Pi Catapult: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Varje år den sista lördagen i oktober håller Cantigny Historical Museum en tävling för amatörkatapulter. Detta är en underbar tävling som gör att alla som kommer kan bygga och skjuta en katapult medan de tävlar i upp till 3 olika kategorier: distans, skottgruppering och noggrannhet. För mer information om tävlingen, besök deras webbplats på https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… För årets tävling beslutade mitt lag, Pi Throwers, att använda en Raspberry Pi för att hjälpa till med släpp delar av vårt kast.

I vår design har vi en uppsättning sensorer som övervakas av en Raspberry Pi Zero Wireless. Efter att ha aktiverat katapulten och dragit i släppet, kontrollerar Raspberry Pi när basebollen kommer att släppas. Med denna enkla process kunde vi komma på andra plats med ett avstånd på 186 fot.

Denna instruktion kommer att diskutera design, utveckling och implementering av Raspberry Pi -styrenheten och tillhörande elektronik. Även om jag inte täcker byggandet av årets katapult, leta efter en instruerbar efter början av det nya året om design och byggande av nästa års katapult.

Bara för skojs skull har jag inkluderat en video av vår 186 fot skott. Jag hoppas att du tycker om.

Jag vill också tacka mina lagkamrater i år: Steven Bob och Gus Menoudakis.

Steg 1: Övergripande design

Under förra årets tävling hade vi ganska stora problem med att få konsekventa utgåvor för vår katapult. Att vara en stor nörd, enligt min fru, bestämde jag mig för att använda mina färdigheter med elektronik och den extremt låga kostnaden för en Raspberry Pi Zero ($ 5) för att lägga till datorstyrning.

Här är den övergripande processen för att skjuta katapulten. Slå först på Pi. För det andra, anslut till Pi: s trådlösa hotspot med min iPhone och starta min Catapult -app. Avsluta sedan katapulten och ställ in släppet. Ladda katapulten och ställ in avtryckaren. Beväpna katapulten med appen. När du är redo att avfyra katapulten drar du i frigöraren. Nu släpper Pi, med hjälp av de inbyggda sensorerna, avtryckaren vid precis rätt tidpunkt och bollen släpps.

Steg 2: Raspberry Pi Zero Setup

Det finns tre huvudsteg som behövs för att konfigurera Raspberry Pi för användning i katapulten. Den första är att lägga till anslutningar till strömkuddarna på baksidan av Pi. Den andra är att konfigurera Pi som en hot spot. Det sista steget är att utveckla ett program i Python som kommer att interagera med kontrollappen, läsa sensorerna och avfyra katapulten vid behov.

Strömanslutningar

1. Slå på ditt lödkolv.
2. Ta en uppsättning 16-18 gauge-kabel för strömanslutningen. Jag använder alltid röd tråd för den positiva anslutningen. Jag använder också tråd som har en kontakt i ena änden så att jag kan ta bort tall från katapulten.
3. Ta av en liten mängd tråd och tänd ändarna.
4. Förlöd elektroderna där du kommer att ansluta ström. Jag vet inte kuddnummer men jag har angett vilka kuddar som ska användas på bilden.
5. Löd kablarna till Pi. Jag tycker att detta steg är enkelt om du sätter fast Pi och håller en tråd över plattan som ska lödas. Jag applicerar sedan lödkolven på tråden medan jag trycker ner på dynan. När du känner att lödet på tråden smälter, släpp ut trycket.
6. Upprepa med den andra tråden.
7. Kolla efter eventuella shorts. Det finns en kort om trådarna eller lödet från båda dynorna vidrör varandra. Om detta händer, värm upp lödet, ta bort trådarna och försök igen.

Hot Spot

Även om jag kunde gå igenom alla steg för att ställa in en hot spot finns det andra som har gjort ett bättre jobb. Jag har listat ett par webbplatser med steg för steg instruktioner.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Python -program

Ett Python -program används för att styra konfigurationen och avfyrningen av katapulten. Programmet, som finns nedan, körs på Pi och låter dig konfigurera och styra katapulten. Detta program läggs till i den lokala användarkatalogen och körs varje gång Pi startas genom att lägga till en post i /etc/rc.local. Detta program skapar en nätverksserver som jag ansluter till med en app som utvecklats för min iPhone. Du kan också använda telnet och ansluta till port 9999 på Pi. Du kan sedan använda textkommandon till samma effekt som min app.

Noderöd program

Som ett tillägg till Python-programmet har jag skapat ett Node-Red-program med liknande funktionalitet men det använder ett webbgränssnitt. Eftersom Rasbian, det rekommenderade operativsystemet för Raspberry Pi, inkluderar Node-Red som en del av installationen, tänkte jag att detta kan vara ett bra tillägg. Kopiera innehållet i catapult.json-filen till ditt urklipp, öppna Node-Red på Pi som du tänker använda för din katapult, välj Importera-> Urklipp från menyn till höger och klistra in koden där. Allt du behöver göra är att distribuera koden och ansluta till din Pi: s IP -adress för användargränssnittet. I mitt fall är det https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, din IP -adress kommer mycket.

Steg 3: Anslutning av delarna

Även om det ser ut som en röra, är själva kabeldragningen av systemet ganska rakt fram. Den dåligt utförda PowerPoint -schemat visar alla anslutningar. De delar som behövs anges nedan.

Reservdelar

1. Raspberry Pi Zero Wireless - $ 5
2. 16 GB micro SD -kort - 8-10 dollar
3. Uxcell DC12V 25N Force 2 -Wires Pull Push Solenoid, Elektromagnet, 10 mm ställdon - $ 18
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC till DC Buck Converter 3.0-40V till 1.5-35V Strömförsörjning Step Down Module-$ 2
5. Floureon 2 -pack 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo -batteri med XT60 -kontakt för RC -bil, Skylark m4 -fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone och FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 tum) - $ 27
6. Toggle switch - $ 2-10 per switch, jag hade en gammal som jag använde
7. Finware 6 par XT60 XT -60 hane -kula -kontaktdon Strömkontakter med värmekrympning för RC Lipo -batteri - $ 7,50
8. Cylewet 15 st Reed Switch med förgylld ledning normalt öppen (N/O) magnetisk induktionsbrytare elektromagnetisk för Arduino (förpackning med 15) CYT1065 - $ 10
9. Tolako 5v relämodul för Arduino ARM PIC AVR MCU 5V indikatorlampa LED 1 kanal relämodul fungerar med officiella Arduino -kort - $ 6. Du kan få ett relä som fungerar på 3.3v och kringgå NPN -transistorn, jag skulle ha gjort om jag hade beställt rätt till att börja med.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 plastinkapslade effekttransistorer 75V 600mA-$ 2
11. Tråd och diverse delar - detta inkluderar några 20 mm magneter.

Anslutningar

Som du kan se från mitt hemska elektronikdiagram är anslutningarna för elektroniken ganska enkla. Du kanske undrar varför det kastas in en NPN -transistor där, det har att göra med reläet som arbetar med 5 volt och Pi körs på 3.3v. Ja, det finns 5V -stift på Pi, men de är inte för anslutning till GPIO -stiften. Fråga mig hur jag vet …

Hur du ansluter komponenterna är ditt val. Jag använde gamla RC servokontakter eftersom de har rätt avstånd att använda för GPIO -stiften på Raspberry Pi och jag har en stor samling av dem. Du kan rikta lödet till hålen/stiften på Pi om du vill. Du behöver bara se till att anslutningarna är säkra och osannolika att separera under den våldsamma processen som är en katapultstart.

Steg 4: Tryckta delar

Det finns tre artiklar som jag var tvungen att skriva ut för det här projektet och de listas nedan.

1. Elektronikfodral
2. Magnetventil
3. Basebollhållararm

Jag har inkluderat STL -filerna för varje del som jag var tvungen att skriva ut. När du skriver ut armen rekommenderar jag att du använder en fyllningshastighet på 25-50%. Detta för att se till att armen inte går sönder på grund av de påfrestningar som den utsätts för under avfyrningen.

Steg 5: Magneter och Reed Switches

En av de viktigare designaspekterna är att avgöra hur man ska veta var armen är under avfyrningen av katapulten. Det finns ett par olika alternativ, Hall Effect -sensorer, vassomkopplare och accelerometrar är bara några. Ursprungligen hade jag planerat att använda Hall Effect -sensorerna men fann att de inte fungerade konsekvent så jag bytte till reed -switchar. Om du väljer att använda reed -switchar, ett ord av försiktighet, bör reed -switchar vara orienterade så att de är vinkelräta mot centrifugalkraften. Annars är det möjligt att vassomkopplarna kommer att tvingas öppna/stängas av armens snurrande rörelse.

Som du kan se på diagrammet använde jag fyra magneter och två vassomkopplare. Var och en av magneterna är inställda 90 grader från varandra. Detta, i kombination med 135 graders avstängning för reedbrytarna, tillåter 8 sensoravläsningar per varv. Med sensorförskjutningen kommer båda sensorerna inte att korsa en magnet samtidigt som tillåter oss samma precision som att använda en enda vassomkopplare och 8 magneter. I båda fallen får varje 45 grader som armen vrider Pi en enda puls.

Var och en av magneterna är inbäddade i basstödet för kastarmen. Jag använde en 7/8 -tums forstnerbit och borrade i ca 6 mm för att matcha magneterhöjden som jag hade till hands. Jag tillsatte sedan lite varmt lim i hålet och tryckte på magneterna. Var och en av magneterna ska ligga i linje med basens yta.

För vassströmställarna kopplade jag först omkopplarna till ledningar som jag senare skulle ansluta till Pi: s GPIO -stift. Jag borrade sedan en slits för vassströmbrytaren på kastarmens undersida. Den här kortplatsen bör vara så stor att den helt kan omsluta din reed -switch. Jag borrade sedan ett hål genom armen i slutet av spåret. Det här hålet är hur tråden och vassomkopplaren gängas genom armen så det ska vara tillräckligt stort för att hantera båda. Jag trådar sedan trådanslutningen till reed -omkopplaren och limer in reed -omkopplaren i spåret som skapades för den. Eftersom jag använde trä för min kastarm fyllde jag utrymmena i vassbrytaren med träfyllmedel. Detta var ett sätt att se till att vassomkopplaren är säkrad och inte kan gnugga på basen.

Steg 6: Testning

Att testa är en rolig process. Det är dit du går någonstans där du inte kommer att skada människor eller skada egendom och se om dina saker fungerar. Jag önskar att jag hade gjort det. På vårt första test kastar armsläppet för sent och jag hade ett basebollsegel över min skåpbil, cirka 100 meter bort. Efter att ha justerat släpptiden, försökte vi igen. Den här gången träffade basebollen mitt bildäck och studsade tillbaka till oss. Jag flyttade min bil.

Efter flera försök rörde vi oss där repet var fäst vid armen så att armen stannade 90 grader CCW från rakt upp. Detta gjorde att vi kunde skjuta skott ganska rakt fram och i en 45 graders vinkel. Mycket bättre. När vi hade släppt släppet ändrade vi vikten och modifierade bollselen ett par gånger för att få våra bästa resultat.

Steg 7: Slutliga tankar

Jag vill tacka alla människor som hjälpte till med årets katapult. Steven Bob och Gus Menoudakis, mina lagkamrater. Min fru, som varje år frågar varför jag måste bygga en annan design för en katapult. Och Cantigny för att ha tävlingen i första hand. Det är en blast och borde verkligen ha en större publik.

Tack för din tid och meddela mig om du har några frågor.