Pi Catapult: 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Hvert år den siste lørdagen i oktober arrangerer Cantigny Historical Museum en amatørkatapultkonkurranse. Dette er en fantastisk konkurranse som gjør at alle som kommer kan bygge og skyte en katapult mens de konkurrerer i opptil 3 forskjellige kategorier: distanse, skuddgruppering og nøyaktighet. For mer informasjon om konkurransen, vennligst besøk deres nettsted på https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… For årets konkurranse bestemte teamet mitt, Pi Throwers, seg for å bruke en Raspberry Pi for å hjelpe med slipp delen av kastet vårt.

I vårt design har vi et sett med sensorer som overvåkes av en Raspberry Pi Zero Wireless. Etter å ha bevæpnet katapulten og trukket utløseren, kontrollerer Raspberry Pi når baseball skal slippes. Ved å bruke denne enkle prosessen klarte vi å komme på andreplass med en avstand på 186 fot.

Denne instruksen vil diskutere design, utvikling og implementering av Raspberry Pi -kontrolleren og tilhørende elektronikk. Selv om jeg ikke dekker byggingen av årets katapult, ser du etter en instruerbar etter begynnelsen av det nye året om design og bygging av neste års katapult.

Bare for moro skyld har jeg tatt med en video av vårt 186 fot skudd. Jeg håper du nyter.

Jeg vil også takke lagkameratene mine i år: Steven Bob og Gus Menoudakis.

Trinn 1: Overordnet design

I løpet av fjorårets konkurranse hadde vi en god del problemer med å få konsekvente utgivelser for vår katapult. Å være en stor nerd, ifølge min kone, bestemte jeg meg for å bruke mine ferdigheter med elektronikk og den ekstremt lave kostnaden for en Raspberry Pi Zero ($ 5) for å legge til datakontroll.

Her er den generelle prosessen med å skyte katapulten. Slå først på Pi. For det andre, koble til Pi's trådløse hot spot med min iPhone og start Catapult -appen min. Deretter slår du av katapulten og setter utløseren. Last inn katapulten og sett avtrekkeren. Arm katapulten med appen. Når du er klar til å skyte katapulten, trekker du i utløseren. Nå slipper Pi, ved hjelp av de innebygde sensorene, utløseren på akkurat riktig tidspunkt og ballen slippes.

Trinn 2: Raspberry Pi Zero Setup

Det er tre hovedtrinn som trengs for å sette opp Raspberry Pi for bruk i katapulten. Den første er å legge til tilkoblinger til strømputer på baksiden av Pi. Det andre er å sette opp Pi som et hot spot. Det siste trinnet er å utvikle et program i Python som vil samhandle med kontrollappen, lese sensorene og skyte katapulten ved behov.

Strømtilkoblinger

1. Slå på loddejernet ditt.
2. Ta et sett med 16-18 gauge ledning for strømtilkoblingen. Jeg bruker alltid rød ledning for den positive forbindelsen. Jeg bruker også ledning som har en kontakt i den ene enden, slik at jeg kan fjerne furu fra katapulten.
3. Strip en liten mengde wire og tinn endene.
4. For-lodd putene der du vil koble til strøm. Jeg vet ikke putenumrene, men jeg har angitt hvilke pads som skal brukes på bildet.
5. Lodd ledningene til Pi. Jeg synes dette trinnet er enkelt hvis du fester Pi og holder en ledning over puten som skal loddes. Jeg påfører deretter loddejernet på ledningen mens jeg trykker ned på puten. Når du kjenner loddetinnet på ledningen smelter, slipper du trykket.
6. Gjenta med den andre ledningen.
7. Se etter eventuelle shorts. En kort eksisterer hvis ledningene eller loddetinnet fra begge putene berører hverandre. Hvis dette skjer, må du varme opp loddetinnet, fjerne ledningene og prøve igjen.

Hot Spot

Selv om jeg kunne gå gjennom alle trinnene for å sette opp et hot spot, er det andre som har gjort en bedre jobb. Jeg har listet opp et par nettsteder med trinnvise instruksjoner.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Python -program

Et Python -program brukes til å kontrollere konfigurasjonen og avfyringen av katapulten. Programmet, som ligger nedenfor, kjøres på Pi og lar deg konfigurere og kontrollere katapulten. Dette programmet legges til i den lokale brukerkatalogen og kjøres hver gang Pi blir slått på ved å legge til en oppføring i /etc/rc.local. Dette programmet setter opp en nettverksserver som jeg kobler til ved hjelp av en app utviklet for min iPhone. Du kan også bruke telnet og koble til port 9999 på Pi. Du kan deretter bruke tekstkommandoer til samme effekt som appen min.

Node-rødt program

Som et tillegg til Python-programmet har jeg laget et Node-Red-program med lignende funksjonalitet, men det bruker et webgrensesnitt. Siden Rasbian, det anbefalte operativsystemet for Raspberry Pi, inkluderer Node-Red som en del av installasjonen, tenkte jeg at dette kan være et godt tillegg. Kopier innholdet i catapult.json-filen til utklippstavlen, åpne Node-Red på Pi som du har tenkt å bruke for katapulten, velg Import-> Utklippstavle fra menyen til høyre og lim inn koden der. Alt du trenger å gjøre er å distribuere koden og koble til IP -adressen til din Pi for brukergrensesnittet. I mitt tilfelle er det https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, IP -adressen din vil veldig.

Trinn 3: Kabling av delene

Selv om det ser ut som et rot, er selve ledningen til systemet ganske rett frem. Den dårlig utførte PowerPoint -skjematikken viser alle tilkoblingene. Delene som trengs er listet opp nedenfor.

Deleliste

1. Raspberry Pi Zero Wireless - $ 5
2. 16 GB micro SD -kort - $ 8-10
3. Uxcell DC12V 25N Force 2 -leders pull push -magnet, elektromagnet, 10 mm aktuator - $ 18
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC til DC Buck Converter 3.0-40V til 1.5-35V Strømforsyning Step Down Module-$ 2
5. Floureon 2 Packs 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo -batteri med XT60 -plugg for RC -bil, Skylark m4 -fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone og FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 tommer) - $ 27
6. Vippebryter - $ 2-10 per bryter, jeg hadde en gammel som jeg brukte
7. Finware 6 par XT60 XT -60 mannlige kulekontakter for hunnkontakter Strømplugger med varmekrymping for RC Lipo -batteri - $ 7,50
8. Cylewet 15 stk sivbryter med forgylt ledning normalt åpen (N/O) magnetisk induksjonsbryter elektromagnetisk for Arduino (pakke med 15) CYT1065 - $ 10
9. Tolako 5v relemodul for Arduino ARM PIC AVR MCU 5V indikatorlys LED 1 kanal relémodul Fungerer med offisielle Arduino -kort - $ 6. Du kan få et relé som fungerer på 3.3v og omgå NPN -transistoren, jeg ville ha hvis jeg hadde bestilt den riktige til å begynne med.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 plastinnkapslende effekttransistorer 75V 600mA-$ 2
11. Lednings- og diverse deler - dette inkluderer noen 20 mm magneter.

Tilkoblinger

Som du kan se fra mitt fryktelige elektronikkdiagram, er tilkoblingen til elektronikken ganske enkel. Du lurer kanskje på hvorfor det er kastet en NPN -transistor der inne, det har å gjøre med reléet som opererer på 5 volt og Pi kjører på 3,3v. Ja, det er 5V -pinner på Pi, men de er ikke for tilkobling til GPIO -pinnene. Spør meg hvordan jeg vet …

Hvordan du kobler komponentene sammen er ditt valg. Jeg brukte gamle RC servokontakter ettersom de har riktig mellomrom for GPIO -pinnene på Raspberry Pi, og jeg har en stor samling av dem. Du kan rette loddetinn til hullene/pinnene på Pi hvis du vil. Du trenger bare å forsikre deg om at tilkoblingene er sikre og usannsynlig å skille under den voldelige prosessen som er en katapultlansering.

Trinn 4: Trykte deler

Det var tre elementer jeg måtte skrive ut for dette prosjektet, og de er listet opp nedenfor.

1. Elektronikkveske
2. Magnetventil
3. Baseball oppbevaringsarm

Jeg har inkludert STL -filene for hver av delene jeg måtte skrive ut. Når du skriver ut armen, anbefaler jeg at du bruker en fyllhastighet på 25-50%. Dette for å sikre at armen ikke går i stykker på grunn av påkjenningene den utsettes for under avfyringen.

Trinn 5: Magneter og sivbrytere

Et av de mer viktige designaspektene er å bestemme hvordan man skal fortelle hvor armen er under avfyringen av katapulten. Det er et par forskjellige alternativer, Hall Effect -sensorer, sivbrytere og akselerometre er bare noen få. Opprinnelig hadde jeg planlagt å bruke Hall Effect -sensorene, men fant ut at de ikke fungerte konsekvent, så jeg byttet til sivbrytere. Hvis du velger å bruke sivbrytere, et ord med forsiktighet, bør sivbrytere være orientert slik at de er vinkelrett på sentrifugalkraften. Ellers er det mulig at sivbryterne blir tvunget åpnet/lukket av armens roterende bevegelse.

Som du kan se fra diagrammet, brukte jeg fire magneter og to sivbrytere. Hver av magnetene er satt 90 grader fra hverandre. Dette, i kombinasjon med 135 graders off -sett for sivbryterne, tillater 8 sensoravlesninger per omdreining. Med sensorforskyvningen vil ikke begge sensorene krysse en magnet samtidig som gir oss samme presisjon som å bruke en enkelt sivbryter og 8 magneter. I begge tilfeller vil hver 45 grader som armen svinger Pi få en enkelt puls.

Hver av magnetene er innebygd i basestøtten for kastearmen. Jeg brukte en 7/8 tommer forstnerbit og boret i ca 6 mm for å matche magneterhøyden som jeg hadde for hånden. Jeg la deretter på litt varmt lim i hullet og presset magnetene på plass. Hver av magnetene skal være i flukt med overflaten av basen.

For sivbryterne koblet jeg først bryterne til ledninger som jeg senere ville koble til Pi's GPIO -pinner. Jeg boret deretter et spor for sivbryteren på undersiden av kastearmen. Denne sporet skal være så stor at den kan omslutte din reed -bryter. Jeg boret deretter et hull gjennom armen på enden av sporet. Dette hullet er hvordan ledningen og sivbryteren tres gjennom armen, så den skal være stor nok til å håndtere begge deler. Jeg trer deretter ledningstilkoblingen til sivbryteren og lim sivbryteren inn i sporet som ble opprettet for den. Siden jeg brukte tre til kastearmen min, fylte jeg mellomrommene i sivbrytersporet med trefyll. Dette var en måte å sikre at sivbryteren er sikret og ikke kan gni på basen.

Trinn 6: Testing

Testing er en morsom prosess. Det er der du går et sted hvor du ikke vil skade mennesker eller skade eiendom og se om tingene dine fungerer. Jeg skulle ønske jeg hadde gjort det. På vår første test kast armslippet for sent, og jeg hadde et baseballseil over varebilen min, omtrent 100 meter unna. Etter å ha justert utgivelsestimingen, prøvde vi igjen. Denne gangen traff baseballet bildekket mitt og hoppet tilbake til oss. Jeg flyttet bilen min.

Etter flere forsøk beveget vi oss der tauet var festet til armen slik at armen stoppet 90 grader CCW fra rett opp. Dette tillot oss å skyte skudd ganske mye rett frem og i en 45 graders vinkel. Mye bedre. Når vi hadde slått inn utgivelsen, endret vi vekten og modifiserte kuleselen et par ganger for å få våre beste resultater.

Trinn 7: Avsluttende tanker

Jeg vil takke alle som hjalp til med årets katapult. Steven Bob og Gus Menoudakis, lagkameratene mine. Min kone, som hvert år spør hvorfor jeg må bygge et annet design for en katapult. Og Cantigny for å ha konkurransen i utgangspunktet. Det er kjempegøy og burde virkelig ha et større publikum.

Takk for din tid, og gi meg beskjed hvis du har spørsmål.