30.03.2018 15:45
Alexandr2001 66 9500 Источник
Привет всем, я когда-то увидел, что не продаются модели подводных лодок с дальним радиусом действия, более менее сносным функционалом и ценой меньше чем у новенького iphone и решил сделать ее сам.


Она управляется через интернет, а сейчас мобильный интернет покрывает большую площадь России. Маленькие водоемы полностью им покрыты, а от берегов больших интернет есть на даже в десятках километрах от берега.



Также Илон Маск объявил о создании всемирного интернета.

Лодку я решил печатать на 3D принтере, модели сделаны в компас_3d. Код написан на python 3.
Cсылка на github.

Оборудование и материалы


• 3d принтер
• Одноплатный компьютер Raspberry pi
• 4g модемы (2 штуки)
• ноутбук (2 штуки 1-й — передатчик, 2-й — сервер)
• серводвигатели
• веб-камера
• двигатель
• аккумуляторы Pb
• другое (реле, паяльник, датчики, клеи, краски, герметики...).

Детали


Как уже было сказано детали напечатаны на 3D принтере слоем в 0.3 мм соплом 0.4 мм
на алюминиевом столе с подложкой из клея бф2 для лучшей адгезии, самые долгие детали печатались около 14 часов. Снизу сборочный чертеж.



Герметичность


Для герметичности серводвигатели и ведущий бк двигатель загерметизированы силиконовым герметиком и густой смазкой. Сама лодка, из-за размеров своих деталей и склонности abs пластика к усадке (изменению размеров после печати), местами потрескалась эти места покрыты клеем для пвх, в местах болтовых соединений силиконовый герметик для аквариумов.

Питание


В качестве источника питания — две последовательно подключенных свинцовых батарей на 6 v способные выдавать 3.3 AmH, свинцовые батареи используются из-за того что они дешевле, меньше контактов для зарядки надо выводить за пределы лодки и также они тяжелые(лодка слишком объемная, а средняя ее плотность должна быть около 1000 кг/м**3).

Передача данных


Теперь о главном, передача данных.

Так как вода поглощает ЭМВ то нужно выводить модем на верх, поэтому та лодка работает с поплавком.

В локальной сети, дома установлен сервер, передающий все поступающее на него с одного адреса на другой. На данный момент лодка передает видео, а ноутбук команды управления. Организованно это все через сокеты.

Так как мне захотелось сделать как можно больше всего, дабы было поинтереснее , и чтобы по изобретать велосипеды, то передачу видео, как я уже говорил, делал сам, поэтому не придумав ничего лучше, я решил передавать не видео, а кадры в jpg. Передается одна картинка потом отравляется стоп слово «stop», и так как оно не встречается в jpg, то код легко отделяет где и когда показывать картинку.

while bytes('stop','utf-8') not in data:
          image_result.write(data)#записывает картинку по 1 Кб в файл
          data = sock.recv(1024)#принимает данные с сервера 1 Кб  
if bytes('stop','utf-8')  in data: 
            image_result.write(data[:data.index(bytes('stop','utf-8'))])#записывает в файл то что пришло до стоп слова



Воспроизведение картинки, и прием с камеры с помощью opencv. Сжатия никакого пока не происходит, поэтому задержка целых 9-13 секунд. Кнопочки управления написаны с помощью Tkinter.

3D модель дна


Вовремя загрузки 3D модели на github я увидел из чего состоит stl файл, и решил написать код еще и для создания 3d модели рельефа дна из списка расстояний до него снятых ультразвуковым дальномером (который еще не установлен).

пример тетраэдр.stl в txt
solid
facet normal 0 0 0
outer loop
vertex 0 0 0
vertex 2 0 0
vertex 1 1 2
endloop
endfacet
facet normal 0 0 0
outer loop
vertex 2 0 0
vertex 1 2 0
vertex 1 1 2
endloop
endfacet
facet normal 0 0 0
outer loop
vertex 0 0 0
vertex 1 2 0
vertex 1 1 2
endloop
endfacet
facet normal 0 0 0
outer loop
vertex 0 0 0
vertex 1 2 0
vertex 2 0 0
endloop
endfacet
endsolid


Далее идут фотографии интересные и не очень

























Подведение итогов


Это собственно все что я хотел рассказать, основной моей идеей кто не понял было создание аппарата, позволяющего получать информацию из-под воды на огромном расстояние от управляющего ноутбука. Пока, до следующей статьи.

Комментарии (66)


  1. Javian
    30.03.2018 18:53
    #10695281

    Как глубоко сигнал в воду распространяется?


    1. wickated
      30.03.2018 19:06
      #10695305

      20-30 см


      1. tormozedison
        30.03.2018 23:46
        #10695599

        Можно оптикой попробовать, будет глубже.


        1. Alexandr2001 Автор
          31.03.2018 07:45
          #10695753

          рассматривал эту идею, но идеально чистая вода мало где бывает, а в обычной мутной свет через пару метров исчезает.


          1. REPISOT
            31.03.2018 09:04
            #10695801
            -1

            то есть 20-30см это норм, а пара метров — мало?


            1. Alexandr2001 Автор
              31.03.2018 09:19
              #10695809

              Так ведь есть поплавок


          1. fapsi
            31.03.2018 14:39
            #10696043

            «Поплавок» с модемом и Arduino + гибкий Ethernet кабель до субмарины? Будет, конечно, несколько сложнее.


            1. Alexandr2001 Автор
              31.03.2018 14:40
              #10696049

              Да, но передавать видео будет гораздо сложнее, также автоматизация лодки станет сложнее.


              1. Ainvain
                31.03.2018 16:05
                #10696121

                С передачей видео не совсем понятны сложности — можно тогда на лодке вообще никакой управляющей электроники не размещать — только батареи (балласт), двигатели и веб-камеру. А в витую пару развести USB и управление.


                1. Alexandr2001 Автор
                  31.03.2018 16:08
                  #10696125

                  По 1 кабелю нужно будет принимать видео, данные с датчиков и передавать данные для двигателей и осветительной техники, кабель толстый получится.


  1. wegres
    30.03.2018 19:19
    #10695323
    +1

    А почему название файла аэродинамика-1-min.jpg, а не гидродинамика-1-min.jpg? В воде всё же происходит.


    1. Alexandr2001 Автор
      30.03.2018 19:21
      #10695329

      Да, но гидродинамической трубы я не нашел, зато давление распределяется так же.


  1. scifinder
    30.03.2018 19:20
    #10695327
    +1

    Неплохо, но где фото готового устройства на боевом дежурстве? Или, хотя бы, видео, им снятое. Интересно же посмотреть.


    1. Alexandr2001 Автор
      30.03.2018 19:24
      #10695341
      -1

      Аппарат почти готов, но некоторые вещи еще надо до делать, поэтому заплыва еще не было.


  1. colscy
    30.03.2018 19:22
    #10695331
    +1

    Есть привязка к GPS? Проходили ли реальные испытания системы управления через интернет? Я каждый год путешествую по Ладоге, покрытие в основном 3G у населенных пунктов, но мощность сигнала быстро падает с удалением и даже небольшие фотографии передаются довольно долго. На мой взгляд при низкой освещенности на глубине и небольшом весе передаваемого кадра эффективное прямое управление маловероятно. А вот если такая лодочка в автономном режиме путешествует, фотографируя дно или сканируя его ультразвуком а при попадании в зону хорошего сигнала передает накполенную, а лучше уже обработанную (то есть с выделенными интересными объектами) информацию — это может быть интересно. Впрочем, описанный автором вариант может неплохо себя показать в курортных районах, с хорошим покрытием и большой освещенностью дна на мелководье.


    1. Alexandr2001 Автор
      30.03.2018 19:30
      #10695351

      GPS нет, испытания только лабораторные, над автономностью думаю уже давно, пока осваиваю машинное зрение, чтобы осуществить задумку.


  1. Darth_Biomech
    30.03.2018 19:28
    #10695347
    +1

    Ну, а фотографии напечатанных деталей? Сборки? Первого рейса, в конце концов? Хотелось бы больше помимо самой идеи процесс сборки почитать.


    1. Alexandr2001 Автор
      30.03.2018 19:30
      #10695353

      Сейчас на github залью


  1. vassabi
    30.03.2018 19:55
    #10695379

    хмммм, насколько я знаю — летающие бепилотники больше определенной массы должны быть зарегистрированы и так далее.
    А плавающие?


    1. DASM
      31.03.2018 00:40
      #10695633

      Неактуально, встречи с электоратом под водой пока еще редкость. А вот с воздуха, да еще и при скорости аппарата под 100 км час и малых размеров… даже странно, что в мире не стало парочкой президентов меньше. Правда, как с таким бороться? EMI пушки мало помогут, квадрокоптер (допустим) последний участок летит уже автономно, охрана из табельного его не то что не собьет, даже заметить толком не успеет.


    1. Alexandr2001 Автор
      31.03.2018 07:46
      #10695755
      +1

      Пока не запретили, и то хорошо.


      1. uu_69
        01.04.2018 13:29
        #10696963

        Спасибо вам за то, что вы все еще не убили нас.


  1. Konachan700
    30.03.2018 20:03
    #10695387

    Классная идея. Питание можно сделать, поставив внутрь генератор, и вытащив за пределы корпуса мягкие силиконовые крылья со скелетом внутри — волнение его неплохо крутить будет, а силикон не даст протечь соленой воде к механике. Автономность будет фантастическая.
    Только подводная лодка — не лучшая идея в районе активного судоходства — можно легко под винты угодить тросом поплавка…


  1. Areso
    30.03.2018 20:12
    #10695395

    Напишите, а какова была цель? Ну и автономность — сколько часов?


    1. Alexandr2001 Автор
      30.03.2018 20:18
      #10695401

      По расчетам время работы 2-2.5 часа, цель — создание подводного аппарата позволяющего получать информацию из под воды из любой точки Земли, покрытой мобильным интернетом.


      1. iliasam
        30.03.2018 21:20
        #10695473

        из любой точки Земли, покрытой мобильным интернетом

        Не так уж и много, с учетом того, что даже в Москве не везде есть устойчивый прием.


        1. Alexandr2001 Автор
          30.03.2018 21:30
          #10695477

          Из любой, но времени на передачу побольше потребуется


  1. fndrey357
    30.03.2018 20:20
    #10695403

    Смотрите, как-бы мексиканские-колумбийские контрабандисты не заинтересовались.


    1. Marsikus
      31.03.2018 14:30
      #10696037

      У них такого добра уже есть :)


  1. Osel_Ia
    30.03.2018 22:16
    #10695519
    +1

    А где рули глубины, компенсаторы плавучести, гироскопы или другие устройства стабилизации? Что помешает лодке сразу в струйном течении, устроить беспорядочную циркуляцию? И как лодка будет выбирать маршрут, избегать коряг, плавсредств, сетей, водорослей, мусора, хищения, уноса течением обычной реки?


    1. Alexandr2001 Автор
      31.03.2018 07:40
      #10695747
      +1


      лодка пока не автономна поэтому эти проблемы пока далеки, компенсаторов плавучести нет и не будет, зато гироскопы появятся в ближайшее время.


      1. robux
        01.04.2018 03:38
        #10696671

        Вместо компенсаторов плавучести на первое время можно сделать лодку чуть тяжелее, а поплавок с антенной побольше, в виде торпеды из пенопласта.


  1. Alex_ME
    30.03.2018 22:27
    #10695529

    Интересный проект, Вы зацепили прям за живое — я сейчас обдумываю идею надводной автономной лодки c блекджеком c GSM, GPS и солнечными батареями. Сплавить ее вниз по Волге и следить за ее передвижением… А какую камеру Вы для снимков использовали?


    1. Alexandr2001 Автор
      31.03.2018 07:22
      #10695733

      Камера из Ашана(магазин) за 400 рублей, для теста после первого настоящего теста поставлю получше.


    1. Scarred
      31.03.2018 19:51
      #10696299
      +1

      А не сопрут через пару деревень?


      1. Alex_ME
        31.03.2018 21:33
        #10696401

        Да, собственно, в этом и риск. Или налетит на что-нибудь, застрянет. В целом, лодка почти что одноразовая — своим ходом подняться против течения вряд ли она сможет. Собственных сил предполагается только на удержание форватера, чтобы ее не прибило к берегу или к острову через пару километров. Тут только пытаться найти еще одного безумца кого-нибудь, кто сможет ее выловить ниже по течению.


        1. Javian
          01.04.2018 21:35
          #10697453

          Хоть контактный email на корпус нанесите для нашедшего лодку.


  1. mikkab
    30.03.2018 23:19
    #10695563

    идея с 3g интересная, но много нюансов с поплавком: течения, изменением глубины и тд. тянуть за собой посторонний объект может быть затруднительно.
    а почему не использовали ArduSub например?


    1. Alexandr2001 Автор
      31.03.2018 07:15
      #10695727

      Не использовал, так как не знал о ней, но проект интересный и очень похожий на мой, спасибо.


  1. denis64
    30.03.2018 23:22
    #10695565

    По моему в таком интересном проекте стоит начинать как раз с испытания корпуса в воде. Как будут дела со стабилизацией и маневренностью. Так же немаловажна ремонтнопригодность в полевых условиях. Ещё одна большая как мне кажется проблема это автономный обход рыболовецких сетей.


    1. Alexandr2001 Автор
      31.03.2018 07:29
      #10695741

      Испытания на стабилизацию я провел в виртуальной аэродинамической трубе(посмотрел как распределяется давление), ремонтопригодность в полевых условиях плохая(нет возможности быстро поменять двигатели), автономности нет, поэтому обход рыболовецких сетей пока вручную.


  1. VladSK
    30.03.2018 23:38
    #10695589
    +1

    Делал в своё время почти подводную лодку. И с винтом наступил на грабли, на которые, возможно, при гребных испытаниях, наступите и вы.



    Винту желательно дать сквозной доступ потока воды, а не под 90 градусов. У меня винт, почти лежащий на плоской стенке, в итоге начал работать скорее как центробежный насос, и вне зависимости от направления вращения основной поток воды затягивало в винт и разбрасывало в стороны, в результате при любом направлении вращения лодка шла назад. В итоге пришлось пересматривать конструкцию винта, относить его подальше от стенки, чтобы эффект центробежного разгона потока в стороны не превалировал над разгоном струи вдоль винта.


    1. Ksiw
      31.03.2018 07:45
      #10695751
      +1

      В трубу его поместить надобно. центробежный эффект полностью нивелируется.


    1. Alexandr2001 Автор
      31.03.2018 08:14
      #10695781

      Из чего винт?


      1. VladSK
        31.03.2018 17:17
        #10696193

        PLA, печатали


        1. Alexandr2001 Автор
          31.03.2018 17:21
          #10696197

          Но ведь pla биоразлагаем.


          1. Alexklmn
            31.03.2018 18:19
            #10696239

            Делал эксперимент — деталь на печатаная PLA, специально с с множеством отверстий(чтобы влага не стекала) 2 года на улице, под дождем и солнцем. Ничего не биоразложилось к сожалению или наоборот… Может конечно и не PLA, пластик был из Китая, но не ABS это точно(не растворяется ацетоном)


          1. VladSK
            31.03.2018 19:32
            #10696281

            Как уже выше написал, все нормально с ним. Несколько лет постоянно что то печатаем и используем в разных условиях, деградации не наблюдали кроме как в растворителях.


    1. Dima954
      31.03.2018 15:50
      #10696111
      +2

      Винт нужно разместить в трубе, и две трубы вынести на поворотных или жестких консолях симметрично, например можно совместить с рулями глубины.
      Все уже украдено изобретено до нас.
      Гуглите «пропульсивный КПД» или столкнетесь с тем, что лодка вообще никуда не пойдет.
      Вкратце — ходовой винт должен быть как можно меньше «затенен» корпусом и желательно при этом обеспечить ламинарный характер обтекания корпуса.
      image


  1. JhonCar
    31.03.2018 09:35
    #10695819

    Вот идея у человека, который конструирует и шхуну и ROV: www.youtube.com/user/submarineboat


  1. r00tGER
    31.03.2018 09:42
    #10695823

    Когда-то обдумывал проект автономной подводной лодки с судном-ретранслятором на поверхности. В качестве связи судно-ПЛ использовать ультразвук.


  1. JhonCar
    31.03.2018 10:08
    #10695837

    AlexME, на Волге живешь, стало быть земляк. От Самары далеко?


    1. Alex_ME
      31.03.2018 15:19
      #10696075

      Волгоград. Далековато...


  1. JhonCar
    31.03.2018 10:12
    #10695843

    Или вот интересный проект, построенный на ардуинах: www.techmonkeybusiness.com/tag/rov.html


  1. Zmiy666
    31.03.2018 15:29
    #10696085

    занятная штука… пустить такую плавать в озере, чтоб она умела возвращаться к причалу и подзарядится… А пока плавает — картографировала дно и самое главное рыбу находила. Можно в любой момент времени узнать положение рыбы и построить графики зависимости местонахождения рыбы от погодных условий… вот с такой то штукой уж точно без улова не вернешься)


  1. zoonman
    31.03.2018 17:26
    #10696209

    А не пробовали реализовать связь на сверхдлинных волнах, как в настоящих подводных лодках?


    1. Alexandr2001 Автор
      31.03.2018 17:29
      #10696213

      Для таких частот нужны приемников огромных размеров.


      1. zoonman
        31.03.2018 17:37
        #10696223
        +1

        Можно магнитную антенну сделать. Не думали о таком варианте?


        1. Javian
          31.03.2018 18:05
          #10696231
          +1

          Для ДВ скорее всего передатчик мощный нужен. Магнитная для передатчика не годится.
          Лучше пробовать ультразвуком — geektimes.ru/post/296179


      1. Diordna
        01.04.2018 23:38
        #10697639

        а можно узнать подробнее почему нужны большие габаритные антенны для длинноволновой связи?


        1. Javian
          02.04.2018 06:01
          #10697809

          habrahabr.ru/post/158273

          Несимметричный вибратор

          image

          Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
          В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.

          Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
          Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

          Длину вибратора можно себе представить —
          Длинные волны — диапазон радиоволн с частотой от 30 кГц (длина волны 10 км) до 300 кГц (длина волны 1 км).


          еще по теме Прием сверхдлинных радиоволн в домашних условиях


  1. slopestyler
    31.03.2018 22:38
    #10696455

    О, крутая статья.
    Как раз летом думал сделать гексакоптер с такой же схемой для передачи видео.
    Было бы интересно узнать, как реализовывалось подобное.


    1. Alexandr2001 Автор
      01.04.2018 05:49
      #10696695

      На github 3 исходника для 3 компьютеров, поэтому перенести это на гексакоптер будет не очень сложно, если будут вопросы пишите.


  1. sned
    01.04.2018 07:24
    #10696719

    Идея проекта не нова.Реализация не жизнеспособна.
    Зачем делать столько составных частей корпуса да ещё из слабенького печатного пластика?
    Всё потечёт уже на глубине в пол метра.


    1. Alexandr2001 Автор
      01.04.2018 07:26
      #10696721

      Идея не нова, именно поэтому статья называется, так как называется, пластик совсем не так слаб(abs прочный), насчет частей правда, но принтер маленький а изготавливать вручную не хотелось.


  1. UA3MQJ
    02.04.2018 12:10
    #10698311

    Я ждал именно этого: когда появятся изучатели водных глубин!
    Спасибо за статью и удачи!