Diri - il palloncino a elio attivato: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

In questo Instructable ti guiderò attraverso il processo di creazione di un pallone ad elio autonomo che documenta lo spazio. Guarda il video:

Il pallone e l'involucro sono autocostruiti, l'elettronica comprende un arduino pro mini, tre motori con eliche, sensori a ultrasuoni per il rilevamento degli ostacoli, giroscopio per la stabilizzazione e una fotocamera GoPro per scattare foto/video.

Questi sono i passaggi:

1. Prendi i materiali

2. Crea il palloncino

3. Crea una custodia per l'elettronica e attaccala al palloncino

4. Aggiungi l'elettronica

5. Il codice!

6. Alcune sfide quando si lavora con palloncini ad elio

Questo tutorial si basa su un progetto di ricerca di Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) e David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - pubblicato alla conferenza Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Un ringraziamento speciale va a Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) per il suo aiuto.

Sentiti libero di inviarci un'e-mail se hai domande o feedback!

Passaggio 1: materiali

Materiali per il palloncino

2 x coperte in mylar (cerca "coperta di salvataggio in mylar", dovrebbe essere facile da trovare e costa solo poche sterline)

1 x palloncino in mylar

Utensili

1 x piastra per capelli (almeno 200 °C)

Per l'involucro

2 x strisce di legno di balsa

un laser cutter o un bisturi artigianale

1 tassello di legno di ca. Lunghezza 50 cm (per collegare i motori)

Un po' di colla, mi piace molto Epoxy

I componenti elettronici

Arduino pro mini (potrebbe essere anche nano immagino o qualcosa di ugualmente piccolo)

2 x ponti ad H

3 x motori con eliche (ad es. piccoli quadricotteri)

GoPro Hero (idealmente compatibile con Wi-Fi)

Giroscopio + Accelerometro - ITG3200/ADXL345 (ho preso questo:

3 x sensori a ultrasuoni - Telemetro ad ultrasuoni - LV-MaxSonar-EZ0 (questo buono

Passaggio 2: realizzare il palloncino

Fare il palloncino

A seconda di quanta roba vuoi attaccare al palloncino, devi scegliere con attenzione la dimensione del palloncino. Poiché i palloncini di dimensioni superiori a 90 cm (~30 pollici) sono difficili da ottenere, ho deciso di crearne uno mio in Mylar. Puoi scegliere la forma che preferisci, ma ho calcolato che un pallone sferico girerà più facilmente. Un pallone del diametro di 130 cm può trasportare circa 360 g.

NB Quanto può trasportare un pallone ad elio dipende anche dall'altitudine della tua posizione (livello del mare), perché le capacità di sollevamento dell'elio dipendono dalla sua stessa densità e dalla densità dell'aria.

Cosa fare:

Prendi due fogli di Mylar Blanket e ritaglia un cerchio di 130 cm (~ 51 pollici) da ciascuno.

Il riscaldamento del mylar lo rende molto fragile e sottile. Pertanto utilizzeremo il mylar aggiuntivo e spesso di un normale palloncino in mylar per il bordo.

Ritaglia delle piccole strisce, circa 5 cm x 10 cm (2 pollici x 4 pollici) dal tuo spesso palloncino di Mylar. Idealmente, dovrebbero essere leggermente più larghi del ferro da stiro.

Metti i due cerchi uno sopra l'altro, avvolgi le strisce spesse attorno al bordo e premile insieme con la piastra per capelli. Di solito, già dopo 5 secondi il Mylar si scioglie. Ho fissato la piastra per capelli con un elastico e l'ho lasciata in questo stato per 30-60 secondi. In questo modo puoi essere abbastanza sicuro che il Mylar si sciolga dappertutto e non ci siano spazi vuoti. Goditi questa procedura per l'intera circonferenza del palloncino (questo richiede circa un'eternità), a parte una sezione, dove devi lasciare uno spazio vuoto per poter riempire il palloncino. Poiché non vuoi davvero avere un'apertura semplice per il palloncino, dovresti usare l'apertura della busta in mylar spessa, che ha un'apertura unidirezionale che consente facilmente il riempimento.

Ora hai finito con la tua busta!

La prossima cosa furba sarà l'involucro. Il materiale più consigliato è il legno di balsa, per via della sua leggerezza.

Passaggio 3: creare il caso

Il legno di balsa è il materiale perfetto per un involucro, perché ha un bell'aspetto ed è molto molto leggero! Tuttavia, questo ha uno svantaggio, non è estremamente robusto. Sono riuscito a non rompere troppi casi, è abbastanza affidabile, ha solo bisogno di un po' di cautela. Il modo più semplice per maneggiare la balsa è tagliarla con un bisturi.

Sii creativo e guarda cosa ti piace! Ho sperimentato molte forme diverse e le cerniere viventi sembrano molto belle (vedi https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Puoi anche scegliere la scatola standard, non importa, a patto che tu possa mettere tutto dentro e attaccare il tassello per i motori.

Ho deciso di piegare la striscia di legno di balsa ad arco. Puoi farlo prendendo una grande ciotola rotonda di acqua appena bollita e piegando lentamente la striscia al suo interno. Se metti sopra un oggetto pesante come una tazza e lo lasci per 1-2 ore nell'acqua, la balsa dovrebbe piegarsi bene. una volta piegato, tiralo fuori e lascialo asciugare (mi dispiace di non avere foto di questo, probabilmente ero troppo pigro per prenderne un po'). Tagliare due semicerchi dal legno di balsa per i lati.

Puoi semplicemente incollare il tassello alla custodia con Epoxy. Assicurati che i motori siano rivolti in avanti, in questo modo sono i più potenti. Per il motore su/giù, fai due piccoli fori nella parte inferiore della scatola, fissa il motore a due tasselli e inseriscili attraverso i fori. Aggiungere un'altra piastra e far passare anche quella lo rende molto più stabile (vedi foto con l'elettronica).

Fase 4: L'elettronica

I componenti

Ho pensato che sarebbe stato bello avere un pallone che scatta foto e video. Volevo anche un po' di rilevamento degli ostacoli e stabilizzazione.

Pertanto ho aggiunto tre sensori ad ultrasuoni (1); due per rilevare tutto davanti a sinistra ea destra e uno per misurare la distanza dal soffitto. Non ho avuto problemi di interferenza (sebbene sia menzionato nella scheda tecnica, quindi è necessario utilizzare il concatenamento vedi https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf L'unica cosa importante era che i sensori devono puntare sufficientemente distanti, i coni non devono sovrapporsi poiché il sonar proveniente dai sensori interferisce tra loro, il che fa sì che un sensore rilevi un ostacolo quando in realtà è solo un altro sensore che emette un suono per fare il suo lavoro.

Il giroscopio (2) stabilizza il movimento dopo la rotazione. L'importante è (a differenza di quanto mostrato nell'immagine in cui tutto viene semplicemente gettato nell'involucro), che tu abbia scelto un asse (nel mio caso era Z) e allinearlo il più possibile in modo che sia parallelo al suolo. Quindi la rotazione del pallone risulterà nel giroscopio che misura la variazione solo sul valore Z. Ovviamente puoi usare un po 'di matematica di fantasia altrimenti, ma questo ha funzionato alla grande per me. Ho solo attaccato il sensore alla tavola di balsa e questo era già abbastanza per farlo funzionare.

La GoPro (3) è ottima per l'inizializzazione delle immagini da remoto e infine gli H-Bridge (L293D) per i motori + le eliche (4). Le linee di alimentazione dell'H-Bridge devono essere collegate direttamente alla batteria, non passare sopra l'arduino perché i motori producono molto rumore! Ciò può rendere inutilizzabili le letture dei sensori. Ma ricordati di collegare la massa degli H-Bridges all'arduino. Inoltre, gli H-Bridge devono essere collegati ai pin PMW per funzionare correttamente.

Se sei coraggioso puoi smontare un cavo Mini-USB e aggiungere la GoPro tramite il connettore USB al tuo circuito collegando + a VCC sul tuo adruino e la terra. In questo modo puoi estrarre la batteria della GoPro e risparmiare un po' di peso! Ciò si tradurrà in meno tempo di funzionamento però. Poiché il pallone non ha bisogno di alcuna carica della batteria per stare in aria, la batteria (3,7 V, 1000 mAh è buona) dura circa 2 ore con scatti occasionali. Stranamente le stesse batterie di aziende diverse possono avere pesi diversi, quindi cerca di prenderne una con più mAh possibile ma che sia anche la più leggera.

Connetti (Componente -> Arduino)

Sensori a ultrasuoni

Power+Ground -> Arduino VCC e Ground

BW -> A0, A1, A3 (non ricordo perché ho saltato A2, probabilmente senza motivo)

Giroscopio + accelerometro

Power+Ground -> Arduino VCC e Ground

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

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

H-Ponte

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

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

Pin 2 -> Arduino Pin 11

Pin 3 -> Motore 1.a

Pin 6 -> Motore 1.b

Pin 7 -> Arduino Pin 10

(stesso discorso per l'altro H-Bridge con Motore 2+3)

Avanti il codice!

Passaggio 5: programmazione

Procedura rapida

IMPOSTARE

Inizializzare tutti i PIN e i sensori

CICLO CONTINUO

• Primo, se il pallone non si è mosso per un po', fa un movimento in avanti (nessun movimento è noioso),

  randommove = 1, verificherà che alla fine del ciclo

• Quindi controlla se l'altezza è ancora ok (KeepHeight()) e potenzialmente va su o giù, l'ho impostato a 1 m sotto il soffitto
• Se c'è qualcosa più vicino di 150 cm di quanto non sia un ostacolo da evitare, quindi inizializzare la svolta
• se entrambi i sensori rilevano qualcosa nella parte anteriore, il pallone deve tornare indietro
• dopo aver svoltato, per evitare la deriva, controsterzare con i motori per mantenere l'orientamento e non ruotare più
• Infine esegui il movimento in avanti e usa il giroscopio per restare dritto mentre voli per 5 secondi

Sono abbastanza sicuro che ci siano modi migliori per ottenere queste cose, se hai un suggerimento per favore fammelo sapere!

Passaggio 6: note finali

Ci sono alcune cose che devi sapere sui palloncini ad elio, ecco qui

SFIDE QUANDO SI LAVORA CON I PALLONCINI AD ELIO

Anche se adoro la mia Diris, i palloncini ad elio sono tutt'altro che perfetti. La prima sfida è ottenere un pallone che abbia le giuste dimensioni per sollevare tutti i componenti. Il volume di un pallone determina quanto elio può contenere, che è proporzionale alla forza verso l'alto. Ciò limita notevolmente la scelta dei componenti. Il limite maggiore è la batteria; più leggero è, più breve durerà. Per poter trasportare almeno il microcontrollore, una batteria e alcuni motori, un pallone ad elio necessita di un diametro minimo di 90 cm.

In secondo luogo, i palloncini pieni di elio sono molto sensibili a qualsiasi flusso d'aria e variazioni di temperatura nella stanza. Poiché i palloncini di elio vanno sempre alla deriva (cioè non c'è modo di stare completamente fermi), sono fortemente influenzati da eventuali correnti d'aria e correnti d'aria. Non ho esperienze molto positive con l'utilizzo dei miei palloncini in stanze con aria condizionata.

In terzo luogo, poiché lo spostamento di un pallone ad elio consiste nel variare l'inerzia azionando le eliche per creare una spinta, tra l'inizializzazione di un movimento e l'effettivo cambio di posizione passano alcuni secondi. Di conseguenza, il pallone non può reagire così bene alle influenze esterne ed è anche molto difficile evitare rapidamente gli ostacoli.

Infine, poiché l'elio è più leggero dell'aria, fuoriesce lentamente da qualsiasi tipo di involucro. Di conseguenza il pallone deve essere riempito giornalmente oa giorni alterni a seconda di quanto sia impermeabile l'involucro. Può anche essere piuttosto difficile riempire un pallone con la giusta quantità di elio per farlo galleggiare completamente, cioè senza cadere né salire in altezza. Si consiglia di riempire il palloncino in modo che sia troppo leggero ed equilibrarlo con un peso aggiuntivo, che può essere rimosso facilmente.