Pi Catapult: 7 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Co roku w ostatnią sobotę października w Muzeum Historycznym Cantigny odbywają się amatorskie zawody katapult. To wspaniałe zawody, w których wszyscy chętni mogą budować i strzelać z katapulty, rywalizując w maksymalnie 3 różnych kategoriach: odległość, grupowanie strzałów i celność. Aby uzyskać więcej informacji na temat konkursu, odwiedź ich stronę internetową https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… W tym roku mój zespół, Pi Throwers, zdecydował się użyć Raspberry Pi do pomocy przy uwolnij część naszego rzutu.

W naszym projekcie mamy zestaw czujników monitorowanych przez Raspberry Pi Zero Wireless. Po uzbrojeniu katapulty i pociągnięciu za spust, Raspberry Pi kontroluje, kiedy piłka zostanie wypuszczona. Korzystając z tego prostego procesu, byliśmy w stanie zająć drugie miejsce z odległością 186 stóp.

Ten instruktaż omówi projekt, rozwój i wdrożenie kontrolera Raspberry Pi i powiązanej elektroniki. Chociaż nie opisuję budowy tegorocznej katapulty, po rozpoczęciu nowego roku poszukaj instruktażu o projektowaniu i budowie katapulty przyszłorocznej.

Dla zabawy załączyłem filmik z naszym ujęciem z 186 stóp. Mam nadzieję, że Ci się podoba.

Chciałbym również podziękować moim kolegom z zespołu w tym roku: Stevenowi Bobowi i Gusowi Menoudakisowi.

Krok 1: Ogólny projekt

Podczas zeszłorocznych zawodów mieliśmy spore problemy ze stałymi wydaniami naszej katapulty. Jako wielki geek, według mojej żony, postanowiłem wykorzystać swoje umiejętności w elektronice i niezwykle niski koszt Raspberry Pi Zero (5 USD), aby dodać sterowanie komputerowe.

Oto ogólny proces strzelania z katapulty. Najpierw włącz Pi. Po drugie, połącz się z bezprzewodowym hot spotem Pi za pomocą mojego iPhone'a i uruchom moją aplikację Catapult. Następnie nawiń katapultę i ustaw zwolnienie. Załaduj katapultę i ustaw spust. Uzbrój katapultę w aplikację. Kiedy będziesz gotowy do strzału z katapulty, pociągnij za spust. Teraz Pi, używając wbudowanych czujników, zwalnia spust w odpowiednim momencie i kulka zostaje wypuszczona.

Krok 2: Konfiguracja Zero Raspberry Pi

Aby skonfigurować Raspberry Pi do użycia w katapulcie, należy wykonać trzy główne kroki. Pierwszym z nich jest dodanie połączeń do padów zasilania znajdujących się z tyłu Pi. Drugim jest ustawienie Pi jako gorącego punktu. Ostatnim krokiem jest opracowanie programu w Pythonie, który będzie komunikował się z aplikacją sterującą, odczytywał czujniki i w razie potrzeby odpalał katapultę.

Połączenia zasilania

1. Odpal lutownicę.
2. Chwyć zestaw przewodów o przekroju 16-18 do podłączenia zasilania. Zawsze używam czerwonego przewodu do połączenia dodatniego. Używam również drutu, który ma złącze na jednym końcu, dzięki czemu mogę wyjąć sosnę z katapulty.
3. Zdejmij niewielką ilość drutu i ocynuj końce.
4. Wlutuj podkładki, do których podłączysz zasilanie. Nie znam numerów padów, ale na zdjęciu zaznaczyłem, których z nich użyć.
5. Przylutuj przewody do Pi. Uważam, że ten krok jest łatwy, jeśli zabezpieczysz Pi i przytrzymasz jeden przewód nad podkładką do lutowania. Następnie przykładam lutownicę do drutu, jednocześnie dociskając podkładkę. Gdy poczujesz, że lut na drucie topi się, zwolnij nacisk.
6. Powtórz z drugim drutem.
7. Sprawdź, czy nie ma szortów. Zwarcie istnieje, jeśli przewody lub lut z obu padów stykają się ze sobą. Jeśli tak się stanie, podgrzej lut, usuń przewody i spróbuj ponownie.

Gorący punkt

Chociaż mogłem przejść przez wszystkie kroki, aby skonfigurować gorący punkt, są inne, które wykonały lepszą robotę. Wymieniłem kilka stron z instrukcjami krok po kroku.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Program w Pythonie

Do sterowania konfiguracją i odpalaniem katapulty służy program w języku Python. Znajdujący się poniżej program uruchamiany jest na Pi i pozwala na konfigurację i sterowanie katapultą. Ten program jest dodawany do lokalnego katalogu użytkownika i uruchamiany za każdym razem, gdy Pi jest zasilane przez dodanie wpisu w /etc/rc.local. Ten program konfiguruje serwer sieciowy, z którym łączę się za pomocą aplikacji opracowanej dla mojego iPhone'a. Możesz także użyć telnetu i połączyć się z portem 9999 na Pi. Następnie możesz użyć poleceń tekstowych, aby uzyskać taki sam efekt, jak moja aplikacja.

Program Node-Red

Jako dodatek do programu Python stworzyłem program Node-Red o podobnej funkcjonalności, ale korzysta z interfejsu webowego. Ponieważ Rasbian, zalecany system operacyjny dla Raspberry Pi, zawiera Node-Red jako część instalacji, pomyślałem, że może to być dobry dodatek. Skopiuj zawartość pliku catapult.json do schowka, otwórz Node-Red na Pi, którego zamierzasz użyć do swojej katapulty, wybierz Import->Schowek z menu po prawej stronie i wklej tam kod. Teraz wszystko, co musisz zrobić, to wdrożyć kod i połączyć się z adresem IP swojego Pi, aby uzyskać interfejs użytkownika. W moim przypadku jest to https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, twój adres IP będzie bardzo.

Krok 3: okablowanie części

Chociaż wygląda to na bałagan, faktyczne okablowanie systemu jest dość proste. Źle zrobiony schemat PowerPointa pokazuje wszystkie połączenia. Potrzebne części są wymienione poniżej.

Lista części

1. Raspberry Pi Zero Wireless - 5 USD
2. Karta microSD 16 GB - 8-10 USD
3. Uxcell DC12V 25N Force 2-Wire Pull Push Solenoid, Elektromagnes, Siłownik 10 mm - 18 USD
4. eBoot 6-pak LM2596 Przetwornica DC na DC 3.0-40V do 1.5-35V Moduł obniżania napięcia zasilania - 2 USD
5. Floureon 2 paczki 3S 11,1 V 1500 mAh 35C RC Lipo z wtyczką XT60 do samochodu RC, Skylark m4-fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone i FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 cala) - 27 USD
6. Przełącznik - 2-10 USD za przełącznik, miałem stary, którego używałem
7. Finware 6 par XT60 XT-60 Męskie żeńskie złącza kulowe Wtyczki zasilające z termokurczliwym akumulatorem RC Lipo - 7,50 USD
8. Cylewet 15 sztuk kontaktron z pozłacanym przewodem normalnie otwarty (N / O) Magnetyczny przełącznik indukcyjny Elektromagnetyczny dla Arduino (zestaw 15 sztuk) CYT1065 - 10 USD
9. Moduł przekaźnika Tolako 5V dla Arduino ARM PIC AVR MCU 5V Dioda LED 1-kanałowy moduł przekaźnika współpracuje z oficjalnymi płytami Arduino - 6 USD. Możesz dostać przekaźnik, który działa przy 3,3 V i omija tranzystor NPN, miałbym, gdybym zamówił właściwy na początek.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 Tranzystory mocy w obudowie z tworzywa sztucznego 75V 600mA - 2 USD
11. Drut i inne części - w tym kilka magnesów 20 mm.

Znajomości

Jak widać z mojego okropnego schematu elektroniki, podłączenie elektroniki jest dość proste. Można się zastanawiać, dlaczego jest tam wrzucony tranzystor NPN, ma to związek z przekaźnikiem pracującym na 5 woltach i Pi pracującym na 3,3 V. Tak, na Pi są piny 5V, ale nie są one do podłączenia do pinów GPIO. Zapytaj mnie, skąd wiem…

To, jak połączysz ze sobą komponenty, to Twój wybór. Użyłem starych złącz serwo RC, ponieważ mają one odpowiednie odstępy do użycia dla pinów GPIO na Raspberry Pi i mam ich dużą kolekcję. Możesz skierować lut do otworów/szpilek na Pi, jeśli chcesz. Musisz tylko upewnić się, że połączenia są bezpieczne i mało prawdopodobne, aby rozdzieliły się podczas gwałtownego procesu, jakim jest wystrzelenie z katapulty.

Krok 4: Części drukowane

Są trzy pozycje, które musiałem wydrukować dla tego projektu i są one wymienione poniżej.

1. Obudowa na elektronikę
2. Obudowa elektromagnesu
3. Ramię do baseballu

Do każdej części, którą musiałem wydrukować, dołączyłem pliki STL. Podczas drukowania ramienia zalecam stosowanie współczynnika wypełnienia 25-50%. Ma to na celu upewnienie się, że ramię nie złamie się z powodu naprężeń, którym jest poddawane podczas strzelania.

Krok 5: Magnesy i kontaktrony

Jednym z ważniejszych aspektów projektowania jest określenie, w jaki sposób określić, gdzie znajduje się ramię podczas strzelania z katapulty. Istnieje kilka różnych opcji, czujniki Halla, kontaktrony i akcelerometry to tylko kilka. Początkowo planowałem użyć czujników Halla, ale stwierdziłem, że nie działają one konsekwentnie, więc przerzuciłem się na kontaktrony. Jeśli zdecydujesz się na użycie kontaktronów, jedno słowo ostrzeżenia, kontaktrony powinny być ustawione tak, aby były prostopadłe do siły odśrodkowej. W przeciwnym razie jest możliwe, że kontaktrony zostaną zmuszone do otwarcia/zamknięcia przez ruch obrotowy ramienia.

Jak widać na schemacie użyłem czterech magnesów i dwóch kontaktronów. Każdy z magnesów jest odsunięty od siebie o 90 stopni. To, w połączeniu z przesunięciem o 135 stopni dla kontaktronów, umożliwia 8 odczytów czujnika na obrót. Przy przesunięciu czujnika oba czujniki nie będą przechodzić przez magnes w tym samym czasie, co pozwala nam na taką samą precyzję, jak przy zastosowaniu pojedynczego kontaktronu i 8 magnesów. W obu przypadkach, co 45 stopni, które ramię obraca, Pi otrzyma pojedynczy impuls.

Każdy z magnesów jest osadzony w podstawie wspornika ramienia rzucającego. Użyłem wiertła forstner 7/8 cala i wywierciłem około 6 mm, aby dopasować wysokość magnesów, które miałem pod ręką. Następnie dodałem trochę gorącego kleju w otwór i przycisnąłem magnesy na miejscu. Każdy z magnesów powinien licować z powierzchnią podstawy.

W przypadku kontaktronów najpierw podłączyłem przełączniki do przewodów, które później podłączyłem do pinów GPIO Pi. Następnie wywierciłem otwór na kontaktron na spodzie ramienia rzucającego. To gniazdo powinno mieć taką wielkość, aby całkowicie osłaniać kontaktron. Następnie wywierciłem otwór w ramieniu na końcu szczeliny. W tym otworze drut i kontaktron są przewleczone przez ramię, więc powinno być wystarczająco duże, aby obsłużyć oba. Następnie wkręcam połączenie przewodowe do kontaktronu i przyklejam kontaktron do szczeliny, która została dla niego stworzona. Ponieważ użyłem drewna do mojego ramienia do rzucania, wypełniłem przestrzenie w gnieździe kontaktronu wypełniaczem do drewna. Był to sposób na upewnienie się, że kontaktron jest zabezpieczony i nie może ocierać się o podstawę.

Krok 6: Testowanie

Testowanie to fajny proces. To miejsce, w którym udajesz się w miejsce, w którym nie skrzywdzisz ludzi ani nie zniszczysz mienia i sprawdzisz, czy twoje rzeczy działają. Szkoda, że to zrobiłem. Podczas naszego pierwszego testu puściłem ramię zbyt późno i miałem żagiel baseballowy nad moją furgonetką, około 100 stóp dalej. Po dostosowaniu czasu wydania spróbowaliśmy ponownie. Tym razem piłka trafiła w moją oponę i odbiła się do nas. Przeniosłem samochód.

Po kilku kolejnych próbach przenieśliśmy się tam, gdzie lina była przymocowana do ramienia, tak aby ramię zatrzymało się pod kątem 90 stopni w lewo od prostej do góry. To pozwoliło nam oddawać strzały prawie prosto do przodu i pod kątem 45 stopni. Dużo lepiej. Po wybraniu zwolnienia zmieniliśmy wagę i kilka razy zmodyfikowaliśmy zawiesie kulowe, aby uzyskać najlepsze wyniki.

Krok 7: Końcowe myśli

Chciałbym podziękować wszystkim osobom, które pomogły przy tegorocznej katapulcie. Steven Bob i Gus Menoudakis, moi koledzy z drużyny. Moja żona, która co roku pyta, dlaczego muszę zbudować inny projekt katapulty. I Cantigny za to, że konkurs był na pierwszym miejscu. To świetna zabawa i naprawdę powinna mieć większy tłum.

Dziękuję za poświęcony czas i daj mi znać, jeśli masz jakieś pytania.