Pi katapulta: 7 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:58

Katru gadu oktobra pēdējā sestdienā Kantižnijas Vēstures muzejs rīko amatieru katapultu konkursu. Šis ir brīnišķīgs konkurss, kas ļauj visiem dalībniekiem izveidot un izšaut katapultu, sacenšoties līdz 3 dažādām kategorijām: attālums, šāvienu grupēšana un precizitāte. Lai iegūtu vairāk informācijas par konkursu, lūdzu, apmeklējiet viņu tīmekļa vietni https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Šī gada konkursā mana komanda Pi Throwers nolēma izmantot Raspberry Pi, lai palīdzētu atlaidiet mūsu metiena daļu.

Mūsu dizainā mums ir sensoru komplekts, ko uzrauga Raspberry Pi Zero Wireless. Pēc katapultas apbruņošanas un atlaišanas vilkšanas Raspberry Pi kontrolē, kad beisbols tiks palaists. Izmantojot šo vienkāršo procesu, mēs varējām ieņemt otro vietu ar 186 pēdu attālumu.

Šajā pamācībā tiks apspriests Raspberry Pi kontroliera un ar to saistītās elektronikas dizains, izstrāde un ieviešana. Lai gan es neaptveru šī gada katapultas ēku, pēc jaunā gada sākuma meklējiet pamācību par nākamā gada katapultas projektēšanu un uzbūvi.

Vienkārši prieka pēc es esmu iekļāvis video no mūsu 186 pēdu šāviena. Es ceru, ka jums patiks.

Es arī vēlos pateikties saviem komandas biedriem šogad: Stīvenam Bobam un Gusam Menoudakim.

1. solis: vispārējais dizains

Pēdējo gadu konkursā mums bija diezgan daudz grūtību iegūt konsekventus mūsu katapultas izlaidumus. Būdams liels geek, pēc sievas domām, es nolēmu izmantot savas elektronikas prasmes un ārkārtīgi zemās Raspberry Pi Zero izmaksas (5 USD), lai pievienotu datora vadību.

Šeit ir kopējais katapultas šaušanas process. Vispirms ieslēdziet Pi. Otrkārt, izveidojiet savienojumu ar Pi bezvadu karsto punktu ar savu iPhone un palaidiet manu lietotni Catapult. Pēc tam pārtiniet katapultu un iestatiet atlaišanu. Ievietojiet katapultu un iestatiet sprūdu. Apbruņojiet katapultu, izmantojot lietotni. Kad esat gatavs izšaut katapultu, pavelciet atlaidi. Tagad Pi, izmantojot iegultos sensorus, īstajā brīdī atlaiž sprūdu, un bumba tiek atbrīvota.

2. darbība: Raspberry Pi Zero Setup

Lai iestatītu Raspberry Pi lietošanai katapultā, ir jāveic trīs galvenās darbības. Pirmais ir pievienot savienojumus barošanas blokiem, kas atrodas Pi aizmugurē. Otrais ir iestatīt Pi kā karsto vietu. Pēdējais solis ir izstrādāt programmu programmā Python, kas mijiedarbosies ar vadības lietotni, nolasīs sensorus un vajadzības gadījumā atlaidīs katapultu.

Barošanas savienojumi

1. Uguns jūsu lodāmurs.
2. Strāvas savienojumam paņemiet 16-18 gabarītu vadu komplektu. Pozitīvam savienojumam vienmēr izmantoju sarkano vadu. Es arī izmantoju vadu, kura vienā galā ir savienotājs, lai es varētu noņemt priedi no katapultas.
3. Noņemiet nelielu daudzumu stieples un tiniet galus.
4. Iepriekš lodējiet spilventiņus, kur pievienosit strāvu. Es nezinu spilventiņu numurus, bet esmu norādījis, kurus spilventiņus izmantot attēlā.
5. Lodējiet vadus pie Pi. Es uzskatu, ka šis solis ir vienkāršs, ja jūs nostiprināt Pi un turiet vienu vadu virs lodēšanas paliktņa. Pēc tam es uzlieku lodāmuru uz stieples, vienlaikus nospiežot spilventiņu. Kad jūtat, ka uz stieples izkusis lodēt, atlaidiet spiedienu.
6. Atkārtojiet ar otro vadu.
7. Pārbaudiet, vai nav šorti. Īssavienojums pastāv, ja abu spilventiņu vadi vai lodmetrs pieskaras viens otram. Ja tas notiek, uzsildiet lodmetālu, noņemiet vadus un mēģiniet vēlreiz.

Karstais punkts

Lai gan es varētu veikt visas darbības, lai izveidotu karsto punktu, ir arī citi, kas ir paveikuši labāku darbu. Esmu uzskaitījis pāris vietnes ar soli pa solim sniegtajiem norādījumiem.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Python programma

Python programma tiek izmantota, lai kontrolētu katapultas konfigurāciju un aktivizēšanu. Programma, kas atrodas zemāk, tiek palaista uz Pi un ļauj konfigurēt un kontrolēt katapultu. Šī programma tiek pievienota vietējam lietotāju katalogam un tiek palaista katru reizi, kad Pi tiek ieslēgts, pievienojot ierakstu /etc/rc.local. Šī programma izveido tīkla serveri, ar kuru es izveidoju savienojumu, izmantojot lietotni, kas izstrādāta manam iPhone. Varat arī izmantot telnet un izveidot savienojumu ar Pi 9999 portu. Pēc tam varat izmantot teksta komandas tādā pašā veidā kā mana lietotne.

Mezglu sarkana programma

Kā papildinājums programmai Python esmu izveidojis Node-Red programmu ar līdzīgu funkcionalitāti, taču tā izmanto tīmekļa saskarni. Tā kā Rasbian, ieteicamā operētājsistēma Raspberry Pi, instalācijas ietvaros ir iekļauts Node-Red, es domāju, ka tas varētu būt labs papildinājums. Kopējiet catapult.json faila saturu starpliktuvē, atveriet mezglu-sarkano uz Pi, kuru plānojat izmantot katapultā, labajā izvēlnē atlasiet Importēt-> Starpliktuve un ielīmējiet kodu tur. Tagad viss, kas jums jādara, ir izvietot kodu un izveidot savienojumu ar lietotāja interfeisa Pi adresi. Manā gadījumā tas ir https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, jūsu IP adrese būs ļoti.

3. solis: detaļu savienošana

Lai gan tas izskatās kā haoss, sistēmas faktiskā elektroinstalācija ir diezgan taisna. Slikti izpildītā PowerPoint shēma parāda visus savienojumus. Nepieciešamās detaļas ir uzskaitītas zemāk.

Detaļu saraksts

1. Raspberry Pi Zero Wireless - 5 ASV dolāri
2. 16 GB micro SD karte - 8-10 USD
3. Uxcell DC12V 25N Force 2 -Wire Pull Push Solenoid, elektromagnēts, 10 mm izpildmehānisms - 18 ASV dolāri
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC līdz DC Buck pārveidotājs 3.0-40V līdz 1.5-35V Barošanas avots-2 ASV dolāri
5. Floureon 2 iepakojumi 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo akumulators ar XT60 kontaktdakšu RC Car, Skylark m4 -fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone un FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 collas) - 27 ASV dolāri
6. Pārslēgšanas slēdzis - 2-10 USD par slēdzi, man bija vecs, ko izmantoju
7. Finware 6 pāri XT60 XT -60 vīriešu sieviešu ložu savienotāji Barošanas spraudņi ar siltuma saraušanos RC Lipo akumulatoram - 7,50 ASV dolāri
8. Cylewet 15 gab. Niedru slēdzis ar apzeltītu vadu, parasti atvērts (N/O), magnētiskais indukcijas slēdzis, elektromagnētisks Arduino (15 iepakojumā) CYT1065 - 10 ASV dolāri
9. Tolako 5v releja modulis Arduino ARM PIC AVR MCU 5V indikatora gaismas diodei 1 kanāla releja modulis darbojas ar oficiālajām Arduino plāksnēm - 6 ASV dolāri. Jūs varētu saņemt releju, kas darbojas ar 3,3 V spriegumu un apiet NPN tranzistoru, ja es būtu pasūtījis pareizo, lai sāktu.
10. 100 x 2 N2222 NPN TO-92 plastmasas apvalka jaudas tranzistori 75V 600mA-2 ASV dolāri
11. Vadu un cita veida detaļas - tajā ietilpst daži 20 mm magnēti.

Savienojumi

Kā redzat no manas briesmīgās elektronikas shēmas, elektronikas savienojumi ir diezgan vienkārši. Jūs varētu brīnīties, kāpēc tur ir iemests NPN tranzistors, tas ir saistīts ar releju, kas darbojas pie 5 voltiem, un Pi darbojas ar 3,3 voltu spriegumu. Jā, uz Pi ir 5V tapas, taču tās nav paredzētas savienošanai ar GPIO tapām. Pajautājiet man, kā es zinu…

Kā savienot komponentus kopā, ir jūsu izvēle. Es izmantoju vecos RC servo savienotājus, jo tiem ir pareizs attālums, ko izmantot GPIO tapām Raspberry Pi, un man ir liela to kolekcija. Ja vēlaties, lodēšanu varat novirzīt uz Pi caurumiem/tapām. Jums vienkārši jāpārliecinās, ka savienojumi ir droši un visticamāk neatdalīsies vardarbīgā procesa laikā, kas ir katapultas palaišana.

4. solis: drukātās detaļas

Šim projektam man bija jāizdrukā trīs vienumi, un tie ir uzskaitīti zemāk.

1. Elektronikas korpuss
2. Solenoīda korpuss
3. Beisbola aizturēšanas roka

Esmu iekļāvis STL failus katrai daļai, kas man bija jāizdrukā. Drukājot roku, iesaku izmantot aizpildīšanas ātrumu 25–50%. Tas tiek darīts, lai pārliecinātos, ka roka nesalūzt spriegumu dēļ, kas tai pakļauti šaušanas laikā.

5. darbība: magnēti un niedru slēdži

Viens no svarīgākajiem dizaina aspektiem ir noteikt, kā katapultas šaušanas laikā noteikt, kur atrodas roka. Ir dažas dažādas iespējas, Hall Effect sensori, niedru slēdži un akselerometri ir tikai daži. Sākotnēji es plānoju izmantot Hall Effect sensorus, bet atklāju, ka tie nedarbojas konsekventi, tāpēc es pārgāju uz niedru slēdžiem. Ja izvēlaties izmantot niedru slēdžus, viens brīdinājums - niedru slēdžiem jābūt orientētiem tā, lai tie būtu perpendikulāri centrbēdzes spēkam. Pretējā gadījumā ir iespējams, ka niedres slēdži tiks spiesti atvērt/aizvērt rokas rotējošās kustības dēļ.

Kā redzat diagrammā, es izmantoju četrus magnētus un divus niedru slēdžus. Katrs magnēts atrodas 90 grādu attālumā viens no otra. Tas kopā ar 135 grādu izslēgšanas komplektu niedru slēdžiem nodrošina 8 sensora rādījumus vienā apgriezienā. Ar sensora nobīdi abi sensori vienlaikus nešķērsos magnētu, kas ļauj mums sasniegt tādu pašu precizitāti, kā izmantojot vienu niedru slēdzi un 8 magnētus. Jebkurā gadījumā ik pēc 45 grādiem, kad roka pagriež Pi, tiks iegūts viens impulss.

Katrs magnēts ir iestrādāts mešanas rokas pamatnes balstā. Es izmantoju 7/8 collu forstnera uzgali un izurbju apmēram 6 mm, lai tas atbilstu magnēta augstumam, kāds man bija pie rokas. Pēc tam caurumā pievienoju mazliet karstu līmi un piespiedu magnētus vietā. Katram magnētam jābūt vienā līmenī ar pamatnes virsmu.

Niedru slēdžiem es vispirms pievienoju slēdžus vadiem, kurus vēlāk pievienoju Pi GPIO tapām. Pēc tam es izurbju niedru slēdža spraugu mešanas rokas apakšpusē. Šai spraugai jābūt tādai, lai tā pilnībā aptvertu niedru slēdzi. Pēc tam es izurbju caurumu caur roku spraugas galā. Šis caurums ir tas, kā vads un niedru slēdzis ir vītņoti caur roku, tāpēc tam jābūt pietiekami lielam, lai apstrādātu abus. Pēc tam es vītņoju vadu savienojumu ar niedru slēdzi un pielīmēju niedru slēdzi tam izveidotajā slotā. Tā kā mešanas rokai izmantoju koku, niedru slēdža spraugas vietas aizpildīju ar koka pildvielu. Tas bija veids, kā pārliecināties, ka niedru slēdzis ir nostiprināts un nespēj berzēt pamatni.

6. darbība: pārbaude

Pārbaude ir jautrs process. Tā ir vieta, kur jūs dodaties, kur jūs nekaitēsit cilvēkiem un nesabojāsit īpašumu, un pārbaudīsit, vai jūsu lietas darbojas. Kaut es to būtu darījis. Mūsu pirmajā testā atlaidiet roku pārāk vēlu, un man bija beisbola bura pār manu furgonu, apmēram 100 pēdu attālumā. Pēc izlaišanas laika pielāgošanas mēs mēģinājām vēlreiz. Šoreiz beisbols atsitās pret manas automašīnas riepu un atleca pie mums. Es pārvietoju savu automašīnu.

Pēc vairākiem mēģinājumiem mēs pārvietojāmies tur, kur virve bija piestiprināta pie rokas tā, ka roka apstājās par 90 grādiem pēc CCW no taisnas uz augšu. Tas ļāva mums raidīt šāvienus gandrīz taisni uz priekšu un 45 grādu leņķī. Daudz labāk. Tiklīdz izlaidums tika izsaukts, mēs pāris reizes mainījām svaru un mainījām bumbiņas slingu, lai iegūtu vislabākos rezultātus.

7. solis: pēdējās domas

Es vēlos pateikties visiem cilvēkiem, kuri palīdzēja šī gada katapultā. Stīvens Bobs un Gus Menoudakis, mani komandas biedri. Mana sieva, kura katru gadu jautā, kāpēc man katapultai jāveido savādāks dizains. Un Kantiņijam par to, ka konkurss notika pirmajā vietā. Tas ir sprādziens, un tiešām vajadzētu būt lielākam pūlim.

Paldies par jūsu laiku un dariet man zināmu, ja jums ir kādi jautājumi.