Overkill Model Rocket Launch Pad!: 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Jakiś czas temu opublikowałem post Instructables o moim kontrolerze „Overkill Model Rocket Launch Controller” wraz z filmem na YouTube. Zrobiłem to jako część ogromnego projektu modelu rakiety, w którym robię wszystko tak przesadnie, jak to tylko możliwe, próbując nauczyć się jak najwięcej o elektronice, programowaniu, drukowaniu 3D i innych formach tworzenia. Post Instructables był bardzo popularny i wydawało się, że ludziom się podoba, więc zdecydowałem, że warto zrobić jeden o mojej nowej wyrzutni!

Typowy model wyrzutni rakietowej składa się z szyny prowadzącej rakietę oraz podstawowej konstrukcji do jej podtrzymywania. Ale ponieważ staram się, aby rzeczy były jak najbardziej przesadzone, wiedziałem, że nie mogę po prostu mieć poręczy. Po wielu badaniach znalazłem kilka modeli wyrzutni rakiet, które są podobne do prawdziwych wyrzutni, chociaż były wykonane z drewna i wyglądały na dość niechlujne.

Zacząłem więc burzę mózgów, jak uczynić moją najbardziej zaawansowaną i zbyt skomplikowaną na świecie. Uznałem, że żaden pomysł nie jest „zbyt szalony” lub „niemożliwy do zrealizowania dla 16-latka”, więc każdy pomysł, który był dostępny, został spisany i stworzony. Od samego początku zdecydowałem, że chcę kontynuować kiepski motyw, który widać na mojej rakiecie i kontrolerze, więc stalowa rama i aluminiowe płyty były z pewnością dobrym rozwiązaniem.

Ale Eddy, co ma wyrzutnia i co sprawia, że jest tak inna?

Cóż, mój model rakiety nie jest typową rakietą z płetwą. Zamiast tego rakieta jest wypełniona niestandardową elektroniką i sprzętem do sterowania wektorem ciągu. Sterowanie wektorem ciągu lub TVC polega na przesuwaniu silnika wewnątrz rakiety, aby skierować jego ciąg, a tym samym skierować rakietę na odpowiednią trajektorię. Jednak wiąże się to z nawigacją GPS, która jest NIELEGALNA! Więc moja rakieta używa TVC, aby utrzymać super stabilną rakietę w pozycji pionowej z żyroskopem na komputerze pokładowym, bez sprzętu GPS. Aktywna stabilizacja jest legalna, wskazówki nie!

Po tym długim wstępie nadal nie wyjaśniłem, co właściwie robi pad i jakie są jego funkcje! Wyrzutnia nie jest prostą szyną, ale bardzo złożonym systemem wypełnionym częściami mechanicznymi, elektroniką i pneumatyką. Celem było upodobnienie go do prawdziwego wyrzutni, co wyjaśnia wiele funkcji. Podkładka posiada pneumatyczny tłok do chowania strongbacka, drukowane 3D dociski górne i dolne, bezprzewodową komunikację z kontrolerem, dużo oświetlenia RGB (oczywiście!), stalową ramę, aluminiową szachownicę zakrywającą podstawę, boki ze szczotkowanego aluminium, rów płomienia i wiele niestandardowych komputerów do kontrolowania wszystkiego.

Wkrótce opublikuję film na YouTube o platformie startowej, a także wiele innych filmów, które stworzyłem przed pierwszym uruchomieniem za około 2 miesiące. Kolejną ważną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że ten post Instructables będzie mniej poradnikiem, a bardziej moim procesem i trochę do myślenia.

Kieszonkowe dzieci

Ponieważ mieszkam w Australii, moje części i linki prawdopodobnie będą inne niż twoje, polecam przeprowadzić własne badania, aby znaleźć to, co jest odpowiednie dla twojego projektu.

Podstawy:

Materiał do budowy ramy (drewno, metal, akryl itp.)

Przyciski i przełączniki

Włókno PLA

Wiele śrub M3

Elektronika

Możesz użyć dowolnych narzędzi, ale oto, z czego głównie korzystałem:

Lutownica

Wiertarka

Zapalniczka (do rurek termokurczliwych)

Upuść piłę

spawacz MIG

Szczypce

Śrubokręty

Multimetr (to był dla mnie ratunek!)

Krok 1: Pierwsze kroki

Co musi zrobić wyrzutnia? Jak to musi wyglądać? Jak mogę to zrobić? Jaki jest budżet? To są bardzo ważne pytania, które należy sobie zadać, zanim zaczniesz rozwiązywać to zadanie. Zacznij więc od zdobycia papieru, narysowania szkiców i zapisania pomysłów. Przeprowadzenie wielu badań również bardzo ci pomoże, może po prostu dać ci ten złoty pomysł, który sprawi, że będzie o wiele lepszy!

Gdy już pomyślisz o wszystkim, co chcesz zrobić, podziel to na sekcje, aby nie było tak przytłaczające. Moje główne 6 działów to obróbka metali, zaciski bazowe, pneumatyka, oprogramowanie, elektronika i oświetlenie. Dzieląc go na sekcje, mogłem robić rzeczy w kolejności i ustalać priorytety, które należało zrobić jak najszybciej.

Upewnij się, że wszystko zaplanujesz bardzo dobrze i zrobisz diagramy każdego systemu, abyś mógł zrozumieć, jak wszystko będzie działać. Gdy już wiesz, co musi zrobić i jak zamierzasz to zrobić, nadszedł czas, aby zacząć go budować!

Krok 2: Obróbka metalu

Uznałem, że ta wyrzutnia będzie świetną okazją, aby dowiedzieć się trochę o obróbce metalu, więc tak właśnie zrobiłem. Zacząłem od zaprojektowania konstrukcji stalowej i uwzględnienia wszystkich wymiarów. Wybrałem dość podstawową ramę, chociaż zdecydowałem się przyciąć końce pod kątem 45 stopni tam, gdzie był zakręt 90 stopni, tylko po to, aby dowiedzieć się trochę więcej i zdobyć więcej doświadczenia. Mój ostateczny projekt to podstawowa rama, z mocowaniem mocowanym do niej na zawiasie. Miałby wtedy pokrycie aluminium i obrzeża, aby był nieco schludniejszy. Obejmowałby również rów płomieniowy wykonany ze stalowej rury z nacięciami pod kątem 45 stopni na końcu, tak aby płomień wychodził pod niewielkim kątem.

Zacząłem od wycięcia wszystkich elementów ramy, a następnie zespawania ich ze sobą. Upewniłem się, że na zewnątrz nie ma spawów, w przeciwnym razie aluminiowe płyty nie będą przylegać do ramy. Po wielu mocowaniach i magnesach udało mi się uzyskać prosto zespawaną ramę. Następnie przyciąłem wszystkie aluminiowe płyty na wymiar za pomocą dużych metalowych nożyc i przyciąłem obrzeża za pomocą nożyc do blachy. Kiedy to było zrobione, wszystko zostało przykręcone, co okazało się trudniejsze, niż się spodziewałem.

Stalowo-aluminiowe obrzeże wzmocnione zostało następnie pomalowane na czarno, a wzmocniony obrzeże został zamontowany na jego zawiasie. Na koniec wykonano kilka prostych stalowych wsporników dla tłoka, które pozwoliły mu odciągnąć strongback i obrócić w punkcie obrotu.

Krok 3: Zaciski bazowe

Gdy główna rama jest gotowa, a podkładka zaczyna wyglądać jak coś, zdecydowałem, że chcę, aby jak najszybciej utrzymała rakietę. Kolejne na liście były więc zaciski podstawy i zaciski górne.

Zaciski bazowe musiały być w stanie utrzymać rakietę podczas jej ciągu, a następnie zwolnić ją w odpowiednim czasie. Przy około 4,5 kg ciągu rakieta zniszczyłaby serwomotory sg90, które są używane w zaciskach podstawy. Oznaczało to, że musiałem stworzyć projekt mechaniczny, który odciąży serwonapęd i przełoży go na część konstrukcyjną. Serwo musiało wtedy być w stanie łatwo schować zacisk, aby rakieta mogła się podnieść. Postanowiłem czerpać inspirację z bezużytecznego pudełka do tego projektu.

Serwa i części mechaniczne również musiały być całkowicie zakryte, aby nie stykały się bezpośrednio z wydechem rakiety, dlatego wykonano osłony boczne i górne. Górna pokrywa musiała się przesunąć, aby zamknąć „pudełko”, gdy zacisk się cofnął, po prostu użyłem gumek, aby go pociągnąć. Chociaż możesz również użyć sprężyn lub innej części mechanicznej, aby ją pociągnąć. Zaciski podstawy musiały być następnie przymocowane do wyrzutni na regulowanej szynie, aby można było dostroić ich położenie i potencjalnie mogły utrzymać inne rakiety. Adaptacja była ważna dla zacisków bazowych.

Zaciski podstawy były dla mnie dużym wyzwaniem, ponieważ nie mam doświadczenia z częściami mechanicznymi i wszystko musiało mieć tolerancję 0,1 mm, aby działać płynnie. Zajęło mi to 4 dni z rzędu, od momentu uruchomienia zacisków do pierwszego w pełni działającego zacisku, ponieważ było dużo CAD i prototypów, aby zapewnić ich płynną pracę. To był wtedy kolejny tydzień druku 3D, ponieważ każdy zacisk ma 8 części do pracy.

Później, kiedy miałem zainstalowany komputer pad, zdałem sobie sprawę, że planowałem użyć tylko jednego pinu Arduino do sterowania czterema serwomechanizmami. To nie działało i miałem również problemy z regulatorem napięcia, więc stworzyłem „serwokomputer”, który znajduje się pod wyrzutnią i kontroluje zaciski. Regulatory zostały następnie zamontowane na aluminiowych płytach podkładek, które miały służyć jako duży radiator. Komputer serwo włącza i wyłącza również zasilanie serw z tranzystorami MOSFET, dzięki czemu nie są one pod ciągłym obciążeniem.

Krok 4: Górne zaciski

Po tygodniach pracy nad cęgami bazowymi i związaną z nimi elektroniką przyszedł czas na wykonanie kolejnych cęgów! Górne zaciski to bardzo prosta konstrukcja, choć są bardzo słabe i na pewno zostaną w przyszłości ulepszone. Są tylko prostym wspornikiem, który przykręca się do strongback i utrzymuje serwomotory. Na tych serwonapędach zamontowane są ramiona, do których przyklejony jest za pomocą żywicy epoksydowej róg serwomechanizmu. Pomiędzy tymi ramionami a rakietą znajdują się małe, zakrzywione elementy, które obracają się i dopasowują do kształtu rakiety.

Te zaciski mają kable biegnące przez strongback i do głównego komputera padowego, który je kontroluje. Jedną rzeczą do dodania jest to, że dostrojenie ich otwartych i zamkniętych pozycji w oprogramowaniu zajęło dużo czasu, ponieważ starałem się nie zatrzymywać serw, ale nadal bezpiecznie trzymać rakietę.

Aby zaprojektować zaciski, narysowałem widok 2D górnej części rakiety i wzmocnionego pancerza, z dokładnymi wymiarami między nimi. Byłem wtedy w stanie zaprojektować ramiona na odpowiednią długość, a serwa na odpowiednią szerokość, aby utrzymać rakietę.

Krok 5: Oświetlenie

Większość kroków z tego miejsca nie jest tak naprawdę w żadnej kolejności, mogłem w zasadzie robić to, na co mam ochotę w tym dniu lub tygodniu. Jednak nadal skupiałem się tylko na jednej sekcji na raz. Panel startowy ma 8 diod LED RGB, które są podłączone do trzech pinów Arduino, co oznacza, że wszystkie mają ten sam kolor i nie są indywidualnie adresowane. Zasilanie i sterowanie tak wieloma diodami LED RGB było samo w sobie dużym zadaniem, ponieważ każda dioda LED potrzebuje własnego rezystora. Drugi problem polegał na tym, że pobieraliby zbyt dużo prądu, gdyby byli na jednym pinie Arduino na kolor, więc potrzebowali zewnętrznego źródła napięcia, regulowanego do prawidłowego napięcia.

Aby to wszystko zrobić, stworzyłem inny komputer o nazwie „Płyta LED”. Jest w stanie zasilić do 10 diod LED RGB, z których każda ma własne rezystory. Do zasilania ich wszystkich użyłem tranzystorów, aby pobrać zasilanie z regulowanego napięcia i włączyć kolory tak, jak chciałem. To pozwoliło mi nadal używać tylko trzech pinów Arduino, ale nie ciągnąć zbyt dużego prądu, aby usmażyć płytkę.

Wszystkie diody LED znajdują się w niestandardowych, wydrukowanych w 3D wspornikach, które utrzymują je na miejscu. Mają również wykonane na zamówienie kable Dupont, które podłącza się do płytki LED i są starannie poprowadzone przez strukturę wyrzutni.

Krok 6: Penumatyka

Zawsze interesowałem się zarówno pneumatyką, jak i hydrauliką, chociaż nigdy nie rozumiałem w pełni, jak działają te systemy. Kupując tani tłok i tanią armaturę, mogłem poznać działanie pneumatyki i zastosować ją we własnym systemie. Celem było płynne wycofanie strongbacka za pomocą pneumatycznego tłoka.

System wymagałby sprężarki powietrza, ograniczników przepływu, zbiornika powietrza, zaworów, zaworu nadmiarowego ciśnienia i szeregu złączek. Dzięki sprytnemu projektowi i mnóstwu niestandardowych wsporników drukowanych w 3D ledwo udało mi się zmieścić to wszystko wewnątrz podkładki.

Zaprojektowany przeze mnie system był dość prosty. Pompa sprężarki powietrza napełnia zbiornik powietrza, a manometr służy do wyświetlania ciśnienia (cel 30PSI). Zawór nadmiarowy ciśnieniowy byłby używany do regulacji ciśnienia w zbiornikach, bezpieczeństwa i uwalniania powietrza, gdy nie jest używany. Kiedy strongback jest gotowy do wycofania, komputer uruchamia zawór elektromagnetyczny, wpuszczając powietrze do tłoka i wypychając go z powrotem. Ograniczniki przepływu zostałyby wykorzystane jako sposób spowolnienia tego ruchu cofania.

Zbiornik powietrza nie jest obecnie używany, ponieważ nie mam jeszcze wymaganej armatury. Zbiornik jest tylko starą, małą gaśnicą i wykorzystuje bardzo unikalny rozmiar okucia. I tak, to jest hantle o wadze 2 kg, gdyby nie było, podkładka przechyliłaby się, gdy chowa się wzmocniony.

Krok 7: Elektronika

Najważniejsza część, główna część i część z niekończącymi się problemami. Wszystko jest sterowane elektronicznie, ale proste, ale głupie projekty PCB i błędy w schemacie powodowały koszmary. System bezprzewodowy nadal jest zawodny, niektóre wejścia są uszkodzone, na liniach PWM jest szum, a kilka funkcji, które zaplanowałem, nie działa. W przyszłości będę przerabiał całą elektronikę, ale na razie zamierzam z tym żyć, ponieważ nie mogę się doczekać pierwszego uruchomienia. Kiedy jesteś w pełni samoukiem szesnastolatkiem bez kwalifikacji i doświadczenia, wszystko na pewno pójdzie nie tak i zawiedzie. Ale porażka jest tym, jak się uczysz, a w wyniku wielu moich błędów udało mi się wiele nauczyć i pogłębić swoje umiejętności i wiedzę. Spodziewałem się, że elektronika zajmie jakieś dwa tygodnie, po 2,5 miesiąca nadal ledwo działa, tak bardzo zawiodłem tę.

Z dala od wszystkich problemów, porozmawiajmy o tym, co działa i co miało/ma robić. Komputer został pierwotnie zaprojektowany do wielu celów. Należą do nich sterowanie LED, sterowanie serwo, sterowanie zaworem, sterowanie zapłonem, komunikacja bezprzewodowa, przełączanie trybu za pomocą zewnętrznych wejść oraz możliwość przełączania między zasilaniem bateryjnym a zewnętrznym. Wiele z nich nie działa lub jest wadliwych, chociaż przyszłe wersje PCB Thrust poprawią tę sytuację. Wydrukowałem też w 3D okładkę na komputer, aby zatrzymać bezpośredni kontakt z wydechem.

Podczas całego procesu było dużo lutowania, ponieważ stworzyłem dwa główne komputery, komputer serwo, dwie płytki LED, dużo okablowania i niestandardowe kable Dupont. Wszystko zostało również odpowiednio zaizolowane rurkami termokurczliwymi i taśmą elektryczną, ale to nie powstrzymało zwarć!

Krok 8: Oprogramowanie

Oprogramowanie! Część, o której cały czas mówię, ale na tym etapie niechętnie ją wypuszczam. Całe oprogramowanie projektowe zostanie w końcu wydane, ale na razie się go trzymam.

Zaprojektowałem i wyprodukowałem bardzo skomplikowane i długie oprogramowanie, które doskonale sprzęgało go ze sterownikiem. Chociaż problemy ze sprzętem bezprzewodowym zmusiły mnie do przerobienia oprogramowania niezwykle prostego. Teraz pad włącza się, ustawia i zaciski do trzymania rakiety i czeka na jeden sygnał z kontrolera, który każe mu rozpocząć odliczanie. Następnie automatycznie przechodzi przez odliczanie i uruchamia się bez odbierania i śledzenia sygnałów. To sprawia, że przycisk E-stop na kontrolerze jest bezużyteczny! Możesz go nacisnąć, ale po rozpoczęciu odliczania nie można go zatrzymać!

Moim najwyższym priorytetem jest naprawa systemu bezprzewodowego zaraz po pierwszym uruchomieniu. Choć zajmie to około półtora miesiąca pracy (teoretycznie) i setki dolarów, dlatego nie naprawiam tego teraz. Minął prawie rok odkąd zacząłem projekt i staram się wystrzelić rakietę w niebo w pierwszą rocznicę (4 października) lub wcześniej. To zmusi mnie do startu z częściowo niekompletnymi systemami naziemnymi, chociaż pierwszy start i tak jest bardziej skoncentrowany na osiągach rakiet.

Będę aktualizować tę sekcję w przyszłości, aby uwzględnić ostateczną wersję oprogramowania i pełne wyjaśnienie.

Krok 9: Testowanie

Testowanie, testowanie, testowanie. NIC, co robię, nigdy nie działa idealnie za pierwszym razem, tak się uczę! Na tym etapie zaczynasz widzieć dym, wszystko przestaje działać lub coś się psuje. To tylko kwestia cierpliwości, znalezienia problemu i zastanowienia się, jak go naprawić. Sprawy potrwają dłużej niż się spodziewasz i będą droższe niż myślałeś, ale jeśli chcesz zbudować przesadną rakietę bez doświadczenia, po prostu musisz to zaakceptować.

Gdy wszystko działa idealnie i płynnie (w przeciwieństwie do mojego) jesteś gotowy do użycia! W moim przypadku wystrzelę moją bardzo przesadną rakietę modelową, na której opiera się cały projekt…

Krok 10: Uruchom

Każdy, kto pamięta mój ostatni post Instructables, będzie wiedział, że jest to punkt, w którym cię zawiodłem. Rakieta wciąż nie wystartowała, bo to ogromny projekt! Obecnie celuję w 4 października, ale zobaczymy, czy dotrzymam tego terminu. Wcześniej mam o wiele więcej rzeczy do zrobienia i dużo testów do zrobienia, co oznacza, że w ciągu najbliższych dwóch miesięcy będzie więcej postów z instrukcjami i filmów na YouTube!

Ale kiedy czekasz na ten słodki materiał z premiery, możesz śledzić postępy i zobaczyć, gdzie jestem w tym wszystkim:

YouTube:

Twitter (codzienne aktualizacje):

Instagram:

Instrukcje dotyczące kontrolera:

Moja podejrzana strona internetowa:

Naklejki:

Obecnie pracuję nad filmem startowym, który pojawi się na YouTube w ciągu kilku tygodni (mam nadzieję)!

Krok 11: Krok dalej!?

Oczywiście wciąż mam przed sobą długą drogę, zanim wszystko będzie działać tak, jak chcę, chociaż mam już listę przyszłych pomysłów na to, jak mógłbym to ulepszyć i przesadzić! A także kilka ważnych ulepszeń.

- Mocniejsze górne zaciski

- Tłumienie Strongback

- Przewodowa kopia zapasowa (gdy łączność bezprzewodowa jest uciążliwa)

- Opcja zasilania zewnętrznego

- Tryb wyświetlania

- Uruchom przewód

- I oczywiście napraw wszystkie bieżące problemy

Mówiąc o bieżących problemach:

- Wadliwy system bezprzewodowy

- Problemy z MOSFETem

- Szum PWM

-1 sposób aktywacji strongback

Dziękuję za przeczytanie mojego posta, mam nadzieję, że znajdziesz w nim świetną inspirację!