Pi catapulta: 7 passaggi (con immagini)

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

Ogni anno, l'ultimo sabato di ottobre, il Museo storico di Cantigny organizza una gara amatoriale di catapulte. Questa è una gara meravigliosa che consente a tutti i giocatori di costruire e sparare una catapulta mentre gareggiano in un massimo di 3 diverse categorie: distanza, raggruppamento di colpi e precisione. Per ulteriori informazioni sul concorso, visitare il loro sito Web all'indirizzo https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Per il concorso di quest'anno la mia squadra, i Pi Throwers, ha deciso di utilizzare un Raspberry Pi per aiutare con il rilasciare parte del nostro tiro.

Nel nostro progetto, abbiamo una serie di sensori monitorati da un Raspberry Pi Zero Wireless. Dopo aver armato la catapulta e aver tirato il rilascio, il Raspberry Pi controlla quando verrà rilasciato il baseball. Usando questo semplice processo, siamo stati in grado di arrivare al secondo posto con una distanza di 186 piedi.

Questo Instructable discuterà la progettazione, lo sviluppo e l'implementazione del controller Raspberry Pi e dell'elettronica associata. Sebbene non copra la costruzione della catapulta di quest'anno, cerca un istruibile dopo l'inizio del nuovo anno sulla progettazione e la costruzione della catapulta del prossimo anno.

Solo per divertimento, ho incluso un video della nostra ripresa da 186 piedi. Spero ti piaccia.

Vorrei anche ringraziare i miei compagni di squadra di quest'anno: Steven Bob e Gus Menoudakis.

Passaggio 1: progettazione generale

Durante il contest degli ultimi anni abbiamo avuto una discreta quantità di problemi a ottenere rilasci consistenti per la nostra catapulta. Essendo un grande geek, secondo mia moglie, ho deciso di usare le mie abilità con l'elettronica e il costo estremamente basso di un Raspberry Pi Zero ($ 5) per aggiungere il controllo del computer.

Ecco il processo generale per sparare con la catapulta. Innanzitutto, accendi il Pi. In secondo luogo, connettiti all'hot spot wireless del Pi con il mio iPhone e avvia la mia app Catapult. Quindi, carica la catapulta e imposta il rilascio. Carica la catapulta e imposta il grilletto. Arma la catapulta con l'app. Quando sei pronto a sparare con la catapulta, tira il rilascio. Ora il Pi, usando i sensori incorporati, rilascia il grilletto al momento giusto e la palla viene rilasciata.

Passaggio 2: installazione di Raspberry Pi Zero

Ci sono tre passaggi principali necessari per configurare il Raspberry Pi per l'uso nella catapulta. Il primo è aggiungere connessioni ai pad di alimentazione situati sul retro del Pi. Il secondo è impostare il Pi come hot spot. Il passaggio finale consiste nello sviluppo di un programma in Python che interagirà con l'app di controllo, leggerà i sensori e lancerà la catapulta quando necessario.

Connessioni di alimentazione

1. Accendi il tuo saldatore.
2. Prendi un set di cavi di calibro 16-18 per il collegamento dell'alimentazione. Uso sempre il filo rosso per il collegamento positivo. Uso anche un filo che ha un connettore su un'estremità in modo da poter rimuovere il pino dalla catapulta.
3. Spellare una piccola quantità di filo e stagnare le estremità.
4. Pre-saldare i pad a cui collegherai l'alimentazione. Non conosco i numeri delle pastiglie ma ho indicato quali pastiglie usare nella foto.
5. Saldare i fili al Pi. Trovo che questo passaggio sia facile se si fissa il Pi e si tiene un filo sopra il pad da saldare. Quindi applico il saldatore al filo mentre premo sul pad. Quando senti che la saldatura sul filo si scioglie, rilascia la pressione.
6. Ripetere con il secondo filo.
7. Controlla eventuali cortometraggi. Esiste un cortocircuito se i fili o la saldatura di entrambi i pad si toccano. Se ciò accade, riscalda la saldatura, rimuovi i fili e riprova.

Punto di accesso

Mentre potrei seguire tutti i passaggi per configurare un hot spot, ce ne sono altri che hanno fatto un lavoro migliore. Ho elencato un paio di siti con istruzioni passo passo.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Programma Python

Un programma Python viene utilizzato per controllare la configurazione e lo sparo della catapulta. Il programma, che si trova di seguito, viene eseguito sul Pi e consente di configurare e controllare la catapulta. Questo programma viene aggiunto alla directory utente locale ed eseguito ogni volta che il Pi viene acceso aggiungendo una voce in /etc/rc.local. Questo programma configura un server di rete a cui mi collego utilizzando un'app sviluppata per il mio iPhone. Puoi anche usare telnet e connetterti alla porta 9999 sul Pi. Puoi quindi utilizzare i comandi di testo con lo stesso effetto della mia app.

Programma Nodo-Rosso

In aggiunta al programma Python, ho creato un programma Node-Red con funzionalità simili ma utilizza un'interfaccia web. Poiché Rasbian, il sistema operativo consigliato per Raspberry Pi, include Node-Red come parte dell'installazione, ho pensato che potesse essere una buona aggiunta. Copia il contenuto del file catapult.json negli appunti, apri Node-Red sul Pi che intendi utilizzare per la tua catapulta, seleziona Importa-> Appunti dal menu a destra e incolla lì il codice. Ora tutto ciò che devi fare è distribuire il codice e connetterti all'indirizzo IP del tuo Pi per l'interfaccia utente. Nel mio caso è https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, il tuo indirizzo IP sarà molto.

Passaggio 3: cablaggio delle parti

Sebbene sembri un disastro, il cablaggio effettivo del sistema è piuttosto semplice. Lo schema PowerPoint mal fatto mostra tutte le connessioni. Le parti necessarie sono elencate di seguito.

Elenco delle parti

1. Raspberry Pi Zero Wireless - $ 5
2. Scheda micro SD da 16 GB - $ 8-10
3. Uxcell DC12V 25N Force 2-Wires Pull Push Solenoide, elettromagnete, attuatore da 10 mm - $ 18
4. eBoot 6 Pack LM2596 Convertitore buck da CC a CC 3,0-40 V a 1,5-35 V Modulo step-down di alimentazione - $2
5. Floureon 2 pacchi 3S 11,1 V 1500 mAh 35C Batteria Lipo RC con spina XT60 per auto RC, Skylark m4-fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone e FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 pollici) - $ 27
6. Interruttore a levetta - $ 2-10 per interruttore, ne avevo uno vecchio che usavo
7. Finware 6 paia XT60 XT-60 maschio femmina connettori a proiettile spine di alimentazione con termoretraibile per batteria RC Lipo - $ 7,50
8. Cylewet Interruttore reed 15 pezzi con cavo dorato normalmente aperto (N/O) Interruttore a induzione magnetica elettromagnetico per Arduino (confezione da 15) CYT1065 - $10
9. Modulo relè Tolako 5v per Arduino ARM PIC AVR MCU 5V Indicatore luminoso LED Modulo relè a 1 canale Funziona con schede Arduino ufficiali - $6. Potresti ottenere un relè che funziona a 3,3 V e bypassare il transistor NPN, lo avrei fatto se avessi ordinato quello corretto per cominciare.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 Transistor di potenza incapsulati in plastica 75V 600mA - $2
11. Fili e parti varie - questo include alcuni magneti da 20 mm.

Connessioni

Come puoi vedere dal mio orribile diagramma dell'elettronica, i collegamenti per l'elettronica sono piuttosto semplici. Potresti chiederti perché c'è un transistor NPN inserito lì, ha a che fare con il relè che funziona a 5 volt e il Pi che funziona a 3,3 v. Sì, ci sono pin 5V sul Pi, ma non servono per il collegamento ai pin GPIO. Chiedimi come faccio a saperlo…

Il modo in cui colleghi i componenti è una tua scelta. Ho usato vecchi connettori servo RC in quanto hanno la spaziatura corretta da utilizzare per i pin GPIO sul Raspberry Pi e ne ho una vasta collezione. Se lo desideri, puoi dirigere la saldatura ai fori/perni sul Pi. Devi solo assicurarti che le connessioni siano sicure e che sia improbabile che si separino durante il processo violento che è un lancio di catapulta.

Passaggio 4: parti stampate

Ci sono tre elementi che ho dovuto stampare per questo progetto e sono elencati di seguito.

1. Custodia per elettronica
2. Custodia solenoide
3. Braccio di ritenzione del baseball

Ho incluso i file STL per ciascuna delle parti che dovevo stampare. Quando si stampa il braccio, consiglio di utilizzare un tasso di riempimento del 25-50%. Questo per fare in modo che il braccio non si rompa a causa delle sollecitazioni a cui è sottoposto durante lo sparo.

Passaggio 5: magneti e interruttori reed

Uno degli aspetti più importanti del design è determinare come dire dove si trova il braccio durante lo sparo della catapulta. Ci sono un paio di opzioni diverse, sensori ad effetto Hall, interruttori reed e accelerometri sono solo alcuni. Inizialmente avevo pianificato di utilizzare i sensori a effetto Hall, ma ho scoperto che non funzionavano in modo coerente, quindi sono passato agli interruttori reed. Se si sceglie di utilizzare interruttori reed, una parola di cautela, gli interruttori reed devono essere orientati in modo che siano perpendicolari alla forza centrifuga. In caso contrario è possibile che gli interruttori reed vengano forzati in apertura/chiusura a causa del movimento rotatorio del braccio.

Come puoi vedere dal diagramma, ho usato quattro magneti e due interruttori reed. Ciascuno dei magneti è distanziato di 90 gradi. Questo, in combinazione con l'offset di 135 gradi per gli interruttori reed, consente 8 letture del sensore per giro. Con l'offset del sensore, entrambi i sensori non attraverseranno un magnete contemporaneamente, il che ci consente la stessa precisione dell'utilizzo di un singolo interruttore reed e 8 magneti. In entrambi i casi, ogni 45 gradi di rotazione del braccio il Pi otterrà un singolo impulso.

Ciascuno dei magneti è incorporato nel supporto di base per il braccio di lancio. Ho usato una punta Forstner da 7/8 di pollice e ho forato circa 6 mm per abbinare l'altezza dei magneti che avevo a portata di mano. Ho quindi aggiunto un po' di colla a caldo nel foro e ho premuto i magneti in posizione. Ciascuno dei magneti dovrebbe essere a filo con la superficie della base.

Per gli interruttori reed, ho prima collegato gli interruttori ai cavi che in seguito avrei collegato ai pin GPIO del Pi. Ho quindi praticato una fessura per l'interruttore reed sul lato inferiore del braccio di lancio. Questo slot dovrebbe essere dimensionato per racchiudere completamente il tuo interruttore reed. Ho quindi praticato un foro attraverso il braccio all'estremità della fessura. Questo foro è il modo in cui il filo e l'interruttore a lamella vengono fatti passare attraverso il braccio, quindi dovrebbe essere abbastanza grande da gestire entrambi. Quindi infilo la connessione del cavo all'interruttore a lamella e incollo l'interruttore a lamella nello slot creato per esso. Dato che ho usato il legno per il mio braccio di lancio, ho riempito gli spazi nella fessura dell'interruttore reed con stucco per legno. Questo era un modo per assicurarsi che l'interruttore reed fosse fissato e non potesse sfregare sulla base.

Passaggio 6: test

Il test è un processo divertente. È dove vai in un posto dove non farai del male alle persone o danneggi la proprietà e vedi se le tue cose funzionano. Vorrei averlo fatto. Durante il nostro primo test, ho lanciato il rilascio del braccio troppo tardi e ho fatto volare una palla da baseball sul mio furgone, a circa 100 piedi di distanza. Dopo aver regolato i tempi di rilascio, abbiamo riprovato. Questa volta la palla da baseball ha colpito la gomma della mia macchina ed è rimbalzata verso di noi. Ho spostato la mia macchina.

Dopo diversi altri tentativi ci siamo spostati nel punto in cui la corda era attaccata al braccio in modo che il braccio si fermasse di 90 gradi in senso antiorario dall'alto. Questo ci ha permesso di sparare colpi praticamente in avanti e con un angolo di 45 gradi. Molto meglio. Una volta attivato il rilascio, abbiamo cambiato il peso e modificato l'imbracatura della palla un paio di volte per ottenere i nostri migliori risultati.

Passaggio 7: considerazioni finali

Vorrei ringraziare tutte le persone che hanno aiutato con la catapulta di quest'anno. Steven Bob e Gus Menoudakis, i miei compagni di squadra. Mia moglie, che ogni anno mi chiede perché devo costruire un progetto diverso per una catapulta. E Cantigny per aver avuto il concorso in primo luogo. È un vero spasso e dovrebbe davvero avere una folla più grande.

Grazie per il tuo tempo e fammi sapere se hai domande.