Pi Catapult: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Κάθε χρόνο το τελευταίο Σάββατο του Οκτωβρίου, το Ιστορικό Μουσείο Cantigny διοργανώνει έναν ερασιτεχνικό διαγωνισμό καταπέλτη. Πρόκειται για έναν υπέροχο διαγωνισμό που επιτρέπει σε όλους τους συμμετέχοντες να χτίσουν και να πυροβολήσουν έναν καταπέλτη ενώ αγωνίζονται σε έως 3 διαφορετικές κατηγορίες: απόσταση, ομαδοποίηση βολών και ακρίβεια. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον διαγωνισμό, επισκεφθείτε τον ιστότοπό τους στη διεύθυνση https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Για αυτόν τον διαγωνισμό, η ομάδα μου, οι Pi Throwers, αποφάσισε να χρησιμοποιήσει ένα Raspberry Pi για να βοηθήσει απελευθερώστε μέρος της ρίψης μας.

Στο σχεδιασμό μας, έχουμε ένα σύνολο αισθητήρων που παρακολουθούνται από ένα Raspberry Pi Zero Wireless. Αφού οπλίσει τον καταπέλτη και τραβήξει την απελευθέρωση, το Raspberry Pi ελέγχει πότε θα κυκλοφορήσει το μπέιζμπολ. Χρησιμοποιώντας αυτήν την απλή διαδικασία, καταφέραμε να έρθουμε στη δεύτερη θέση με απόσταση 186 ποδιών.

Αυτό το Instructable θα συζητήσει το σχεδιασμό, την ανάπτυξη και την εφαρμογή του ελεγκτή Raspberry Pi και των σχετικών ηλεκτρονικών. Παρόλο που δεν καλύπτω το κτίριο του φετινού καταπέλτη, αναζητήστε ένα διδακτικό μετά την έναρξη του νέου έτους σχετικά με τον σχεδιασμό και την κατασκευή καταπέλτη των επόμενων ετών.

Απλώς για διασκέδαση, έχω συμπεριλάβει ένα βίντεο με το πλάνο των 186 ποδιών μας. Ελπίζω να το απολαύσετε.

Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω τους συμπαίκτες μου φέτος: τους Steven Bob και Gus Menoudakis.

Βήμα 1: Συνολικός σχεδιασμός

Κατά τη διάρκεια του διαγωνισμού των τελευταίων ετών είχαμε αρκετά προβλήματα για να έχουμε συνεχείς κυκλοφορίες για τον καταπέλτη μας. Όντας μεγάλος γκέικ, σύμφωνα με τη σύζυγό μου, αποφάσισα να χρησιμοποιήσω τις ικανότητές μου με τα ηλεκτρονικά και το εξαιρετικά χαμηλό κόστος ενός Raspberry Pi Zero ($ 5) για να προσθέσω τον έλεγχο υπολογιστή.

Εδώ είναι η συνολική διαδικασία πυροδότησης του καταπέλτη. Αρχικά, ενεργοποιήστε το Pi. Δεύτερον, συνδεθείτε στο ασύρματο hot spot του Pi με το iPhone μου και ξεκινήστε την εφαρμογή Catapult μου. Στη συνέχεια, κλείστε τον καταπέλτη και ρυθμίστε την απελευθέρωση. Φορτώστε τον καταπέλτη και ρυθμίστε τη σκανδάλη. Οπλίστε τον καταπέλτη με την εφαρμογή. Όταν είστε έτοιμοι να πυροβολήσετε τον καταπέλτη, τραβήξτε την απελευθέρωση. Τώρα το Pi, χρησιμοποιώντας τους ενσωματωμένους αισθητήρες, απελευθερώνει τη σκανδάλη την κατάλληλη στιγμή και η μπάλα απελευθερώνεται.

Βήμα 2: Ρύθμιση Raspberry Pi Zero

Υπάρχουν τρία βασικά βήματα που απαιτούνται για τη ρύθμιση του Raspberry Pi για χρήση στον καταπέλτη. Το πρώτο είναι να προσθέσετε συνδέσεις στα power pad που βρίσκονται στο πίσω μέρος του Pi. Το δεύτερο είναι να ρυθμίσετε το Pi ως hot spot. Το τελευταίο βήμα είναι η ανάπτυξη ενός προγράμματος στην Python που θα αλληλεπιδρά με την εφαρμογή ελέγχου, θα διαβάζει τους αισθητήρες και θα πυροδοτεί τον καταπέλτη όταν χρειάζεται.

Συνδέσεις ρεύματος

1. Φωτιά στο κολλητήρι σου.
2. Πιάστε ένα σετ καλωδίου 16-18 για τη σύνδεση ρεύματος. Χρησιμοποιώ πάντα κόκκινο σύρμα για τη θετική σύνδεση. Χρησιμοποιώ επίσης σύρμα που έχει μια υποδοχή στο ένα άκρο, ώστε να μπορώ να αφαιρέσω το πεύκο από τον καταπέλτη.
3. Ξεβιδώστε μια μικρή ποσότητα σύρματος και κολλήστε τα άκρα.
4. Προ-κολλήστε τα μαξιλάρια όπου θα συνδέσετε το ρεύμα. Δεν γνωρίζω τους αριθμούς των ταμπόν, αλλά έχω δείξει ποια τακάκια θα χρησιμοποιηθούν στην εικόνα.
5. Συγκολλήστε τα καλώδια στο Pi. Θεωρώ ότι αυτό το βήμα είναι εύκολο αν ασφαλίσετε το Pi και κρατήσετε ένα καλώδιο πάνω από το μαξιλάρι για συγκόλληση. Στη συνέχεια, εφαρμόζω το συγκολλητικό σίδερο στο σύρμα πιέζοντας προς τα κάτω το μαξιλάρι. Μόλις νιώσετε τη συγκόλληση στο σύρμα να λιώνει, απελευθερώστε την πίεση.
6. Επαναλάβετε με το δεύτερο σύρμα.
7. Ελέγξτε για τυχόν σορτς. Υπάρχει ένα κοντό εάν τα καλώδια ή η συγκόλληση και από τα δύο μαξιλάρια αγγίζουν το ένα το άλλο. Εάν συμβεί αυτό, ζεστάνετε τη συγκόλληση, αφαιρέστε τα καλώδια και δοκιμάστε ξανά.

Hot Spot

Ενώ θα μπορούσα να περάσω από όλα τα βήματα για να δημιουργήσω ένα hot spot, υπάρχουν άλλα που έχουν κάνει καλύτερη δουλειά. Έχω παραθέσει μερικές τοποθεσίες με οδηγίες βήμα προς βήμα.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Πρόγραμμα Python

Ένα πρόγραμμα Python χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της διαμόρφωσης και της πυροδότησης του καταπέλτη. Το πρόγραμμα, που βρίσκεται παρακάτω, εκτελείται στο Pi και σας επιτρέπει να διαμορφώσετε και να ελέγξετε τον καταπέλτη. Αυτό το πρόγραμμα προστίθεται στον τοπικό κατάλογο χρηστών και εκτελείται κάθε φορά που ενεργοποιείται το Pi προσθέτοντας μια καταχώριση στο /etc/rc.local. Αυτό το πρόγραμμα δημιουργεί έναν διακομιστή δικτύου στον οποίο συνδέομαι χρησιμοποιώντας μια εφαρμογή που έχει αναπτυχθεί για το iPhone μου. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε το telnet και να συνδεθείτε στη θύρα 9999 στο Pi. Στη συνέχεια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε εντολές κειμένου για την ίδια επίδραση με την εφαρμογή μου.

Πρόγραμμα Κόμβου-Κόκκινου

Ως προσθήκη στο πρόγραμμα Python, έχω δημιουργήσει ένα πρόγραμμα Node-Red με παρόμοια λειτουργικότητα, αλλά χρησιμοποιεί διεπαφή ιστού. Δεδομένου ότι το Rasbian, το προτεινόμενο λειτουργικό σύστημα για το Raspberry Pi, περιλαμβάνει το Node-Red ως μέρος της εγκατάστασης, σκέφτηκα ότι αυτό μπορεί να είναι μια καλή προσθήκη. Αντιγράψτε τα περιεχόμενα του αρχείου catapult.json στο πρόχειρό σας, ανοίξτε το Node-Red στο Pi που σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε για τον καταπέλτη σας, επιλέξτε Import-> Clipboard από το μενού στα δεξιά και επικολλήστε τον κώδικα εκεί. Τώρα το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να αναπτύξετε τον κώδικα και να συνδεθείτε στη διεύθυνση IP του Pi σας για τη διεπαφή χρήστη. Στην περίπτωσή μου είναι https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, η διεύθυνση IP σας θα είναι πολύ.

Βήμα 3: Καλωδίωση των εξαρτημάτων

Αν και μοιάζει με χάος, η πραγματική καλωδίωση του συστήματος είναι αρκετά απλή. Το κακοδιαμορφωμένο διάγραμμα του PowerPoint δείχνει όλες τις συνδέσεις. Τα εξαρτήματα που χρειάζονται παρατίθενται παρακάτω.

Λίστα μερών

1. Raspberry Pi Zero Wireless - $ 5
2. Κάρτα micro SD 16 GB - 8-10 $
3. Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα ώθησης Uxcell DC12V 25N Force 2 -Wires Pull Push, ηλεκτρομαγνήτης, ενεργοποιητής 10 mm - $ 18
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC to DC Buck Converter 3.0-40V σε 1.5-35V Power Supply Step Down Module-$ 2
5. Floureon 2 Packs 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo Battery with XT60 Plug for RC Car, Skylark m4 -fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone and FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 ίντσα) - 27 $
6. Εναλλαγή διακόπτη - $ 2-10 ανά διακόπτη, είχα έναν παλιό που χρησιμοποιούσα
7. Finware 6 ζεύγη XT60 XT -60 αρσενικά θηλυκά βύσματα σύνδεσης σφαίρας τροφοδοτικά με συρρίκνωση θερμότητας για μπαταρία RC Lipo - 7,50 $
8. Cylewet 15Pcs Reed Switch with Gilded Lead Normally Open (N/O) Magnetic Induction Switch Electromagnetic for Arduino (Pack of 15) CYT1065 - $ 10
9. Tolako 5v Relay Module for Arduino ARM PIC AVR MCU 5V Indicator Light LED 1 Channel Relay Module Λειτουργεί με Επίσημους πίνακες Arduino - 6 $. Θα μπορούσατε να πάρετε ένα ρελέ που λειτουργεί σε 3.3v και να παρακάμψετε το τρανζίστορ NPN, θα είχα αν είχα παραγγείλει το σωστό για αρχή.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 Πλαστικά-Ενθυλακωτά Τρανζίστορ ισχύος 75V 600mA-2 $
11. Συρμάτινα και διάφορα μέρη - αυτό περιλαμβάνει περίπου 20 μαγνήτες.

Συνδέσεις

Όπως μπορείτε να δείτε από το φρικτό μου διάγραμμα ηλεκτρονικών, οι συνδέσεις για τα ηλεκτρονικά είναι μάλλον απλές. Mightσως αναρωτιέστε γιατί υπάρχει ένα τρανζίστορ NPN εκεί, έχει να κάνει με το ρελέ που λειτουργεί στα 5 βολτ και το Pi τρέχει στα 3.3v. Ναι, υπάρχουν ακίδες 5V στο Pi, αλλά δεν προορίζονται για σύνδεση με τις καρφίτσες GPIO. Ρωτήστε με πώς ξέρω…

Ο τρόπος σύνδεσης των εξαρτημάτων μεταξύ σας είναι δική σας επιλογή. Χρησιμοποίησα παλιούς συνδετήρες σερβο RC καθώς έχουν τη σωστή απόσταση για χρήση για τις ακίδες GPIO στο Raspberry Pi και έχω μια μεγάλη συλλογή από αυτά. Εάν θέλετε, μπορείτε να κατευθύνετε τη συγκόλληση στις οπές/καρφίτσες του Pi. Απλά πρέπει να βεβαιωθείτε ότι οι συνδέσεις είναι ασφαλείς και είναι απίθανο να διαχωριστούν κατά τη διάρκεια της βίαιης διαδικασίας που αποτελεί εκτόξευση καταπέλτη.

Βήμα 4: Τυπωμένα μέρη

Υπάρχουν τρία στοιχεία που έπρεπε να εκτυπώσω για αυτό το έργο και παρατίθενται παρακάτω.

1. Θήκη ηλεκτρονικών
2. Θήκη σωληνοειδούς
3. Βραχίονας συγκράτησης μπέιζμπολ

Έχω συμπεριλάβει τα αρχεία STL για καθένα από τα μέρη που έπρεπε να εκτυπώσω. Κατά την εκτύπωση του βραχίονα, συνιστώ να χρησιμοποιείτε ποσοστό πλήρωσης 25-50%. Αυτό γίνεται για να βεβαιωθείτε ότι ο βραχίονας δεν σπάει λόγω των καταπονήσεων που υφίσταται κατά την πυροδότηση.

Βήμα 5: Διακόπτες μαγνητών και καλαμιών

Μία από τις πιο σημαντικές πτυχές του σχεδιασμού είναι ο προσδιορισμός του τρόπου με τον οποίο βρίσκεται ο βραχίονας κατά την εκτόξευση του καταπέλτη. Υπάρχουν μερικές διαφορετικές επιλογές, αισθητήρες εφέ Hall, διακόπτες καλαμιών και επιταχυνσιόμετρα είναι λίγες. Αρχικά είχα προγραμματίσει να χρησιμοποιήσω τους αισθητήρες Hall Effect, αλλά διαπίστωσα ότι δεν λειτουργούσαν με συνέπεια, οπότε άλλαξα σε διακόπτες καλαμιών. Εάν επιλέξετε να χρησιμοποιήσετε διακόπτες καλαμιών, μια λέξη προσοχής, οι διακόπτες καλαμιών πρέπει να είναι προσανατολισμένοι έτσι ώστε να είναι κάθετοι στην φυγόκεντρο δύναμη. Διαφορετικά είναι πιθανό οι διακόπτες καλαμιών να ανοίξουν/κλείσουν με την περιστροφική κίνηση του βραχίονα.

Όπως μπορείτε να δείτε από το διάγραμμα, χρησιμοποίησα τέσσερις μαγνήτες και δύο διακόπτες καλαμιών. Κάθε ένας από τους μαγνήτες χωρίζεται 90 μοίρες. Αυτό, σε συνδυασμό με την παύση 135 μοιρών για τους διακόπτες καλαμιών, επιτρέπει 8 μετρήσεις αισθητήρα ανά περιστροφή. Με τη μετατόπιση του αισθητήρα, και οι δύο αισθητήρες δεν θα διασχίζουν έναν μαγνήτη ταυτόχρονα, κάτι που μας επιτρέπει την ίδια ακρίβεια με τη χρήση ενός μόνο διακόπτη καλαμιού και 8 μαγνητών. Σε κάθε περίπτωση, κάθε 45 μοίρες που ο βραχίονας γυρίζει το Pi θα έχει έναν μόνο παλμό.

Κάθε ένας από τους μαγνήτες είναι ενσωματωμένος στη βάση στήριξης του βραχίονα ρίψης. Χρησιμοποίησα ένα κομμάτι forstner 7/8 ιντσών και τρύπησα σε περίπου 6 mm για να ταιριάξω με το ύψος των μαγνητών που είχα στο χέρι. Στη συνέχεια πρόσθεσα λίγη ζεστή κόλλα στην τρύπα και πίεσα τους μαγνήτες στη θέση τους. Κάθε ένας από τους μαγνήτες θα πρέπει να είναι στο ίδιο επίπεδο με την επιφάνεια της βάσης.

Για τους διακόπτες καλαμιών, συνδέσα πρώτα τους διακόπτες σε καλώδια που αργότερα θα συνδέσω με τις καρφίτσες GPIO του Pi. Στη συνέχεια τρυπούσα μια σχισμή για τον διακόπτη καλαμιών στην κάτω πλευρά του βραχίονα ρίψης. Αυτή η υποδοχή πρέπει να έχει μέγεθος ώστε να περικλείει πλήρως τον διακόπτη καλαμιού σας. Στη συνέχεια, άνοιξα μια τρύπα στο χέρι στο τέλος της υποδοχής. Αυτή η τρύπα είναι το πώς το καλώδιο και ο διακόπτης καλαμιών περνούν μέσα από τον βραχίονα, οπότε θα πρέπει να είναι αρκετά μεγάλος για να χειριστεί και τα δύο. Στη συνέχεια, περνάω τη σύνδεση σύρματος στον διακόπτη καλαμιών και κολλάω τον διακόπτη καλαμιών στην υποδοχή που δημιουργήθηκε για αυτό. Δεδομένου ότι χρησιμοποίησα ξύλο για τον βραχίονα ρίψης, γέμισα τους χώρους στην υποδοχή του διακόπτη καλαμιών με ξύλινο υλικό πλήρωσης. Αυτός ήταν ένας τρόπος για να βεβαιωθείτε ότι ο διακόπτης καλαμιών είναι ασφαλισμένος και δεν μπορεί να τρίβεται στη βάση.

Βήμα 6: Δοκιμή

Οι δοκιμές είναι μια διασκεδαστική διαδικασία. Είναι όπου πηγαίνετε κάπου όπου δεν θα βλάψετε ανθρώπους ή δεν θα καταστρέψετε περιουσίες και θα δείτε αν τα πράγματα σας λειτουργούν. Μακάρι να το είχα κάνει. Στην πρώτη μας δοκιμή ρίξτε την απελευθέρωση του βραχίονα πολύ αργά και είχα ένα πανί μπέιζμπολ πάνω από το βαν μου, περίπου 100 πόδια μακριά. Αφού προσαρμόσαμε τον χρόνο απελευθέρωσης, προσπαθήσαμε ξανά. Αυτή τη φορά το μπέιζμπολ χτύπησε το ελαστικό του αυτοκινήτου μου και επέστρεψε πίσω σε εμάς. Μετακίνησα το αυτοκίνητό μου.

Μετά από αρκετές ακόμη προσπάθειες μετακινήσαμε εκεί που το σχοινί ήταν στερεωμένο στον βραχίονα, έτσι ώστε ο βραχίονας να σταματήσει 90 μοίρες CCW από ευθεία προς τα πάνω. Αυτό μας επέτρεψε να πυροβολήσουμε αρκετά ευθεία προς τα εμπρός και σε γωνία 45 μοιρών. Πολύ καλύτερα. Μόλις καλέσαμε την κυκλοφορία, αλλάξαμε το βάρος και τροποποιήσαμε τη σφεντόνα της μπάλας μερικές φορές για να έχουμε τα καλύτερα αποτελέσματα.

Βήμα 7: Τελικές σκέψεις

Θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους τους ανθρώπους που βοήθησαν σε αυτόν τον χρόνο καταπέλτη. Ο Στίβεν Μπομπ και ο Γκας Μενουδάκης, συμπαίκτες μου. Η γυναίκα μου, η οποία κάθε χρόνο ρωτά γιατί πρέπει να φτιάξω ένα διαφορετικό σχέδιο για έναν καταπέλτη. Και Cantigny για τον πρώτο διαγωνισμό. Είναι μια έκρηξη και πραγματικά θα πρέπει να έχει μεγαλύτερο πλήθος.

Ευχαριστώ για τον χρόνο σας και ενημερώστε με αν έχετε απορίες.