Diri: el globus d'heli accionat: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

En aquest instructiu us guiaré a través del procés de creació d'un globus d'heli autònom que documenti l'espai. Mireu el vídeo:

El globus i la carcassa són de fabricació pròpia, l'electrònica inclou un arduino pro mini, tres motors amb accessoris, sensors ultrasonics per a la detecció d'obstacles, giroscopi per a l'estabilització i una càmera GoPro per fer fotografies / vídeos.

Aquests són els passos següents:

1. Obteniu els materials

2. Crea el globus

3. Feu una funda per a l’electrònica i poseu-la al globus

4. Afegiu l'electrònica

5. El codi!

6. Alguns desafiaments a l'hora de treballar amb globus d'heli

Aquest instructable es basa en un projecte de recerca de Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) i David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk / people / ndk37 / - [email protected]) - publicat a la conferència Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Un agraïment especial va a Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) per la seva ajuda.

No dubteu a enviar-nos un correu electrònic si teniu cap pregunta o comentari.

Pas 1: materials

Materials per al globus

2 mantes Mylar (cerqueu "manta de rescat mylar", hauria de ser fàcil de trobar i només costaria unes quantes lliures)

1 x globus Mylar

Eines

1 x planxa de cabell (almenys 200 ° C)

Per a la carcassa

2 x tires de fusta de balsa

un tallador làser o un bisturí artesanal

1 tac de fusta de ca. 50cm de longitud (per fixar els motors)

Una mica de cola, m'agrada molt l'Epoxi

Els components electrònics

Arduino pro mini (també pot ser nano, o alguna cosa igual de petit)

2 x ponts H

3 motors amb accessoris (per exemple, quadricòpters petits)

GoPro Hero (idealment compatible amb WiFi)

Gyro + Accelerometer - ITG3200 / ADXL345 (Tinc aquest:

3 x sensors d'ultrasons: Telemetre d'ultrasons - LV-MaxSonar-EZ0 (aquest bon

Pas 2: fer el globus

Fent el globus

Depenent de la quantitat de coses que vulgueu fixar al globus, heu de triar acuradament la mida del globus. Com que els globus de més de 90 cm (~ 30 polzades) són difícils d'aconseguir, vaig decidir fer-ne un de Mylar. Podeu triar la forma que vulgueu, però he calculat que un globus esfèric serà més fàcil. Un globus de 130 cm de diàmetre pot transportar uns 360 g.

NB La quantitat que pot transportar un globus d'heli també depèn de l'altitud de la vostra ubicació (nivell del mar), perquè la capacitat d'elevació de l'heli depèn de la seva pròpia densitat i de la densitat de l'aire.

Què fer:

Agafeu dos fulls de manta Mylar i talleu un cercle de 130 cm (~ 51 polzades) de cadascun.

L’escalfament del mylar el fa molt fràgil i prim. Per tant, utilitzarem el mylar addicional i gruixut d’un globus de mylar normal per a la frontera.

Retalleu tires petites del voltant d’un 5 cm x 10 cm (2 polzades x 4 polzades) del vostre gruixut globus Mylar. L’ideal seria que fossin una mica més amples que el planxador.

Col·loqueu els dos cercles uns sobre els altres, envolteu les tires gruixudes al voltant de la vora i premeu-les juntes amb la planxa. Normalment, al cap de ja 5 segons el Mylar es fon. Vaig subjectar la planxa amb una goma i la vaig deixar en aquest estat durant 30-60 segons. D'aquesta manera, podeu estar segur que el Mylar es fon per sobre i que no hi ha buits. Gaudiu d’aquest procediment per a tota la circumferència del globus (això triga aproximadament per sempre), a part d’una secció, on heu de deixar un buit per poder omplir el globus. Com que realment no voleu tenir una obertura plana al globus, hauríeu d’utilitzar l’obertura del sobre gruixut de mylar, que té una obertura unidireccional que permet omplir fàcilment.

Ara heu acabat amb el vostre sobre!

La següent cosa astuta serà la carcassa. El material més aconsellable és la fusta de balsa, pel seu pes lleuger.

Pas 3: elaboració del cas

La fusta de balsa és el material perfecte per a una carcassa, ja que té un aspecte agradable i molt lleuger. Tot i que això comporta un inconvenient, no és extremadament robust. Vaig aconseguir no trencar massa casos, és bastant fiable, només necessita una mica de precaució. La forma més fàcil de manejar la balsa és tallar-la amb un bisturí.

Simplement sigueu creatius i vegeu el que us agrada. He experimentat amb moltes formes diferents i les frontisses vives es veuen molt bé (vegeu https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu…. També podeu anar a la caixa estàndard, realment no importa, sempre que pugueu col·locar-ho tot a l'interior i fixar la clavilla per als motors.

Vaig decidir doblegar la tira de fusta de balsa a un arc. Podeu fer-ho prenent un gran bol rodó d’aigua acabada de bullir i doblegant lentament la tira que hi ha dins. Si poseu un objecte pesat com una tassa al damunt i el deixeu 1-2 hores a l’aigua, la balsa s’ha de doblar bé. un cop s'hagi doblegat, traieu-lo i deixeu-lo assecar (Disculpeu que no tinc cap foto d'això, probablement em va fer mandra fer-ne algunes). Talleu dos mitjos cercles de la fusta de balsa pels costats.

Només podeu enganxar la clavilla a la funda amb Epoxy. Assegureu-vos que els motors estan cap a la part davantera, d’aquesta manera són els més forts. Per al motor amunt / avall, feu dos forats petits a la part inferior de la caixa, fixeu el motor a dos tacs i poseu-los pels forats. Afegir una altra placa i passar-la també fa que sigui molt més estable (vegeu la imatge amb l’electrònica).

Pas 4: l'electrònica

Els components

Vaig pensar que seria genial tenir un globus que prengués fotos i vídeos. També volia una certa detecció i estabilització d’obstacles.

Per tant, he afegit tres sensors ultra sonors (1); dos per detectar-ho tot a la part davantera esquerra i dreta i un per mesurar la distància al sostre. No he tingut problemes d’interferència (tot i que s’esmenta al full de dades, haureu d’utilitzar l’encadenament vegeu https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf L’única cosa important era que els sensors han d’orientar-se prou separats, els cons no s’han de superposar, ja que el sonar que prové dels sensors interfereix entre ells. Això fa que un sensor detecti un obstacle quan en realitat és només un altre sensor que dispara el so per fer la seva feina.

El girsocopi (2) estabilitza el moviment després de girar. És important (a diferència del que es mostra a la imatge, on tot s’acaba de llançar a la carcassa), que heu triat un eix (en el meu cas era Z) i l’alineu tant com sigui possible perquè sigui paral·lel al terra. De manera que la rotació del globus donarà lloc al canvi de mesurament del giroscopi només en el valor Z. Viouslybviament, podeu fer servir algunes matemàtiques de luxe si no, però això m’ha funcionat molt bé. Acabo d’enganxar el sensor al tauler de fusta de balsa i això ja era suficient perquè funcionés.

El GoPro (3) és ideal per inicialitzar imatges a distància i, finalment, els ponts H (L293D) per als motors + puntals (4). Les línies d’alimentació de l’H-Bridge s’han de connectar directament a la bateria, no passeu l’arduino perquè els motors produeixen molt de soroll. Això pot fer que les lectures dels sensors siguin inutilitzables. Però recordeu-vos de connectar la terra dels ponts H a l'arduino. A més, els ponts H s’han de connectar als pins PMW perquè funcionin correctament.

Si ets valent, pots desmuntar un cable Mini-USB i afegir el GoPro a través del connector USB al circuit connectant + a VCC al teu adruino i a terra. D’aquesta manera podeu treure la bateria del GoPro i estalvieu bastant pes. Tanmateix, això resultarà en menys temps de funcionament. Com que el globus no necessita cap bateria per mantenir-se a l’aire, la bateria (3,7 V, 1000 mAh és bona) dura unes 2 hores amb la presa de fotos ocasionals. Curiosament, les mateixes bateries de diferents empreses poden tenir pesos diferents, així que intenteu obtenir-ne una amb el màxim de mAh possible, però també més lleugera.

Connecta (component -> Arduino)

Sensors d'ultrasons

Power + Ground -> Arduino VCC i Ground

BW -> A0, A1, A3 (no recordo per què he saltat A2, probablement no hi ha cap motiu)

Gyro + Accelerometer

Power + Ground -> Arduino VCC i Ground

SDA (Pin sobre GND) -> Arduino SDA (A4)

SCL (Pin sobre SDA) -> Arduino SCL (A5)

Pont H

Pin 4, 5, 12, 13 -> Arduino GND

Pin 1, 8, 9, 16 -> Arduino RAW

Pin 2 -> Pin Arduino 11

Pin 3 -> Motor 1.a

Pin 6 -> Motor 1.b

Pin 7 -> Pin Arduino 10

(el mateix passa amb l’altre pont H amb motor 2 + 3)

A continuació, el codi!

Pas 5: programació

Guia ràpida

CONFIGURACIÓ

Inicialitzeu tots els PIN i els sensors

LOOP

• En primer lloc, si el globus no es va moure durant un temps, fa un moviment cap endavant (cap moviment és avorrit),

  randommove = 1, comprovarà que al final del bucle

• A continuació, comproveu si l’alçada continua bé (KeepHeight ()) i potencialment puja o baixa, l’he establert a 1 m sota el sostre
• Si hi ha alguna cosa més propera als 150 cm que és un obstacle a evitar, inicialitzeu el gir
• si els dos sensors detecten alguna cosa a la part frontal, el globus anirà cap enrere
• després de girar, per evitar la deriva, contrarrestar amb els motors per mantenir l'orientació i no girar més
• Finalment executeu el moviment cap endavant i utilitzeu el giroscopi per mantenir-vos recte mentre voleu durant 5 segons

Estic segur que hi ha millors maneres d’aconseguir aquestes coses, si teniu algun suggeriment, si us plau, feu-m’ho saber.

Pas 6: notes finals

Aquí hi ha algunes coses que heu de saber sobre els globus d'heli

REPTES AL TREBALLAR AMB GLOBUS D’HELI

Tot i que m'encanta el meu Diris, els globus d'heli no són ni molt menys perfectes. El primer repte és obtenir un globus que tingui la mida adequada per aixecar tots els components. El volum d’un globus determina la quantitat d’heli que pot contenir, que és proporcional a la força ascendent. Això limita significativament l’elecció dels components. La major limitació és la bateria; com més lleuger sigui, menys durarà. Per poder transportar almenys el microcontrolador, una bateria i alguns motors, un globus d’heli necessita un diàmetre mínim de 90 cm.

En segon lloc, els globus plens d'heli són molt sensibles a qualsevol canvi d'aire i de temperatura de l'habitació. Com que els globus d'heli sempre deriven (és a dir, no hi ha manera d'estar completament quiets), són fortament afectats per qualsevol corrent d'aire i corrents d'aire. No tinc molt bones experiències amb l’ús dels globus en habitacions amb aire condicionat.

En tercer lloc, com que desplaçar un globus d'heli consisteix a canviar la inèrcia accionant les hèlixs per crear una empenta, passen uns segons entre la inicialització d'un moviment i el canvi real de posició. Com a resultat, el globus no pot reaccionar bé a les influències externes i també és molt difícil evitar ràpidament obstacles.

Finalment, atès que l'heli és més lleuger que l'aire, s'escapa lentament de qualsevol tipus de carcassa. Com a conseqüència, el globus s'ha de tornar a omplir diàriament o cada dos dies, depenent de la resistència a l'aire de la carcassa. També pot ser força difícil omplir un globus amb la quantitat adequada d'heli per fer-lo completament flotant, és a dir, ni caure ni pujar d'alçada. Es recomana omplir el globus perquè quedi massa lleuger i equilibrar-lo amb un pes addicional, que es pot treure fàcilment.