Catapulta Pi: 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

În fiecare an, în ultima sâmbătă din octombrie, Muzeul Istoric Cantigny organizează un concurs de catapultă amator. Acesta este un concurs minunat care permite tuturor celor care vin să construiască și să tragă o catapultă în timp ce concurează în până la 3 categorii diferite: distanță, grupare de fotografii și precizie. Pentru mai multe informații despre concurs, vă rugăm să vizitați site-ul lor web la https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c…. În acest an, echipa mea, Pi Throwers, a decis să folosească un Raspberry Pi pentru a ajuta la eliberați porțiunea aruncării noastre.

În proiectarea noastră, avem un set de senzori monitorizați de un Raspberry Pi Zero Wireless. După înarmarea catapultei și apăsarea butonului de lansare, Raspberry Pi controlează când va fi eliberat baseballul. Folosind acest proces simplu, am reușit să ajungem pe locul doi cu o distanță de 186 de picioare.

Acest instructable va discuta despre proiectarea, dezvoltarea și implementarea controlerului Raspberry Pi și a componentelor electronice asociate. Deși nu acoper clădirea catapultei din acest an, căutați un instructiv după începutul noului an despre proiectarea și construirea catapultei din anii următori.

Doar pentru distracție, am inclus un videoclip cu fotografiile noastre de 186 de picioare. Sper că îți place.

Aș dori, de asemenea, să le mulțumesc colegilor mei din acest an: Steven Bob și Gus Menoudakis.

Pasul 1: Proiectare generală

În timpul concursului din ultimii ani, am avut destul de multe probleme în obținerea de lansări consistente pentru catapulta noastră. Fiind un mare geek, potrivit soției mele, am decis să-mi folosesc abilitățile cu electronica și costul extrem de redus al unui Raspberry Pi Zero (5 dolari) pentru a adăuga controlul computerului.

Iată procesul general de tragere a catapultei. Mai întâi, porniți Pi. În al doilea rând, conectați-vă la punctul fierbinte wireless al Pi cu iPhone-ul meu și porniți aplicația Catapult. Apoi, înfășurați catapulta și setați eliberarea. Încărcați catapulta și setați declanșatorul. Armează catapulta cu aplicația. Când sunteți gata să trageți catapulta, trageți butonul de eliberare. Acum, Pi, utilizând senzorii încorporați, eliberează declanșatorul la momentul potrivit și mingea este eliberată.

Pasul 2: Raspberry Pi Zero Setup

Există trei pași principali necesari pentru configurarea Raspberry Pi pentru utilizare în catapultă. Primul este să adăugați conexiuni la plăcile de alimentare situate pe spatele dispozitivului Pi. Al doilea este să configurați Pi ca un punct fierbinte. Ultimul pas este să dezvolți un program în Python care să interacționeze cu aplicația de control, să citească senzorii și să declanșeze catapulta atunci când este necesar.

Conexiuni de alimentare

1. Ardeți fierul de lipit.
2. Luați un set de sârmă de calibru 16-18 pentru conexiunea de alimentare. Folosesc întotdeauna fir roșu pentru conexiunea pozitivă. De asemenea, folosesc sârmă care are un conector la un capăt, astfel încât să pot scoate pinul din catapultă.
3. Îndepărtați o cantitate mică de sârmă și tăiați capetele.
4. Pre-lipiți tampoanele la care veți conecta alimentarea. Nu știu numerele tamponului, dar am indicat ce tampoane să folosesc în imagine.
5. Lipiți firele către Pi. Consider că acest pas este ușor dacă fixați Pi și țineți un fir peste pad-ul care trebuie lipit. Apoi aplic lipirea pe sârmă în timp ce apăs în jos pe tampon. Odată ce ați simțit lipirea pe firul topit, eliberați presiunea.
6. Repetați cu al doilea fir.
7. Verificați dacă există pantaloni scurți. Un scurtcircuit există dacă firele sau lipirea de pe ambele plăcuțe se ating. Dacă se întâmplă acest lucru, încălziți lipirea, scoateți firele și încercați din nou.

Hot Spot

În timp ce aș putea parcurge toți pașii pentru a configura un punct fierbinte, sunt alții care au făcut o treabă mai bună. Am enumerat câteva site-uri cu instrucțiuni pas cu pas.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Programul Python

Un program Python este utilizat pentru a controla configurația și declanșarea catapultei. Programul, situat mai jos, este rulat pe Pi și vă permite să configurați și să controlați catapulta. Acest program este adăugat în directorul utilizatorului local și rulează de fiecare dată când Pi este pornit adăugând o intrare în /etc/rc.local. Acest program configurează un server de rețea la care mă conectez folosind o aplicație dezvoltată pentru iPhone-ul meu. De asemenea, puteți utiliza telnet și vă puteți conecta la portul 9999 de pe Pi. Apoi puteți utiliza comenzi text cu același efect ca aplicația mea.

Programul nod-roșu

În plus față de programul Python, am creat un program Node-Red cu funcționalități similare, dar care folosește o interfață web. Deoarece Rasbian, sistemul de operare recomandat pentru Raspberry Pi, include Node-Red ca parte a instalării, m-am gândit că acest lucru ar putea fi un bun adaos. Copiați conținutul fișierului catapult.json în clipboard, deschideți Node-Red pe Pi pe care intenționați să îl utilizați pentru catapultă, selectați Import-> Clipboard din meniul din dreapta și lipiți codul acolo. Acum tot ce trebuie să faceți este să implementați codul și să vă conectați la adresa IP a dispozitivului Pi pentru interfața cu utilizatorul. În cazul meu este https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, adresa dvs. IP va fi foarte.

Pasul 3: Cablarea pieselor

Deși pare o mizerie, cablarea reală a sistemului este destul de simplă. Schema PowerPoint slab realizată arată toate conexiunile. Piesele necesare sunt enumerate mai jos.

Lista de componente

1. Raspberry Pi Zero Wireless - 5 USD
2. Card micro SD de 16 GB - 8-10 USD
3. Uxcell DC12V 25N Force 2-Wires Pull Push Solenoid, Electromagnet, actuator 10 mm - 18 USD
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC to DC Buck Converter 3.0-40V to 1.5-35V Power Down Step Module - 2 $
5. Floureon 2 pachete 3S 11.1V 1500mAh 35C Baterie RC Lipo cu mufă XT60 pentru mașină RC, Skylark m4-fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone și FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 inch) - 27 USD
6. Comutator de comutare - 2-10 dolari pe comutator, am avut unul vechi pe care l-am folosit
7. Finware 6 perechi XT60 XT-60 tată de sex masculin conectori de tip bullet Mufe de alimentare cu termocontractor pentru baterie RC Lipo - 7,50 USD
8. Comutator Reed Cylewet 15 buc cu plumb aurit normal deschis (N / O) Comutator cu inducție magnetică electromagnetic pentru Arduino (pachet de 15) CYT1065 - 10 USD
9. Modul releu Tolako 5v pentru Arduino ARM PIC AVR MCU 5V Indicator luminos LED 1 canal Modul releu funcționează cu plăci oficiale Arduino - 6 USD. Ați putea obține un releu care funcționează la 3,3v și să ocoliți tranzistorul NPN, aș avea dacă aș fi comandat pe cel corect.
10. 100 x 2 N2222 NPN TO-92 tranzistoare de putere încapsulate din plastic 75V 600mA - 2 USD
11. Sârmă și piese diverse - aceasta include niște magneți de 20 mm.

Conexiuni

După cum puteți vedea din oribila mea diagramă electronică, conexiunile electronice sunt destul de simple. S-ar putea să vă întrebați de ce există un tranzistor NPN aruncat acolo, are legătură cu releul care funcționează la 5 volți și Pi funcționează la 3,3v. Da, există pinii de 5V pe Pi, dar nu sunt pentru conectarea la pinii GPIO. Întreabă-mă cum știu …

Modul în care conectați componentele împreună este alegerea dvs. Am folosit conectori servo RC vechi, deoarece acestea au spațierea corectă de utilizat pentru pinii GPIO de pe Raspberry Pi și am o mare colecție de aceștia. Puteți direcționa lipirea către găurile / știfturile de pe Pi, dacă doriți. Trebuie doar să vă asigurați că conexiunile sunt sigure și este puțin probabil să se separe în timpul procesului violent care este o lansare a catapultei.

Pasul 4: Părți tipărite

Sunt trei elemente pe care a trebuit să le tipăresc pentru acest proiect și sunt enumerate mai jos.

1. Carcasă electronică
2. Carcasă solenoidă
3. Braț de reținere a baseballului

Am inclus fișierele STL pentru fiecare dintre părțile pe care trebuia să le tipăresc. La imprimarea brațului, vă recomand să utilizați o rată de umplere de 25-50%. Acest lucru este pentru a vă asigura că brațul nu se rupe din cauza solicitărilor la care este supus în timpul tragerii.

Pasul 5: magneți și comutatoare Reed

Unul dintre cele mai importante aspecte de proiectare este determinarea modului de a spune unde este brațul în timpul tragerii catapultei. Există câteva opțiuni diferite, senzori de efect Hall, comutatoare reed și accelerometre sunt doar câteva. Inițial, plănuisem să folosesc senzorii de efect Hall, dar am constatat că nu funcționează în mod consecvent, așa că am trecut la comutatoare reed. Dacă alegeți să utilizați întrerupătoarele reed, un cuvânt de precauție, întrerupătoarele reed trebuie orientate astfel încât să fie perpendiculare pe forța centrifugă. În caz contrar, este posibil ca întrerupătoarele să fie deschise / închise forțat de mișcarea de rotire a brațului.

După cum puteți vedea din diagramă, am folosit patru magneți și două comutatoare reed. Fiecare dintre magneți este amplasat la 90 de grade. Aceasta, în combinație cu setul de oprire de 135 de grade pentru comutatoarele reed, permite 8 citiri ale senzorilor pe rotație. Cu decalajul senzorului, ambii senzori nu vor traversa un magnet în același timp, ceea ce ne permite aceeași precizie ca și utilizarea unui singur comutator reed și a 8 magneți. În ambele cazuri, la fiecare 45 de grade pe care brațul îl întoarce, Pi va primi un singur impuls.

Fiecare dintre magneți este încorporat în suportul de bază pentru brațul de aruncare. Am folosit un pic de 7/8 inch forstner și am forat aproximativ 6 mm pentru a se potrivi cu înălțimea magneților pe care o aveam la îndemână. Am adăugat apoi un pic de adeziv fierbinte în gaură și am apăsat magneții în poziție. Fiecare dintre magneți trebuie să fie la același nivel cu suprafața bazei.

Pentru comutatoarele reed, am conectat mai întâi comutatoarele la fire pe care le voi conecta ulterior la pinii GPIO ai lui Pi. Apoi am forat un slot pentru comutatorul de stuf pe partea inferioară a brațului de aruncare. Acest slot ar trebui dimensionat pentru a încadra complet comutatorul dvs. Reed. Apoi am forat o gaură prin braț la capătul slotului. Această gaură este modul în care firul și comutatorul de reed sunt filetate prin braț, astfel încât acesta ar trebui să fie suficient de mare pentru a putea manipula ambele. Apoi înfășur conexiunea de sârmă la comutatorul reed și lipesc comutatorul reed în slotul care a fost creat pentru acesta. De vreme ce am folosit lemn pentru brațul meu de aruncare, am umplut spațiile din fanta comutatorului de stuf cu umplutură de lemn. Acesta a fost un mod de a vă asigura că întrerupătorul reed este fixat și nu poate freca pe bază.

Pasul 6: Testarea

Testarea este un proces distractiv. Este locul unde te duci într-un loc unde nu vei face rău oamenilor sau nu vei deteriora bunurile și vei vedea dacă lucrurile tale funcționează. Mi-aș dori să fi făcut asta. La primul nostru test aruncați brațul prea târziu și am avut o navă de baseball peste duba mea, la aproximativ 100 de metri distanță. După ajustarea calendarului de eliberare, am încercat din nou. De data aceasta baseballul mi-a lovit anvelopa mașinii și a revenit la noi. Mi-am mutat mașina.

După mai multe încercări, ne-am deplasat acolo unde frânghia era atașată de braț, astfel încât brațul să se oprească la 90 de grade CCW de drept în sus. Acest lucru ne-a permis să tragem fotografii destul de direct și la un unghi de 45 de grade. Mult mai bine. Odată ce ați lansat apelul, am schimbat greutatea și am modificat prinderea mingii de câteva ori pentru a obține cele mai bune rezultate.

Pasul 7: Gânduri finale

Aș dori să mulțumesc tuturor oamenilor care au ajutat la catapulta acestui an. Steven Bob și Gus Menoudakis, coechipierii mei. Soția mea, care în fiecare an mă întreabă de ce trebuie să construiesc un design diferit pentru o catapultă. Și Cantigny pentru că a avut concursul în primul rând. Este o explozie și într-adevăr ar trebui să aibă o mulțime mai mare.

Vă mulțumim pentru timpul acordat și spuneți-mi dacă aveți întrebări.