Torretta scanner e cannone: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Dovevamo realizzare un prototipo funzionale utilizzando alcuni sensori Arduino diversi, quindi la nostra scelta è stata quella di sviluppare una torretta con un cannone che spara un proiettile su un oggetto rilevato dallo scanner.

Il funzionamento della torretta inizia con il movimento costante dello scanner facendo una scansione di 180 gradi, quando rileva qualcosa, il cannone si sposta puntando direttamente nella direzione verso cui sta puntando lo scanner e utilizzando due pulsanti, uno per il caricamento e l'altro per sparando, viene sparato un proiettile.

Inoltre mostrerà sullo schermo gli oggetti rilevati tramite un'interfaccia radar.

Progetto di Jaume Guardiola e Damià Cusí

Passaggio 1: materiali necessari

MATERIALI DI COSTRUZIONE:

- 1x foglio DIN A4 metacrilato 0,4 mm.

- 1x foglio di legno da 0,3 mm. Dimensioni: 600 mm x 300 mm.

- 1x cerniera.

- Colla calda.

- Colla epossidica bicomponente.

- Super colla.

- Blocco di legno.

- Banda Elastica.

- Tubo della penna.

- Piccola stringa.

MATERIALI ELETTRONICI:

- 3 servomotori MMSV001. (https://www.ondaradio.es/Catalogo-Detalle/3034/rob…

- 1x sensore di prossimità ad ultrasuoni HC-SR04. (https://www.amazon.es/ELEGOO-Ultrasonidos-Distanci…

- 1x arduino nano.

- Cavo di collegamento (rosso, nero e bianco se possibile).

- Lattina.

- Saldatore.

Passaggio 2: progettazione

I disegni del design esterno della torretta sono stati realizzati su Autocad. Questo file mostra tutte le parti necessarie per l'assemblaggio esterno che coprirà il meccanismo del cannone e del radar.

Passaggio 3: foglio di legno tagliato al laser

Con il file Autocad siamo in grado di tagliare al laser le forme per una migliore precisione e un aspetto migliore in generale, ma possono anche essere fatte a mano estraendo le misure dal file.

Passaggio 4: Introduzione all'assemblaggio

Il nostro cannone sarà diviso in due strutture principali. Ci sarà una base che contiene all'interno tutti i servomotori, le connessioni, oltre alla scheda arduino Nano; poi c'è il cannone mobile in cima, che contiene un altro servomotore all'interno e il meccanismo di sparo.

In questo passaggio si procede all'assemblaggio della base come da foto, si può utilizzare colla a caldo o colla epossidica. Il foro al centro serve per contenere il servo che sposterà il cannone (può essere inserito dal lato superiore) e sotto di esso (idealmente coassialmente) monteremo il servo che sposterà il sensore ad ultrasuoni.

Passaggio 5: progettazione del cannone

Per il design del cannone abbiamo utilizzato dei pezzi di legno squadrati e un paio di parti in metacrilato tagliate al laser. Puoi anche trovare il disegno di AutoCAD qui.

Per assemblarlo abbiamo usato colla a caldo e rinforzi di nastro adesivo, ma può essere incollato insieme come si vuole.

Il tubo del cannone è un normale tubo della penna e le munizioni saranno munizioni normali per softair. Inoltre verrà utilizzata una fascia elastica per mantenere la tensione necessaria affinché il meccanismo possa sparare e una corda per tirare su il tiratore quando è necessario ricaricare.

Tutte le misure nel disegno sono in millimetri; la punta del cannone è rialzata di 3mm perchè in questo modo il proiettile rimarrà sempre all'estremità di esso e potrà essere sparato da dietro. Inoltre è stata aggiunta un po' di colla alla fine per mantenere il proiettile all'interno ma allo stesso tempo lasciare che il tiratore lo colpisca.

Il servo sulla parte superiore del cannone è il meccanismo di rilascio e ricarica del tiratore, attaccato al servo c'è una leva che in posizione orizzontale interferirà con il percorso del tiratore e lo manterrà a metà strada nel colpire il proiettile e, una volta sollevato, lo farà aggiungi un po' di tensione al meccanismo di sparo e allenta il contatto con esso a circa 30 gradi, lasciando che segua il suo percorso e scatti (vedi foto sopra). Per ricaricare dovrai tirare indietro il meccanismo oltre il punto di 30 gradi usando la corda attaccata e quindi premere il pulsante di ricarica, che riporterà il servo nella posizione orizzontale iniziale e manterrà il tiratore in posizione fino a quando non sarà necessario essere fucilato di nuovo.

Nota: montare e costruire il cannone senza strumenti precisi è una specie di compito per tentativi ed errori, può volerci un po' di tempo per capire come far interagire tutto nel modo necessario, è necessario un processo di messa a punto durante l'assemblaggio. Consigliamo vivamente di costruire le strutture del cannone e del radar quando tutto è collegato e funzionante per allineare correttamente tutte le posizioni.

Passaggio 6: connessioni Arduino

Questo è lo schema di connessione di Arduino. Fondamentalmente ci sono 3 servo ognuno collegato a massa, 5V e i pin 9, 10 e 11 di conseguenza (9 sposta il radar, 10 sposta il cannone, 11 sposta la leva di ricarica), e poi il sensore di prossimità legato ai pin 2 e 3. On sopra ci sono due pulsanti legati ai pin 4 e 5; quelli si ricaricheranno e spareranno. Questo (immagine sopra) è lo schema di collegamento utilizzato.

Passaggio 7: il codice

La maggior parte del codice riguardante l'interfaccia radar, sia su Processing che su Arduino, è referenziato ed estratto da fonti esterne, il nostro lavoro è stato adattare il codice per spostare tutte le parti del cannone di conseguenza per puntare un determinato oggetto su un raggio progettato. Tutto il codice è incluso nei file arduino e Processing sopra, ecco alcune cose da prendere in considerazione:

Codice Arduino:

- Nella funzione goalobject() c'è una riga: if (objectin > 10) { dove il valore di 10 definisce il "range" di rilevamento. Se il valore viene abbassato il cannone mirerà agli oggetti più piccoli ma sarà anche facilmente influenzato dal rumore, se il valore è maggiore rileverà solo gli oggetti più grandi ma la mira sarà più precisa per quelli più grandi.

- Nella funzione goalobject() c'è un'altra riga:

if (ultima distanza < 5) {

….

if (ultima distanza < 45) {

questo definisce la distanza di puntamento attivo, puoi definire la distanza minima e massima (in centimetri) in cui il cannone mirerà ad un oggetto. Consideriamo gli oggetti più lunghi di 45 cm quasi non rilevabili dal sensore a ultrasuoni con precisione, ma dipende dalla qualità costruttiva del tuo sistema.

Codice del trattamento:

- Non consigliamo di modificare il codice di risoluzione di Processing, rovinerà l'intera interfaccia e sarà difficile da risolvere.

- Nel setup dell'elaborazione c'è un parametro che deve essere sostituito. (attorno alla linea 68).

myPort = new Serial(this, "COM9", 9600);

COM9 deve essere sostituito con il numero della tua porta arduino. esempio ("COM13"). Se Arduino non è in esecuzione o la porta non è corretta, l'elaborazione non verrà avviata.

- Abbiamo modificato alcuni parametri su Processing per adattarli alle distanze e all'intervallo di cui avevamo bisogno, e intorno alla riga 176:

if(distanza300){

questa è un'eccezione che cancella alcuni rumori prodotti dal nostro sensore a ultrasuoni, può essere cancellata a seconda della chiarezza del segnale della tua particolare unità o modificata per cancellare un'altra gamma.

Passaggio 8: montare tutto

Ora che abbiamo il codice funzionante e i "sottoassiemi" pronti per essere montati, procederemo ad attaccare il cannone al servo al centro della base; uno dei servoaccessori va incollato alla parte inferiore del cannone, idealmente al baricentro per evitare forze d'inerzia eccessive.

Inoltre monteremo il sensore a ultrasuoni con una sottile striscia di legno e un servo accessorio, in modo che il sensore continui a spazzare un po' davanti alla base (le parti ritagliate nella parte anteriore della base sono progettate per consentire al sensore di oscillare di 180 gradi). Potrebbe essere necessario alzare un po' il servo, in modo da poter resistere un po' con tutto ciò che hai a disposizione.

Passaggio 9: provare a sparare a qualcosa

Ora è il momento di provare a vedere se riesci a sparare a qualcosa! Se non mira correttamente probabilmente dovresti estrarre il cannone e provare ad allinearlo con il sensore di prossimità, si può fare scrivendo un programmino che li metta entrambi nella stessa posizione. Il codice arduino per l'allineamento dei motori è allegato in cima a questo passaggio.

(Il range di movimento della nostra build è da 0 a 160 gradi e consigliamo di mantenerlo così, il codice di elaborazione è adattato anche per 160 gradi, quindi è centrato su 80º).

Puoi scaricare un video allegato qui dove viene mostrato l'intero processo di ricarica, mira e tiro.

Passo 10: Riflessioni

Da Jaume:

Vorrei affermare che realizzare un progetto Arduino è stato più divertente del previsto. Arduino si è rivelata una piattaforma davvero amichevole e facile su cui lavorare, e per di più davvero utile per provare rapidamente nuove idee con poca o nessuna infrastruttura.

Essere in grado di sperimentare diversi sensori e tecnologie con cui eravamo così disconnessi è stata un'esperienza che ci ha aperto le porte per aggiungere nuovi e più ricchi contenuti ai nostri progetti. Ora lo sviluppo di prodotti basati sull'elettronica sarà almeno meno di una barriera mentale.

Dal punto di vista dell'ingegneria del design, arduino si è dimostrato un modo pratico e fattibile di prototipazione rapida di idee più dal punto di vista formale e più dal lato funzionale; è anche abbastanza abbordabile, quindi può far risparmiare alle aziende un sacco di soldi e abbiamo visto nella nostra visita ad HP.

Anche il lavoro di squadra è stato un punto importante per noi su questo progetto, rafforzando che due mentalità davvero diverse possono integrarsi molto bene per rendere un progetto più forte e più completo nel complesso.

Da Damia: Alla fine di questo progetto ho diverse cose che voglio commentare e spiegare come conclusione finale. Prima di tutto, ringrazio la totale libertà del contenuto del progetto che abbiamo avuto fin dall'inizio, questo ci ha sfidato per accendere la nostra creatività e cercare di trovare un buon modo per implementare molte cose apprese in classe in un prototipo funzionale. In secondo luogo esprimo gratitudine allo scopo di questo tipo di progetti, penso che siamo in un momento del nostro vive per imparare quante più cose possibile, perché in un futuro potremmo essere in grado di applicare tutta la conoscenza. E come ho detto prima, abbiamo avuto la libertà di testare con diversi tipi di materiale tecnologico per comprenderne le funzioni di base e come potrebbe essere utile per l'implementazione del prototipo. Infine vorrei dire che tutta la piattaforma Arduino mi ha fatto rendersi conto degli infiniti modi di usarlo e di quanto semplice (con conoscenze di base) possa essere.