Pi Catapult: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

Всяка година в последната събота на октомври Историческият музей в Кантини провежда аматьорско състезание по катапулт. Това е прекрасно състезание, което позволява на всички желаещи да построят и изстрелят катапулт, докато се състезават в до 3 различни категории: дистанция, групиране на изстрели и точност. За повече информация относно конкурса, моля, посетете техния уебсайт на адрес https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… За тази година моят екип, Pi Throwers, реши да използва Raspberry Pi, за да помогне с освободете част от хвърлянето ни.

В нашия дизайн имаме набор от сензори, наблюдавани от Raspberry Pi Zero Wireless. След като активира катапулта и издърпа освобождаването, Raspberry Pi контролира кога ще бъде пуснат бейзболът. Използвайки този прост процес, успяхме да стигнем на второ място с разстояние 186 фута.

Този Instructable ще обсъди дизайна, разработването и внедряването на контролера Raspberry Pi и свързаната с него електроника. Въпреки че не обхващам сградата на тазгодишния катапулт, потърсете инструктаж след началото на новата година за проектирането и изграждането на катапулта за следващите години.

Само за забавление, включих видеоклип от нашия изстрел от 186 фута. Надявам се да ви хареса.

Бих искал също да благодаря на моите съотборници тази година: Стивън Боб и Гюс Меноудакис.

Стъпка 1: Общ дизайн

През последните години на състезанието имахме доста проблеми с получаването на последователни издания за нашия катапулт. Като голям отрепец, според съпругата ми, реших да използвам уменията си с електрониката и изключително ниската цена на Raspberry Pi Zero ($ 5), за да добавя компютърно управление.

Ето цялостния процес на изстрелване на катапулта. Първо, включете Pi. Второ, свържете се с безжичната гореща точка на Pi с моя iPhone и стартирайте приложението Catapult. След това навийте катапулта и настройте освобождаването. Заредете катапулта и поставете спусъка. Включете катапулта с приложението. Когато сте готови да стреляте в катапулта, дръпнете освобождаването. Сега Pi, използвайки вградените сензори, освобождава спусъка в точното време и топката се освобождава.

Стъпка 2: Настройка на Raspberry Pi Zero

Има три основни стъпки, необходими за настройка на Raspberry Pi за използване в катапулта. Първият е да добавите връзки към захранващите подложки, разположени на гърба на Pi. Второто е да настроите Pi като гореща точка. Последната стъпка е да се разработи програма в Python, която да взаимодейства с приложението за управление, да чете сензорите и да задейства катапулта, когато е необходимо.

Връзки към захранването

1. Запалете поялника си.
2. Вземете комплект проводник с габарит 16-18 за захранването. Винаги използвам червен проводник за положителната връзка. Използвам и проводник, който има съединител в единия край, за да мога да извадя бора от катапулта.
3. Отлепете малко количество тел и оловете краищата.
4. Предварително запоявайте подложките, където ще свържете захранване. Не знам номерата на подложките, но посочих кои тампони да използвам на снимката.
5. Запоявайте проводниците към Pi. Намирам, че тази стъпка е лесна, ако закрепите Pi и задържите един проводник върху подложката, която да бъде запоена. След това прилагам поялника към проводника, докато натискам върху подложката. След като почувствате спойка върху стопилката, освободете налягането.
6. Повторете с втория проводник.
7. Проверете за къси панталони. Късо съединение съществува, ако проводниците или спойката от двете подложки се допират помежду си. Ако това се случи, загрейте спойката, отстранете проводниците и опитайте отново.

Гореща точка

Въпреки че мога да премина през всички стъпки, за да настроя гореща точка, има и други, които са свършили по -добра работа. Изброих няколко сайта с инструкции стъпка по стъпка.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Програма Python

Програма Python се използва за контрол на конфигурацията и стрелбата на катапулта. Програмата, разположена по -долу, се изпълнява на Pi и ви позволява да конфигурирате и контролирате катапулта. Тази програма се добавя към локалната потребителска директория и се изпълнява всеки път, когато Pi се захранва чрез добавяне на запис в /etc/rc.local. Тази програма настройва мрежов сървър, към който се свързвам, използвайки приложение, разработено за моя iPhone. Можете също да използвате telnet и да се свържете с порт 9999 на Pi. След това можете да използвате текстови команди за същия ефект като моето приложение.

Програма Node-Red

Като допълнение към програмата Python създадох програма Node-Red с подобна функционалност, но тя използва уеб интерфейс. Тъй като Rasbian, препоръчителната операционна система за Raspberry Pi, включва Node-Red като част от инсталацията, мислех, че това може да е добро допълнение. Копирайте съдържанието на файла catapult.json във вашия клипборд, отворете Node-Red на Pi, който възнамерявате да използвате за вашия катапулт, изберете Import-> Clipboard от менюто вдясно и поставете кода там. Сега всичко, което трябва да направите, е да разгърнете кода и да се свържете с IP адреса на вашия Pi за потребителския интерфейс. В моя случай това е https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, вашият IP адрес ще много.

Стъпка 3: Окабеляване на частите

Въпреки че изглежда като бъркотия, действителното окабеляване на системата е доста право напред. Недобре направената схема на PowerPoint показва всички връзки. Необходимите части са изброени по -долу.

Списък с части

1. Raspberry Pi Zero Wireless - $ 5
2. 16 GB micro SD карта - $ 8-10
3. Uxcell DC12V 25N Force 2 -проводни издърпващи соленоиди, електромагнит, 10 мм задвижващ механизъм - $ 18
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC към DC преобразувател Buck 3.0-40V до 1.5-35V Захранване Модул за понижаване-$ 2
5. Floureon 2 Packs 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo батерия с щепсел XT60 за RC кола, Skylark m4 -fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone и FPV (2.91 x 1.46 x 1.08 Inch) - 27 долара
6. Превключвател - 2-10 долара на превключвател, имах стар, който използвах
7. Finware 6 чифта XT60 XT -60 мъжки женски конектори за захранване щепсели с термосвиваеми за RC Lipo батерия - $ 7,50
8. Cylewet 15бр. Reed Switch с позлатен проводник, нормално отворен (N/O) Магнитно индукционен превключвател, електромагнитен за Arduino (пакет от 15) CYT1065 - $ 10
9. Tolako 5v релеен модул за Arduino ARM PIC AVR MCU 5V индикатор LED 1 -канален релеен модул работи с официални платки Arduino - $ 6. Можете да получите реле, което работи на 3.3v и да заобиколи NPN транзистора, бих имал, ако бях поръчал правилния за начало.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 Захранващи пластмасови транзистори 75V 600mA-$ 2
11. Жични и други части - това включва около 20 мм магнити.

Връзки

Както можете да видите от моята ужасна диаграма на електрониката, свързването на електрониката е доста просто. Може би се чудите защо има хвърлен NPN транзистор, това е свързано с релето, работещо при 5 волта и Pi, работещо при 3.3v. Да, има 5V пинове на Pi, но те не са за свързване към GPIO щифтовете. Попитайте ме откъде знам …

Как ще свържете компонентите заедно е ваш избор. Използвах стари RC серво конектори, тъй като те имат правилното разстояние за използване на GPIO щифтовете на Raspberry Pi и имам голяма колекция от тях. Можете да насочите спойка към отворите/щифтовете на Pi, ако искате. Просто трябва да се уверите, че връзките са сигурни и е малко вероятно да се разделят по време на насилствения процес, който е изстрелване с катапулт.

Стъпка 4: Отпечатани части

Трябва да отпечатам три елемента за този проект и те са изброени по -долу.

1. Калъф за електроника
2. Соленоиден калъф
3. Ръка за задържане на бейзбол

Включих STL файловете за всяка от частите, които трябваше да отпечатам. При отпечатване на рамото препоръчвам да използвате процент на пълнене от 25-50%. Това се прави, за да се гарантира, че рамото не се счупи поради напреженията, на които е подложено по време на стрелбата.

Стъпка 5: Магнити и тръстикови превключватели

Един от по -важните аспекти на дизайна е определянето как да се определи къде е рамото по време на стрелбата на катапулта. Има няколко различни опции, сензорите на Hall Effect, тръстиковите превключватели и акселерометрите са само няколко. Първоначално планирах да използвам сензорите на Hall Effect, но установих, че те не работят последователно, затова преминах към тръстикови превключватели. Ако решите да използвате тръстикови превключватели, една предупреждение, тръстиковите превключватели трябва да бъдат ориентирани така, че да са перпендикулярни на центробежната сила. В противен случай е възможно тръстиковите превключватели да бъдат принудително отворени/затворени от въртящото се движение на рамото.

Както можете да видите от диаграмата, използвах четири магнита и два тръстикови превключвателя. Всеки от магнитите е разположен на 90 градуса един от друг. Това, в комбинация с 135 градуса изключване за тръстиковите превключватели, позволява 8 показания на сензора на оборот. С изместването на сензора и двата сензора няма да пресичат магнит едновременно, което ни позволява същата прецизност, както при използването на един геркон и 8 магнита. И в двата случая на всеки 45 градуса, които ръката завърта Pi, ще получават един импулс.

Всеки от магнитите е вграден в основната опора за хвърлящото рамо. Използвах накрайник 7/8 инча forstner и пробих в около 6 мм, за да съответства на височината на магнитите, която имах под ръка. След това добавих малко горещо лепило в отвора и притиснах магнитите на място. Всеки от магнитите трябва да е на едно ниво с повърхността на основата.

За тръстиковите превключватели първо свързах превключвателите към проводници, които по -късно ще свържа към GPIO щифтовете на Pi. След това пробих слот за тръстиковия превключвател от долната страна на рамото за хвърляне. Този слот трябва да бъде оразмерен така, че да затваря напълно вашия тръстиков превключвател. След това пробих дупка през ръката в края на слота. Този отвор е начинът, по който проводникът и тръстиковият превключвател се прокарват през рамото, така че трябва да е достатъчно голям, за да се справи и с двете. След това навивам кабелната връзка към тръстиковия превключвател и залепвам тръстиковия превключвател в слота, който е създаден за него. Тъй като използвах дърво за ръката си за хвърляне, запълних пространствата в слота за тръстиков превключвател с пълнител за дърво. Това беше начин да се уверите, че тръстиковият превключвател е закрепен и не може да търка основата.

Стъпка 6: Тестване

Тестването е забавен процес. Тук отивате някъде, където няма да нараните хората или да повредите имуществото и да видите дали нещата ви работят. Иска ми се да бях направил това. При първото ни изпитание хвърлянето на ръката е станало твърде късно и имах бейзболно платно над микробуса си, на около 100 фута. След като коригирахме времето за пускане, опитахме отново. Този път бейзболът удари гумата на колата ми и се върна при нас. Преместих колата си.

След още няколко опита се преместихме там, където въжето беше прикрепено към ръката, така че ръката да спре на 90 градуса CCW от право нагоре. Това ни позволи да изстреляме доста право напред и под ъгъл от 45 градуса. Много по-добре. След като набрахме освобождаването, променихме теглото и модифицирахме топката за няколко пъти, за да постигнем най -добрите си резултати.

Стъпка 7: Заключителни мисли

Бих искал да благодаря на всички хора, които помогнаха за тази година катапулт. Стивън Боб и Гюс Меноудакис, моите съотборници. Съпругата ми, която всяка година пита защо трябва да изграждам различен дизайн за катапулт. И Cantigny за провеждането на състезанието на първо място. Това е взрив и наистина трябва да има по -голяма тълпа.

Благодаря за отделеното време и ме уведомете, ако имате въпроси.