением в смартфоне.

Это был мой самый первый код, я прямо тут его оставлять не буду, поскольку там используются только базовые навыки программирования и базовая математика. Были и сложные для меня моменты — я никак не смог с первого раза сделать обычную логическую операцию — чтобы сервопривод шприца при определенных значениях блокировался на движение в одну сторону.

Например, когда доходит до максимального набора воды — поршень должен остановиться на движение назад, но не должен блокироваться на движение вперед. И наоборот, когда вся вода выдавлена, поршень должен не идти вперед, но без проблем выполнять команды на обратный ход.

  if ((RemoteXY.button_1 == 1) && (RemoteXY.button_2 == 0) && (val_f < 100)) {
    pwm_UP = 1;
    pwm_DOWN = 0;
  }

  else if ((RemoteXY.button_1 == 0) && (RemoteXY.button_2 == 1) && (val_f > 25)) {
    pwm_UP = 0;
    pwm_DOWN = 1;
  }
  else {
    pwm_UP = 0;
    pwm_DOWN = 0;
  }

Вот такая логическая конструкция в итоге, где

RemoteXY.button_#

это кнопки в интерфейсе для погружения или всплытия.

Также, из сложного для меня в коде это фильтр значений дальномера (взял один из самых простейших в сети), ну и настройка значений для вольтметра. Фильтр был нужен из-за вышеупомянутого режима FAST у дальномера, входящие значения сильно прыгали и фильтр как раз помог с этим справиться.

А вот вольтметр пригодился для индикации разряда аккумуляторов. На Arduino есть референсный пин, и если на него подавать не больше 1.1 вольт, то Arduino сможет достаточно точно определять подаваемое напряжение на этот пин. 8.4 В после делителя напряжения конвертируем в 1.1 В.

Установка балласта

Последним этапом работы по изготовлению радиоуправляемой модели подводной лодки своими руками является установка балласта. Если вы планируете разместить субмарину в качестве предмета для декорации вашего дома, то этот пункт можно пропустить, поскольку груз нужен лишь для того, чтобы модель быстрее погружалась под воду.

Устанавливать балласт необходимо на специальный килевой брус, который можно найти на чертеже, оставленном нами ранее. Что касается свинца, то лучше всего использовать его в виде пластины размерами 12×22 миллиметра, а вот толщина не должна превышать 1 миллиметр, иначе масса субмарины будет слишком большой для того, чтобы она оставалась на плаву.

Полоску необходимо выгнуть в виде скобки, чтобы образовалась ровная буква “П”, после чего останется лишь закрепить балласт на килевую рейку, которая находится примерно под пушкой субмарины. Передвигая грузик, можно легко регулировать центр тяжести подводной лодки, заставляя подниматься к верху кормовую или носовую часть субмарины.

Установка декоративных элементов

Переходим к декоративному этапу изготовления модели подводной лодки своими руками из дерева. Если вы хотите, чтобы ваша субмарина смотрелась как можно реалистичнее, то на нее придется прикрепить различные мелкие элементы, которые можно изготовить самостоятельно или приобрести в магазине игрушек.

В первом случае лучше всего использовать в качестве материала обычное дерево, поскольку оно имеет относительно небольшой вес и хорошо поддается обработке. Однако будьте предельно внимательны во время работы, поскольку чем меньше деталь, тем сложнее ее изготовить.

Так что можно прикрепить на субмарину, чтобы придать ей красивый внешний вид? Если вы решили изготовить модель атомной подводной лодки, то можно приобрести несколько наклеек, которые будут говорить о радиоактивном элементе на борту субмарины. Также на подводную лодку можно прикрепить несколько торпед по бокам, которые говорят о готовности субмарины к бою.

Ну а если ваша модель имеет в наличии еще и палубу для истребителей, то можно купить несколько красивых игрушечных самолетиков, и поставить их на самый верх. Само собой, все вышеперечисленное можно изготовить и собственными руками. Например, значок радиации не составит большого труда нарисовать акриловой краской, а торпеды можно вырезать из дерева.

Стоит отметить, что декоративные элементы, прикрепленные к модели, отрицательно сказываются на ее ходовых характеристиках, поэтому их использование оправдано лишь в том случае, если субмарину планируется в будущем разместить на подставке и использовать только в качестве декоративного элемента для квартиры.

Однако если вам ну очень хочется украсить свою подводную лодку, которая должна будет участвовать в различных соревнованиях, то делайте это с умом. Во-первых, не вешайте балласт до тех пор, пока не будут установлены все декоративные элементы, иначе это приведет к перегрузу.

Видеоролик и заключение

Как видите, изготовить модель подводной лодки своими руками – не такая уж сложная задача, как кажется с первого взгляда. Следует запастись терпением и тщательно изучить все возможные варианты исполнения того или иного элемента, после чего воплотить свою мечту в жизнь не составит большого труда.

Если у вас до сих пор остались какие-то вопросы по поводу хода работы или информации из нашей статьи вам показалось мало, то настоятельно рекомендуем вам к просмотру небольшой видеоролик, в котором автор подробно показывает, как сделать простейшую модель подводной лодки на радиоуправлении из обычной пластиковой бутылки.

А что вы думаете по поводу того, из чего еще можно изготовить своими руками модель подводной лодки на радиоуправлении? Возможно, у вас есть какие-то мысли по этому поводу, которые вы бы хотели высказать? Поделитесь ими с читателями. Возможно, вам даже удастся помочь кому-то из начинающих изобретателей смастерить собственную субмарину на основе вашей идеи.

Надеемся, наша статья поможет вам смастерить своими руками модель подводной лодки. Для склеивания лучше всего использовать хороший водоотталкивающий клей, поскольку обычные составы со временем могут потерять свою силу. Однако если вы не планируете погружать субмарину под воду, то все намного проще.

Дайте своей фантазии разгуляться как следует и не бойтесь экспериментировать. Конечно же, впервые сделать идеальный образец вряд ли удастся, однако не стоит опускать руки. Со временем вы станете настоящим мастером своего дела и будете изготавливать подлодки, которым нет равных.