Pi Katapult: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Cantigny Historical Museum pořádá každoročně poslední říjnovou sobotu soutěž amatérských katapultů. Je to nádherná soutěž, která umožňuje všem příchozím postavit a vystřelit katapult a soutěžit až ve 3 různých kategoriích: vzdálenost, seskupování střel a přesnost. Pro více informací o soutěži navštivte jejich webové stránky https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Pro letošní soutěž se můj tým, Pi Throwers, rozhodl použít Raspberry Pi, aby pomohl s uvolnit část našeho hodu.

V našem návrhu máme sadu senzorů monitorovaných pomocí Raspberry Pi Zero Wireless. Po vyzbrojení katapultu a zatažení za uvolnění ovládá Raspberry Pi, kdy bude baseball uvolněn. Pomocí tohoto jednoduchého postupu jsme byli schopni dosáhnout druhého místa se vzdáleností 186 stop.

Tento Instructable bude diskutovat o návrhu, vývoji a implementaci ovladače Raspberry Pi a související elektroniky. Přestože nepokrývám budovu letošního katapultu, po začátku nového roku vyhledejte instruktáž ohledně návrhu a stavby katapultu pro příští roky.

Jen pro zajímavost, přidal jsem video z našeho záběru 186 stop. Doufám, že se vám líbí.

Také bych chtěl letos poděkovat mým spoluhráčům: Stevenovi Bobovi a Gusovi Menoudakisovi.

Krok 1: Celkový design

Během soutěže posledních let jsme měli dost problémů se získáváním konzistentních vydání pro náš katapult. Jako velký geek jsem se podle své manželky rozhodl využít své dovednosti v oblasti elektroniky a extrémně nízkých nákladů na Raspberry Pi Zero (5 $) k přidání ovládání počítače.

Zde je celkový proces střelby z katapultu. Nejprve zapněte Pi. Za druhé, připojte se k bezdrátovému hotspotu Pi pomocí mého iPhone a spusťte aplikaci Catapult. Poté naviňte katapult a nastavte uvolnění. Naložte katapult a nastavte spoušť. Vyzbrojte katapult aplikací. Až budete připraveni vystřelit katapult, zatáhněte za uvolnění. Nyní Pi pomocí vestavěných senzorů uvolní spoušť ve správný čas a míč se uvolní.

Krok 2: Nastavení Raspberry Pi Zero

K nastavení Raspberry Pi pro použití v katapultu jsou zapotřebí tři hlavní kroky. Prvním je přidání připojení k napájecím podložkám umístěným na zadní straně Pi. Druhým je nastavení Pi jako hotspotu. Posledním krokem je vyvinout program v Pythonu, který bude komunikovat s řídicí aplikací, číst senzory a v případě potřeby odpálit katapult.

Připojení napájení

1. Zapalte svou páječku.
2. Pro připojení napájení uchopte sadu drátu o průměru 16–18. Pro kladné připojení vždy používám červený vodič. Také používám drát, který má na jednom konci konektor, abych mohl odstranit borovici z katapultu.
3. Odizolujte malé množství drátu a konce pocínujte.
4. Předpájejte podložky, kde budete připojovat napájení. Neznám čísla podložek, ale naznačil jsem, které podložky použít na obrázku.
5. Připájejte vodiče k Pi. Zjistil jsem, že tento krok je snadný, pokud zajistíte Pi a přidržíte jeden drát přes podložku, kterou chcete pájet. Páječku poté přiložím na drát a současně přitlačím na podložku. Jakmile ucítíte pájku na tavenině drátu, uvolněte tlak.
6. Opakujte s druhým vodičem.
7. Zkontrolujte případné šortky. Zkrat existuje, pokud se dráty nebo pájka z obou podložek navzájem dotýkají. Pokud k tomu dojde, zahřejte pájku, odeberte vodiče a zkuste to znovu.

Hot Spot

I když jsem mohl projít všemi kroky k nastavení horkého místa, existují i jiní, kteří odvedli lepší práci. Uvedl jsem několik stránek s pokyny krok za krokem.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Program Python

Program Python se používá k řízení konfigurace a odpalu katapultu. Níže umístěný program běží na Pi a umožňuje konfiguraci a ovládání katapultu. Tento program se přidá do místního uživatelského adresáře a spustí se pokaždé, když se Pi zapne přidáním položky do /etc/rc.local. Tento program nastavuje síťový server, ke kterému se připojuji pomocí aplikace vyvinuté pro můj iPhone. Můžete také použít telnet a připojit se k portu 9999 na Pi. Poté můžete použít textové příkazy ke stejnému účinku jako moje aplikace.

Program Node-Red

Jako doplněk k programu Python jsem vytvořil program Node-Red s podobnou funkcí, ale používá webové rozhraní. Protože Rasbian, doporučený operační systém pro Raspberry Pi, obsahuje Node-Red jako součást instalace, myslel jsem si, že by to mohl být dobrý doplněk. Zkopírujte obsah souboru catapult.json do své schránky, otevřete Node-Red na Pi, které hodláte použít pro svůj katapult, v nabídce vpravo vyberte Import-> Clipboard a vložte tam kód. Nyní vše, co musíte udělat, je nasadit kód a připojit se k IP adrese vašeho Pi pro uživatelské rozhraní. V mém případě je to https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, vaše IP adresa bude velmi.

Krok 3: Zapojení součástí

Ačkoli to vypadá jako nepořádek, skutečné zapojení systému je docela přímočaré. Špatně provedené schéma PowerPoint zobrazuje všechna připojení. Potřebné součásti jsou uvedeny níže.

Seznam dílů

1. Raspberry Pi Zero Wireless - 5 $
2. 16 GB karta micro SD - 8–10 $
3. Uxcell DC12V 25N Force 2 -Wires Pull Push Solenoid, elektromagnet, 10 mm pohon - 18 $
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC to DC Buck Converter 3.0-40V to 1.5-35V Power Supply Module-$ 2
5. Floureon 2 balení 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo baterie s konektorem XT60 pro RC auto, Skylark m4 -fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone a FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 palce) - 27 USD
6. Přepínač - 2–10 $ za přepínač, měl jsem starý, který jsem použil
7. 6 párů Finware XT60 XT -60 Konektory pro muže s kuličkami a elektrickými zástrčkami se smršťováním pro RC Lipo baterii - 7,50 USD
8. Cylewet 15ks jazýčkový spínač se zlaceným olovem normálně otevřený (N/O) magnetický indukční spínač elektromagnetický pro Arduino (balení po 15) CYT1065 - 10 $
9. Reléový modul Tolako 5v pro Arduino ARM PIC AVR MCU 5V kontrolka LED 1kanálový reléový modul funguje s oficiálními deskami Arduino - 6 $. Mohli byste získat relé, které pracuje na 3,3 V a obejít tranzistor NPN, měl bych, kdybych na začátek objednal ten správný.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 výkonové tranzistory s plastovou zapouzdřením 75V 600mA-2 USD
11. Drátové a různé části - to zahrnuje asi 20 mm magnety.

Připojení

Jak můžete vidět z mého hrozného diagramu elektroniky, zapojení pro elektroniku je poměrně jednoduché. Možná se divíte, proč je tam vhozen NPN tranzistor, má to co do činění s relé pracujícím na 5 voltů a Pi běžícím na 3,3 V. Ano, na Pi jsou piny 5V, ale nejsou pro připojení k pinům GPIO. Zeptejte se mě, jak vím…

Je na vás, jak spojíte součásti dohromady. Použil jsem staré RC servo konektory, protože mají správné rozteče pro použití pro GPIO piny na Raspberry Pi a mám jich velkou sbírku. Pokud chcete, můžete pájku nasměrovat do otvorů/kolíků na Pi. Jen se musíte ujistit, že spojení jsou bezpečná a je nepravděpodobné, že by se během násilného procesu, kterým je spuštění katapultu, oddělili.

Krok 4: Tištěné díly

Pro tento projekt jsem musel vytisknout tři položky a jsou uvedeny níže.

1. Pouzdro na elektroniku
2. Pouzdro elektromagnetu
3. Baseball retenční rameno

Zahrnul jsem soubory STL pro každou část, kterou jsem musel vytisknout. Při tisku ramene doporučuji použít míru naplnění 25-50%. To má zajistit, aby se paže nezlomila v důsledku napětí, kterým je během střelby vystavena.

Krok 5: Magnety a jazýčkové spínače

Jedním z důležitějších aspektů návrhu je určit, jak při výstřelu z katapultu zjistit, kde je paže. Existuje několik různých možností, snímače Hall Effect, jazýčkové spínače a akcelerometry jsou jen některé. Původně jsem plánoval použít snímače Hall Effect, ale zjistil jsem, že nefungují konzistentně, takže jsem přešel na jazýčkové spínače. Pokud se rozhodnete použít jazýčkové spínače, jedno upozornění, jazýčkové spínače by měly být orientovány tak, aby byly kolmé na odstředivou sílu. Jinak je možné, že jazýčkové spínače budou nuceně rozepnuty/zavřeny otáčivým pohybem paže.

Jak vidíte z diagramu, použil jsem čtyři magnety a dva jazýčkové spínače. Každý z magnetů je od sebe vzdálen 90 stupňů. To v kombinaci s 135 stupňovou vypínací sadou pro jazýčkové spínače umožňuje 8 odečtů senzorů na otáčku. Při offsetu senzoru nepřekročí oba senzory magnet současně, což nám umožňuje stejnou přesnost jako použití jediného jazýčkového spínače a 8 magnetů. V každém případě každých 45 stupňů, kterými rameno otočí Pi, získá jeden puls.

Každý z magnetů je uložen v základové podpěře vrhacího ramene. Použil jsem forstnerový bit 7/8 palce a vyvrtal jsem asi 6 mm, aby odpovídal výšce magnetů, které jsem měl po ruce. Potom jsem do otvoru přidal trochu horkého lepidla a přitlačil magnety na místo. Každý z magnetů by měl být v jedné rovině s povrchem základny.

U jazýčkových spínačů jsem nejprve připojil přepínače k vodičům, které jsem později připojil k pinům GPIO Pi. Poté jsem vyvrtal otvor pro jazýčkový spínač na spodní straně vrhacího ramene. Tento slot by měl mít takovou velikost, aby plně obklopil váš jazýčkový spínač. Poté jsem provrtal otvor skrz rameno na konci štěrbiny. Tento otvor je tím, jak jsou drát a jazýčkový spínač provlečeny ramenem, takže by měl být dostatečně velký, aby zvládl obojí. Poté navleču drátové připojení na jazýčkový spínač a jazýčkový spínač přilepím do slotu, který pro něj byl vytvořen. Protože jsem použil vrhací rameno na dřevo, vyplnil jsem mezery ve štěrbinovém otvoru dřevěnou výplní. To byl způsob, jak se ujistit, že jazýčkový spínač je zajištěn a nemůže se otírat o základnu.

Krok 6: Testování

Testování je zábavný proces. Je to místo, kam jdete někam, kde nebudete zranit lidi nebo poškodit majetek a uvidíte, zda vaše věci fungují. Kéž bych to udělal. Při našem prvním zkušebním hodu bylo uvolnění paže příliš pozdě a já jsem měl baseballovou plachtu nad dodávkou, asi 100 stop daleko. Po úpravě načasování vydání jsme to zkusili znovu. Tentokrát mi baseball udeřil do pneumatiky a odrazil se k nám. Přestěhoval jsem auto.

Po několika dalších pokusech jsme se přesunuli tam, kde bylo lano připevněno k paži tak, aby se rameno zastavilo o 90 stupňů CCW z přímého směru. To nám umožnilo střílet téměř přímo vpřed a pod úhlem 45 stupňů. Mnohem lepší. Jakmile jsme nastavili uvolnění, změnili jsme hmotnost a několikrát upravili závěs na míč, abychom dosáhli nejlepších výsledků.

Krok 7: Závěrečné myšlenky

Chtěl bych poděkovat všem lidem, kteří pomohli s letošním katapultem. Steven Bob a Gus Menoudakis, moji spoluhráči. Moje žena, která se každý rok ptá, proč musím pro katapult postavit jiný design. A Cantigny za to, že soutěž byla na prvním místě. Je to výbuch a opravdu by měl mít větší dav.

Děkuji za váš čas a pokud máte nějaké dotazy, dejte mi vědět.