Catapulta Pi: 7 passos (amb imatges)

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

Cada any, el darrer dissabte d’octubre, el Museu Històric de Cantigny celebra un concurs de catapulta amateur. Aquest és un meravellós concurs que permet a tots els que arriben construir i disparar una catapulta mentre competeixen en fins a 3 categories diferents: distància, agrupació de trets i precisió. Per obtenir més informació sobre el concurs, visiteu el seu lloc web a https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c…. Per aquest any, el meu equip, els Pi Throwers, va decidir utilitzar un Raspberry Pi per ajudar allibera part del nostre llançament.

En el nostre disseny, tenim un conjunt de sensors controlats per un Raspberry Pi Zero Wireless. Després d’armar la catapulta i tirar el llançador, el Raspberry Pi controla quan s’alliberarà el beisbol. Mitjançant aquest senzill procés, vam poder quedar en segon lloc amb una distància de 186 peus.

En aquest instructiu es parlarà del disseny, desenvolupament i implementació del controlador Raspberry Pi i de l'electrònica associada. Tot i que no cobreixo l’edifici d’aquesta catapulta d’aquests anys, busqueu una instrucció després del començament del nou any sobre el disseny i la construcció de la catapulta dels propers anys.

Només per diversió, he inclòs un vídeo del nostre tret de 186 peus. Espero que t'ho passis bé.

També vull donar les gràcies als meus companys d’aquest any: Steven Bob i Gus Menoudakis.

Pas 1: disseny general

Durant el concurs dels darrers anys vam tenir força problemes per aconseguir llançaments constants per a la nostra catapulta. Segons la meva dona, sent un gran friki, vaig decidir utilitzar les meves habilitats en electrònica i el cost extremadament baix d’un Raspberry Pi Zero (5 dòlars) per afegir control d’ordinador.

Aquí teniu el procés general de disparar la catapulta. En primer lloc, enceneu el Pi. En segon lloc, connecteu-vos al punt calent sense fils del Pi amb el meu iPhone i inicieu la meva aplicació Catapult. A continuació, acabeu la catapulta i configureu l'alliberament. Carregueu la catapulta i configureu el disparador. Armar la catapulta amb l'aplicació. Quan estigueu a punt per disparar la catapulta, tireu del llançador. Ara, el Pi, utilitzant els sensors incrustats, allibera el disparador en el moment adequat i es deixa anar la pilota.

Pas 2: Configuració zero de Raspberry Pi

Hi ha tres passos principals necessaris per configurar el Raspberry Pi per utilitzar-lo a la catapulta. El primer és afegir connexions als coixinets situats a la part posterior del Pi. El segon és configurar el Pi com a punt calent. L’últim pas és desenvolupar un programa a Python que interactuarà amb l’aplicació de control, llegirà els sensors i dispararà la catapulta quan sigui necessari.

Connexions d'alimentació

1. Enceneu el vostre soldador.
2. Agafeu un joc de cable de calibre 16-18 per a la connexió d’alimentació. Sempre faig servir cable vermell per a la connexió positiva. També faig servir filferro que té un connector en un extrem per poder treure el pi de la catapulta.
3. Tireu una petita quantitat de filferro i esteneu els extrems.
4. Pre-soldeu els coixinets on connectareu l'alimentació. No sé els números del bloc, però he indicat quins blocs cal utilitzar a la imatge.
5. Soldeu els cables al Pi. Trobo que aquest pas és fàcil si fixeu el Pi i manteniu un cable sobre el coixinet per soldar. Aleshores aplico el soldador al fil mentre premo el coixinet. Un cop sentiu que la soldadura del filferro es fon, allibereu la pressió.
6. Repetiu amb el segon filferro.
7. Comproveu si hi ha curts. Existeix un curt si els cables o la soldadura de tots dos coixinets es toquen. Si això passa, escalfeu la soldadura, traieu els cables i torneu-ho a provar.

Punt calent

Tot i que podria seguir tots els passos per configurar un punt calent, hi ha altres que han fet una feina millor. He enumerat un parell de llocs amb instruccions pas a pas.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Programa Python

S’utilitza un programa Python per controlar la configuració i l’activació de la catapulta. El programa, situat a sota, s’executa al Pi i us permet configurar i controlar la catapulta. Aquest programa s’afegeix al directori d’usuaris local i s’executa cada vegada que s’activa el Pi afegint una entrada a /etc/rc.local. Aquest programa configura un servidor de xarxa al qual em connecto mitjançant una aplicació desenvolupada per al meu iPhone. També podeu utilitzar telnet i connectar-vos al port 9999 del Pi. A continuació, podeu utilitzar ordres de text amb el mateix efecte que la meva aplicació.

Programa Node-Red

Com a addició al programa Python, he creat un programa Node-Red amb funcionalitats similars, però que utilitza una interfície web. Com que Rasbian, el sistema operatiu recomanat per a Raspberry Pi, inclou Node-Red com a part de la instal·lació, vaig pensar que podria ser una bona addició. Copieu el contingut del fitxer catapult.json al porta-retalls, obriu Node-Red al Pi que vulgueu utilitzar per a la vostra catapulta, seleccioneu Importa> Portapapers al menú de la dreta i enganxeu-hi el codi. Ara tot el que heu de fer és desplegar el codi i connectar-vos a l’adreça IP del vostre Pi per a la interfície d’usuari. En el meu cas és https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, la vostra adreça IP serà molt bona.

Pas 3: Cablatge de les peces

Tot i que sembla un embolic, el cablejat real del sistema és força senzill. L’esquema de PowerPoint mal fet mostra totes les connexions. A continuació es detallen les peces necessàries.

Llista de peces

1. Raspberry Pi Zero Wireless: 5 dòlars
2. Targeta micro SD de 16 GB: entre 8 i 10 dòlars
3. Uxcell DC12V 25N Force 2-Wire Pull-Solenoide, electroimant, actuador de 10 mm - 18 dòlars
4. Paquet de 6 eBoot LM2596 DC a DC Buck Converter 3.0-40V a 1.5-35V Alimentació mòdul reductor - 2 dòlars
5. Floureon 2 paquets de bateries RC Lipo 3S 11.1V 1500mAh 35C amb endoll XT60 per a cotxes RC, Skylark m4-fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone i FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 polzades) - 27 dòlars
6. Interruptor alternatiu: entre 2 i 10 dòlars per interruptor, en tenia un de vell que feia servir
7. Finware 6 parells XT60 XT-60 Connectors de bala femella femella Endolls d'alimentació amb termorretracció per a bateria RC Lipo - 7,50 $
8. Interruptor de canya Cylewet de 15 peces amb plom daurat normalment obert (N / O) interruptor d’inducció magnètica electromagnètic per a Arduino (paquet de 15) CYT1065 - $ 10
9. Mòdul de relé Tolako 5v per Arduino ARM PIC AVR MCU 5V Indicador de llum LED de 1 canal El mòdul de relé funciona amb plaques Arduino oficials: 6 dòlars. Podríeu obtenir un relé que funcioni a 3,3 v i passar per alt el transistor NPN, ho tindria si hagués demanat el correcte per començar.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 Transistors de potència encapsulats de plàstic 75V 600mA - 2 $
11. Filferro i peces diverses: inclou uns imants de 20 mm.

Connexions

Com podeu veure pel meu horrible diagrama electrònic, les connexions per a l’electrònica són bastant senzilles. Us podeu preguntar per què hi ha llançat un transistor NPN, que té a veure amb el relé que funciona a 5 volts i que el Pi funciona a 3,3 v. Sí, hi ha pins de 5V al Pi, però no són per connectar-los als pins GPIO. Pregunta'm com sé …

Com connecteu els components entre vosaltres és la vostra elecció. Vaig utilitzar vells connectors servo de RC, ja que tenen l’espaiat correcte per fer servir els pins GPIO del Raspberry Pi i en tinc una gran col·lecció. Si voleu, podeu dirigir la soldadura als forats / passadors del Pi. Només cal que us assegureu que les connexions són segures i que és improbable que es separin durant el procés violent que suposa un llançament de catapulta.

Pas 4: parts impreses

Hi ha tres elements que he hagut d'imprimir per a aquest projecte i es detallen a continuació.

1. Funda electrònica
2. Cas solenoide
3. Braç de retenció de beisbol

He inclòs els fitxers STL de cadascuna de les parts que havia d'imprimir. En imprimir el braç, us recomano que utilitzeu una taxa d’ompliment del 25-50%. Es tracta d’assegurar-se que el braç no es trenqui a causa de les tensions a què està sotmès durant el tret.

Pas 5: imants i interruptors Reed

Un dels aspectes de disseny més importants és determinar com es pot saber on és el braç durant el tret de la catapulta. Hi ha un parell d’opcions diferents: sensors d’efecte Hall, interruptors reed i acceleròmetres. Originalment, tenia previst utilitzar els sensors Hall Effect, però em vaig adonar que no funcionaven de manera constant, així que vaig canviar a interruptors reed. Si opteu per utilitzar interruptors de canya, una paraula de precaució, els interruptors de canya haurien d’estar orientats de manera que siguin perpendiculars a la força centrífuga. En cas contrari, és possible que els interruptors de canya siguin forçats a obrir / tancar pel moviment de gir del braç.

Com podeu veure al diagrama, he utilitzat quatre imants i dos interruptors de canya. Cadascun dels imants està situat a 90 graus de diferència. Això, en combinació amb el desactivat de 135 graus dels commutadors de canya, permet 8 lectures de sensor per volta. Amb el desplaçament del sensor, tots dos sensors no creuaran un imant al mateix temps, cosa que ens permet la mateixa precisió que utilitzar un únic interruptor reed i 8 imants. En qualsevol dels dos casos, cada 45 graus en què el braç giri el Pi obtindrà un sol pols.

Cadascun dels imants està incrustat al suport base del braç de llançament. Vaig utilitzar una broca forstner de 7/8 polzades i vaig foradar uns 6 mm per coincidir amb l’alçada dels imants que tenia a mà. Després vaig afegir una mica de cola calenta al forat i vaig prémer els imants al seu lloc. Cadascun dels imants ha d’estar a ras de la superfície de la base.

Per als commutadors reed, primer vaig connectar els commutadors a cables que després connectaria als pins GPIO del Pi. Llavors vaig perforar una ranura per a l’interruptor de canya a la part inferior del braç de llançament. Aquesta ranura s'ha de dimensionar per incloure completament l'interruptor reed. Llavors vaig perforar un forat pel braç a l'extrem de la ranura. Aquest forat és la forma en què el fil i l’interruptor de canya s’enfilen a través del braç, de manera que hauria de ser prou gran per manejar els dos. A continuació, enfilo la connexió de cable a l’interruptor reed i enganxo l’interruptor reed a la ranura que es va crear per a això. Com que feia servir fusta per al braç de llançament, vaig omplir els espais de la ranura de l’interruptor de canya amb farcit de fusta. Aquesta era una manera d'assegurar-se que l'interruptor de canya estigui fixat i que no pugui fregar la base.

Pas 6: proves

Les proves són un procés divertit. És on vas a un lloc on no faràs mal a la gent ni danyaràs els béns i veuràs si les teves coses funcionen. M’agradaria haver-ho fet. A la nostra primera prova, llançar el braç massa tard i vaig tenir una vela de beisbol sobre la meva furgoneta, a uns 100 peus de distància. Després d'ajustar el temps de llançament, ho vam tornar a provar. Aquesta vegada el beisbol va colpejar el pneumàtic del meu cotxe i va tornar cap a nosaltres. Vaig moure el cotxe.

Després de diversos intents més, ens vam desplaçar on la corda estava fixada al braç de manera que el braç s’aturés a 90 graus CCW de recte cap amunt. Això ens va permetre disparar pràcticament cap endavant i amb un angle de 45 graus. Molt millor. Un cop vam marcar el llançament, vam canviar el pes i vam modificar la fona de la bola un parell de vegades per obtenir els nostres millors resultats.

Pas 7: Pensaments finals

Voldria donar les gràcies a totes les persones que van ajudar amb aquesta catapulta d’aquests anys. Steven Bob i Gus Menoudakis, els meus companys d’equip. La meva dona, que cada any em pregunta per què he de construir un disseny diferent per a una catapulta. I Cantigny per tenir el concurs en primer lloc. És una explosió i realment hauria de tenir una multitud més gran.

Gràcies pel vostre temps i feu-m'ho saber si teniu cap pregunta.