ROV "Dachbox" Projekt

[Diron]

Primäres Projektziel: VideoROV für Filmaufnahmen(HDTV) mit langer Betriebsdauer und Tauchtiefen bis 100Meter

Über den ROV:
Robustes Unterwasserfahrzeug mit besonders aerodynamischen Eigenschaften für lange Filmexpeditionen in die heimischen Süßwasserseen und Flüssen, sowie im Salzwasserbereich.

Vorteile:
- Innenliegende Antriebssysteme für einen sicheren Betrieb auch in Planzenreichen Regionen
- Große Akkureserve für Tauchexpeditionen mit Strömung (Antrieb) oder im Nachtbetrieb (Licht)
- Umfangreiches Kamerasystem (Rechts/Links/Unten/Hinten)
- Hochauflösende Frontkamera(HDTV)
- Glasfaserkommunikation über 300 Meter hochflexibles Kabel
- dreidimensionales Antriebsmanagement über zwei Joysticks und zwei Pedale

Gebaut für:
Langzeitbeobachtungen auf dem Meeresgrund
Felswandexpeditionen
Verfolgungsmissionen
Strömungsmissionen
Tiefwassermissionen (50 bis 100 Meter)

Nicht geeignet für:
Höhlenforschung
Wrackexpeditionen
Schlechte Sichtverhältnisse
Wellengang
Probensammeln (keine Werkzeuge)

Gehäuse:
Da werden die ersten lachen: Thule Spirit 780 (ja, die Dachbox!)

Antriebe: (6)
Realisiert durch Brushless Motoren (eingegossen) im Inneren des ROVs
- Hauptantrieb(2 Motoren parallel)(Vor/Zurück)
- Bugstrahlruder(Links/Rechts)
- Heckstrahlruder(Links/Rechts)
- Frontturbine(Auf/Abtrieb)
- Heckturbine(Auf/Abtrieb)
- Lagestabilisator(Längstachse)

Licht:
2x3x1Watt HochleistungsLEDs (Front)
2x50Watt IRC-Halogenscheinwerfer (Front)
2x1 Watt HochleistungsLEDs (Heck)
Postionsleds

Kameras:
Frontkamera(12 Megapixel/HDTV)
Seitenkameras(640x480)(Rechts/Links)
Grundkamera (640x480)(Unten)
Heckkamera(640x480)(Hinten)

Technische Details:
120 Ah Bleiakkupack (später Lipo)
7 x 16 A Motoren
110 Watt Lichtleistung
2,2 GB Glasfaseranbindung

Geplante Kosten: ca. 5000 Euro (jetzt werden die meisten verstanden haben das es kein Spielzeug werden soll)

Erläuterungen:
Der traditionelle Aufbau eines Stahlrohrs mit angesetzen Antrieben muss einem aerodynamischen Design weichen. Im Inneren wirds trotzdem so aussehen. Da die Antriebsmotoren aufgrund der brushless-Technologie nur eingegossen werden müssen ist ein besonders unkomplizierter Einbau möglich.
Die Entscheidung auf diese wirklich ungewöhnliche Gehäuselösung fiel im Zusammenhang mit der Transportfähigkeit und der Aerodynamik. Der ROV kann, um sein Ziel schneller, zu erreichen Rückwärts fahren. Dazu muss man erklären das die Front des ROVs DIE RÜCKSEITE DER DACHBOX wird. Somit kann er auch gefahrlos auf einem Autodach transportiert werden ohne "eine Fliege ins Auge zu bekommen".
Der enorme Laderaum wird (mal abgesehen von großen Strömungskanälen) genug Platz für Akkupack(rohr) und Technik(rohr) lassen. Die Akkupacks werden beim Transport entfernt um das Gewicht zu verringern (man muss das Ding ja noch aufs Autodach heben können). Zudem kann man so mehrere Akkupacks haben und diese parallel zum Betrieb laden.

Drucksicher:
Der ROV wird neben dem drucklosem Aufbau (Antrieb und Innenraum > ja, der Innenraum wird mit Wasser geflutet) 3 Druckabhänge Module (Rohre) haben.
>1. Kamera
>2.Technik
>3.Akkus.
Die Kamera soll vorerst in einer Metalröhre mit dicker Plexiglasscheibe geschützt werden.
Die Technik und die Bleiakkus werden in Öl eingegossen und dann in den Stahlröhren verschraubt.

Ich weiß das dieses Projekt nicht unbedingt mit denen hier im Forum vergleichbar ist, jedoch soll hier ein ROV für den professionellen Filmeinsatz enstehen.

In Planung:
Ausfahrbare "Landestützen"
Ausfahrbare Frontkamera
weitere Lichtquellen

>>...die Diskussionsstunde ist eröffnet...<<

Nachtrag:
Das Konzept wurde überarbeitet. Die Diskussion geht hier weiter: www.rov-er.net

[Diron]

Zudem mache ich mir grade über die Anordnung der Antriebsauslassöffnungen an der Front Gedanken. Wie positioniert man die am besten um keinen Dreck aufzuwirbeln wen man "en Stück" zurücksetzt und trotzdem genug Ansaugfläche für einen Vorwärtskommen bietet. Die Überlegung ist diese schräg nach vorneoben auszuleiten, was aber ein Absenken der Front bei einer Rückwärtsfahrt bedeuten würde, was die Frontturbine wieder korrigieren müsste. Eventuell ein nutzbares "Übel", da die Frontturbine ca. 30cm weiter hinten sitzt und der aufgewirbelte Dreck so vielleicht nicht die Frontkamera erreicht.

[HannoHupmann]

Klingt interessant und nach ordentlich viel Arbeit. Das Problem ist meistens, wenn man ohne Vorkentnisse ein großes Projekt beginnt, dass man über kleinere Probleme stolpert die schnell größer werden können. Ich weis nicht wie gut deine Kentnisse sind aber ich würde zum Testen einen kleineren weniger ambitionierten ROV bauen und mein Konzept damit überprüfen (Antrieb, Kamera etc). Danach können diese Elemente in den "Großen" übernommen werden und eventuell verbessert.

Ansonsten würde ich versuchen, das Projekt in viele Teilschritte zu zerlegen und diese immer wieder testen. (Kamerasystem aufbauen und ins Wasser werfen und kucken ob alles klappt). Fast alle hier im Forum bauen große Projekte Modular auf.

Ansonsten empfiehlt es sich Zeichnungen und Pläne zu posten, dann können andere User Tipps geben.

[Diron]

Woran sich wohl Vorkenntnisse definieren lassen...

Ok, anders formuliert. Primär interessieren mich eure "ersten" Fragen die sich bei einem solchen ROV stellen.
Das Projekt ist... und bleibt... vorerst rein theorethisch, was Idee und welcher Rahmen angedacht ist, betrifft.
Jetzt gilt es für mich Meinungen einzuholen... Fragen oder Probleme die sich ergeben vielleicht aus der Erfahrung Anderer hier - zu lernen/profitieren.

Achso, was oben zukurz gekommen ist, ist sicher der Bereich der Steuerelektronik. Dazu muss man sagen das hier ja alles möglich ist. Aufgrund der Anforderungen an den ROV und der Leistungsfähigkeit der Akkus ist ein embedded PC (Nano oder Pico-ITX) mit Linuxplattform geplant. Da der Stromverbrauch dieser Mainboards bei Vollast 25Watt nicht überschreitet fällt eine ausreichende Stromversorgung nicht besonders ins "Gewicht". Eine embedded Plattform ist schon alleine wegen der Kommunikation über Glasfaser(Netzwerkkarte) erforderlich. Die genaue Planung ist erstmal vertagt... da die technischen Möglichkeiten sich sowohl im Unfang und in den Kosten momentan sehr schnell vorranbewegen.

Hierzu hätt ich mal ne Frage. Nehmen wir mal rein theorethisch an man würde das Mainboard nur in sonne Plexiglasschachtel packen und das ganze in einem Ölbad verschrauben..>>
<<dann würde in einer Tiefe von 100 Metern (auf 150 auslegen) ein Druck von 11(16)Bar auf jedem cm² und somit den Bauteilen liegen. Frage: Habt ihr Erfahrungen damit? Was halten Bauteile (übrigens beim Pico-ITX nur SMD und Chips) so aus... was sollten sie aushalten? Dazu kommt das der Druck im Öl ja von allen Seiten total gleichmässig auf die Bauteile drückt.

[HannoHupmann]

Mhm ohne es jetzt zu wissen will ich den Theoretischen Ansatz einmal weiter verfolgen. Bauteile in Öl einlegen ist eine Sache, längerfristig darin lassen nicht so gut. Hängt stark vom verwendeten Öl ab.
Wenn die Plexiglasschachtel dicht ist und bis zum Rand mit Öl gefüllt dann bricht bei 11Bar die Plexiglasschachtel weil sie den Druck nicht direkt ans Öl übergeben kann und Plexiglas eher unflexibel ist. Bei 11Bar kommt man eh in Bereich die physikalisch nicht mehr so einfach sind. Ich würde versuchen ein Gehäuse zu bauen, welches im inneren keinen Druck bzw. nur sehr geringen überdruck hat (müsste entsprechend stabil sein).
Bei SMD teilen müsste es vom Druck her sogar gehen. Aber zur Sicherheit könnte man bei nem SMD hersteller fragen bis zu welchem Druck die Teile zugelassen sind.

Es wird aber im Roboter sicher Teile geben die keinen Druck von 11 bar ertragen (Akkus vielleicht oder eben alles wo Luft eingeschlossen ist). Die würden böse zerquetscht werden. Daher braucht es auf jedenfall ein Gehäuse welches den Druck aufnehmen bzw. kompensieren kann.

Wie hast du dir eigentlich das Auftauchen gedacht?

[Diron]

Natürlich müssen die Akkus aufgrund ihrer Bauweise in einem Druckunabhängigen Raum (Stahlrohr) untergebracht werden.
Allerdings verstehe ich nicht warum die Plexiglasschachtel brechen sollte "

weil sie den Druck nicht direkt ans Öl übergeben kann und Plexiglas eher unflexibel ist

". Da es keine Volumenänderung gibt (randvoll in Öl eingelegt) gibt es auch doch keine Spannungen/Verformungen im Plexiglas, welche zu einem Bruch führen könnten.

Die Überlegung wäre noch druckunabhängige Module(rohre) so zu konstruieren, das sie entweder im Überdrück verschlossen werden (Tauchkammer) oder einen flexiblen Innendruck zum Aussendruck aufbauen können. So würde man die Belastung auf das Gehäuse/Rohr reduzieren. Zm Beispiel muss ein mit 2Bar Überdruck gefülltes Rohr nur 9 Bar in 100Metern Tiefe aushalten.

Wie hast du dir eigentlich das Auftauchen gedacht?

Der ROV sollte eine austarierte Masse besitzen die ein Tauchen/Auftauchen mithilfe der Front- und Heckturbine ermöglicht. Die Turbinen sitzen Senkrecht jeweils vorne und hinten im ROV (Ja, bin schon an einer Zeichnung dran>kommt). Dadurch lässt sich der ganze ROV auch Kippen (nach vorne/nach hinten).
Da man ihn nie genau austariert bekommt und sich je nach Wasserdruck und Temperatur der Auftrieb ändert, können die Turbinen mit einer Mindestdrehzahl angesteuert werden um einen Auf/Abtrieb wärend des Tauchgangs ohne beeinträchtigung der Steuerung zu kompensieren. Das soll computergesteuert laufen (Lageregler und Tiefenmesser). Diese Lösung scheint mir (auch zugunsten der Manövrierbarkeit) besser/billger/einfacher zu sein als ein Tauchtanksystem.

Man kann den ROV vor jedem Tauchgang passend austarieren (je nach Aufgabe und Tauchtiefe) mit Gewichten im Rumpf und Heck. So kann man auch einen permanten Abtrieb erzeugen der Landungen auf dem Meeresboden (für Langzeitaufnahmen) ermöglicht und so extrem Energie spart.
Sicher kommt in diesem Zusammenhang auch die Frage nach dem Notaufstiegssystem. Primär nicht geplant da man durch die Gewichte einen permanenten Aufstieg tarieren kann und der ROV im Falle eines Ausfalls eh langsam aufsteigt. Im Zusammenhang mit den Landestützen wird sicher ein abwerfbares Gewicht notwendig werden. Aber das erst später...

[avion23]

Hi Diron,
nur mal ein paar Kritikpunkte von mir

1. Die Glasfaseranbindung.
Mal angenommen, dein embedded Rechner hätte die Leistung, um die Kameradaten zu komprimieren und dann zu übertragen. Dann brauchst du immer noch eine Netzwerkkarte die 2.2GB/s an Nutzdaten übertragen kann. Eine PCI-E lane ist auf 250MB/s inkl. Overhead begrenzt. Bei 4 Lanes kommst auf auf 1GB/s inkl. Overhead, und dort ist auch schon Ende der Fahnenstange.
Mit anderen Worten: Es gibt für einen normalen Rechner keine Netzwerkkarte, die solche Daten übertragen kann.

Das zweite Problem ist die Prozessorpower. Um HDTV zu komprimieren brauchst du richtig viel Leistung! Ich würde vor 4* 3GHz core 2 duo nicht auf Echtzeit hoffen. Ein 25W embedded Rechner ist davon soweit entfernt wie dein Projekt von einem Raumschiff.

2. Der Antrieb.
Mach erstmal ein Modell :P Bei der anvisierten Größe nutzen die 2*16A (bei wieviel Volt?) für den Frontantrieb rein garnichts.

3. Licht
Total unterdimensioniert IMHO. Weniger LED, mehr Gasentladungslampen :P Für Filmaufnahmen brauchst du auch rot.

4. Öl einlagern.
Informier dich doch mal, was für Probleme dabei auftreten. Öl kriecht die Kabel entlang. Öl ist umweltschädlich. Und wenn Öl auf Bauelemente mit Lufteinschlüssen (Plexiglas) drückt, dann zerbröseln diese.


Das sind alles Probleme, die mir auf Anhieb eingefallen sind. MIt nachdenken kämen dann noch vieeeel mehr! Und nach meiner Erfahrung ist es so, dass wenn man ein Problem theoretisch vollkommen durchdacht hat und alle Fehlerquellen ausgeschlossen hat, man erst 10% der tatsächlichen Fehler entdeckt hat.

Es würde dir (und allen anderen) sehr viel mehr helfen, wenn du erstmal ein Modell baust. Z.B. Tauchtiefe 5m, zwei antriebe, eine webcam. Wenn du das geschafft hast, bist du schon gut

Ach ja, informier dich für die antriebe mal über jet-antriebe.

[darkbird23]

hey diron

mich würde mal stark interresieren wie weit du jetzt bist?

mfg thilo

[Diron]

Hey Thilo,

Wow, gibbet es doch Leute die dieses Projekt interessiert.

Gerne berichte ich dir von meinem aktuellen Stand:

Mal abgesehen von der Weiterentwicklung der theoretischen Planung bin ich nun auf der Suche nach praktischen Lösungen.

Vor ein paar Tagen ist der Atmel 2560 eingetroffen, der für die zentrale Steuerung gedacht ist. Neben der Erprobung des Kompassmoduls und der geeigneten Programmierlösung werden hier auch die PWN Signale für die Fahrtregler generiert.

Der Antrieb wird aus Brushless-Aussenläufern gebaut, die über A.I. LRP Brushless-Fahrtregler angesteuert werden. Die Qual der Wahl bei den Leistungklassen ist noch nicht geklärt, da eine Berechnung der benötigten Schubkraft meine momentanen Möglichkeiten sprengt. Demnach wird testweise ein 30A Motor angeschafft, aus dem der erste Thruster-Prototyp gebaut wird. Hier werden dann Leistungsklasse und Schraubengröße praktisch ermittelt. Erfahrungen über Brushlessmotoren im Wasser und deren Leistungfähigkeit sind im Netz "noch" nicht zu finden, demnach ausprobieren.

Gedanklich beschäftige ich mich momentan mit der Signalverbindung da die Glasfaserlösung zwar noch die gewünschte Endlösung, aber für den Prototypen einfach zu teuer ist (mit kabel und technik ca. 700 Euro.).
Die momentane Überlegung ist über zwei Cat5 Kabel zu kommunizieren. Eines als Ethernet (TCP/IP). Ein weiteres für Video übertragung (Zweidrahttechnik). Die Umrechnung der Videosignale in Ethernetpakete ist zu aufwändig und würde eine Echtzeitausgabe verzerren, was ein Steuern fast unmöglich macht.
Zudem soll eine Kabellösung geschaffen werden, die bei Ausfall des Embedded PCs weiterhin eine direkte Steuerung des Atmels ermöglicht.

Beim Gehäuse werde ich vorerst bleiben um den nötigen Platz für allle Koponenten zu erhalten. Die Größe wird schnell ein ordentliches Gewicht zusamenbringen (100 KG) wobei alleine knapp 40 davon die Batterie (Bleiakku) ausmachen wird. Das Übel nehme ich in Kauf wenn ich dadurch eine gute Leistungfähigkeit erreichen kann (und nicht nach 30min das Licht ausgeht).
Kontakte für CNC-Fräsen und Schweißer sind bereits geschlossen und werden wenn das notwendige Kleingeld da ist auch aktiviert.

Interessant ist der Bereich Videoaufnahme. Abgesehen von Platienkameras für unten/rechts/links/hinten muss eine Highend Kamera als Frontkamera dienen. Das Problem dabei ist die Optik, wo ich noch Informationen suche. Konkret: Brauch ich Autofocus? Wie muss die Druckkörper"scheibe" geformt sein (Dome oder Plan)? Wie wirkt sich das auf die Optik aus?
In diesem Zusammenhang kommt auch die Frage nach dem richtigen Licht, der richtigen Menge und der richtigen Wellenlänge (Rotanteil).
Sollte es hier Leute geben die konkrete erfahrungen mit professionellem Filmen (HDV) unter Wasser haben, wäre ich für eure Anregungen dankbar.

Kopfzerbrechen bereitet mir noch die Sache mit dem Tiefenmesser (bis 16Bar). Die Sensoren (bis 100Bar) sind VIEL zu teuer und ich Suche eine günstige aber eben ausreichende Lösung..

Das ganze ist mittlerweile zu einem ganz schönen Projekt angewachsen, was, und das möchte ich nochmal betonen, keinesfalls ein SpieleROV, oder ein Professional ROV werden soll. Aber die Beschäftigfung mit Problemen und der Suche nach Lösungen ist das Ziel. Dabei was zu lernen und dies auch anzuwenden...ein Hobby eben.

LEIDER gibt es keine Seite im Netz die einen ausgiebigen Austausch von informatioen zu diesem recht spezielem Thema/Projekt zulässt. Sollte jemand die Fähigkeiten besitzen Internetseiten(mit Forum) aus dem Boden zu stampfen...zu diesem Thema wollen viele was sagen oder fragen! Ausserdem sind die Leute die eigene ROVs haben nicht der kommunikativ (aus Erfahrung).

Soweit ein paar Teilbereiche aus meinem Projekt. Meine Kopfinhalt hierzu posten würd den Rahmen sprengen.

Übrigens Suche ich nach revolutionären Lösungen für den Einsatz auf großen Seen. Das Kabel soll 500 Meter haben (400 Meter Länge+100Meter Tiefe). Da der ROV primär im Süßwasser(seen) eingesetzt werden soll muss eine Möglichkeit geschaffen werden über eine Art Boje das Kabel auf den See zu bekommen. Also vom Auto (Steuerzentrale) bis zu 400m auf den See hinaus und dann noch 100 Meter hinab... es gab hier im Forum mal die Idee mit einer posiotionshaltenden Boje... ist aber glaub ich zu aufwändig.

[HannoHupmann]

zum letzten Punkt: Ich würde das Kabel einfach an der Boje festmachen. Sprich etwa 300m Kabel dann die Boje dann wieder 500m Kabel und dann der ROV.
Der ROV könnte nun das Kabel mit auf den See hinaus ziehen und was nicht gebraucht wird hängt lose rum. Wenn ich das so grob überschlage kommst du auf ~800m Kabel ich bin mir nicht sicher aber ich glaub bei 500m ist mit normalen CAT5 bzw. CAT7 Kabeln schluss. Sprich die Boje müsste auch noch einen Verstärker besitzen. Was übrigens gar nicht dumm ist, da man das Kabel dann variabel in der Länge halten kann. Also Laptop - Boje je nach bedarf Kabel einstecken und für die Tiefe auch.

Die Kameras würde ich in Polycarbonatkugeln verpacken dann sollte das mit der Optik kein Problem mehr sein. Ist doch bei vielen ROV so, dass die verpackt sind.

Ich hab übrigens gerade nen Katalog gefunden von ner Firma die ROV bzw. ROV Roboter herstellt. Die haben ein paar Technische Eckdaten zu ihren Projekten (kosten bis 45.000€) drinstehen. Wenn du willst schick ich dir das PDF per mail.

Die transportieren ihre Akkus übrigens nicht mit auf dem ROV sondern versorgen den Roboter über die Steuerleitung bzw. über das Hauptkabel gibts Strom. Macht auch mehr Sinn denk ich, da der ROV dann so gebaut werden kann, dass er wieder auftaucht wenn das Kabel abreißt und um ein Kabel kommst eh nicht herum.