Pi Catapult: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Setiap tahun pada hari Sabtu terakhir di bulan Oktober, Museum Sejarah Cantigny mengadakan kontes ketapel amatir. Ini adalah kontes luar biasa yang memungkinkan semua pendatang untuk membuat dan menembakkan ketapel sambil bersaing dalam hingga 3 kategori berbeda: jarak, pengelompokan tembakan, dan akurasi. Untuk informasi lebih lanjut tentang kontes, silakan kunjungi situs web mereka di https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Untuk kontes tahun ini, tim saya, Pelempar Pi, memutuskan untuk menggunakan Raspberry Pi untuk membantu melepaskan sebagian dari lemparan kita.

Dalam desain kami, kami memiliki satu set sensor yang dipantau oleh Raspberry Pi Zero Wireless. Setelah mempersenjatai ketapel dan menarik pelepasannya, Raspberry Pi mengontrol kapan bola baseball akan dilepaskan. Dengan proses sederhana ini, kami mampu menempati posisi kedua dengan jarak 186 kaki.

Instruksi ini akan membahas desain, pengembangan, dan implementasi pengontrol Raspberry Pi dan elektronik terkait. Meskipun saya tidak membahas bangunan ketapel tahun ini, carilah petunjuk setelah awal tahun baru tentang desain dan pembangunan ketapel tahun depan.

Hanya untuk bersenang-senang, saya telah menyertakan video tembakan 186 kaki kami. Saya harap kamu menikmatinya.

Saya juga ingin berterima kasih kepada rekan satu tim saya tahun ini: Steven Bob dan Gus Menoudakis.

Langkah 1: Desain Keseluruhan

Selama kontes tahun lalu, kami memiliki cukup banyak masalah untuk mendapatkan rilis yang konsisten untuk ketapel kami. Menjadi geek besar, menurut istri saya, saya memutuskan untuk menggunakan keahlian saya dengan elektronik dan biaya Raspberry Pi Zero ($5) yang sangat rendah untuk menambahkan kontrol komputer.

Berikut adalah keseluruhan proses penembakan ketapel. Pertama, nyalakan Pi. Kedua, sambungkan ke hot spot nirkabel Pi dengan iPhone saya dan mulai Aplikasi Catapult saya. Selanjutnya, putar ketapel dan atur pelepasannya. Muat ketapel dan atur pelatuknya. Persenjatai ketapel dengan aplikasi. Saat Anda siap menembakkan ketapel, tarik pelepasnya. Sekarang Pi, menggunakan sensor tertanam, melepaskan pelatuk pada waktu yang tepat dan bola dilepaskan.

Langkah 2: Pengaturan Nol Raspberry Pi

Ada tiga langkah utama yang diperlukan untuk menyiapkan Raspberry Pi untuk digunakan dalam ketapel. Yang pertama adalah menambahkan koneksi ke bantalan daya yang terletak di bagian belakang Pi. Yang kedua adalah mengatur Pi sebagai hot spot. Langkah terakhir adalah mengembangkan program dengan Python yang akan berinteraksi dengan aplikasi kontrol, membaca sensor, dan menembakkan ketapel saat dibutuhkan.

Koneksi Daya

1. Jalankan besi solder Anda.
2. Ambil satu set kawat pengukur 16-18 untuk koneksi daya. Saya selalu menggunakan kabel merah untuk koneksi positif. Saya juga menggunakan kawat yang memiliki konektor di salah satu ujungnya sehingga saya bisa melepas pinus dari ketapel.
3. Kupas sedikit kawat dan rekatkan ujungnya.
4. Pra-solder bantalan tempat Anda akan menghubungkan daya. Saya tidak tahu nomor pad tetapi saya telah menunjukkan pad mana yang akan digunakan dalam gambar.
5. Solder kabel ke Pi. Saya menemukan langkah ini mudah jika Anda mengamankan Pi dan memegang satu kawat di atas pad yang akan disolder. Saya kemudian menerapkan besi solder ke kawat sambil menekan pad. Setelah Anda merasakan solder pada kawat meleleh, lepaskan tekanan.
6. Ulangi dengan kabel kedua.
7. Periksa apakah ada celana pendek. Hubungan pendek terjadi jika kabel atau solder dari kedua bantalan saling bersentuhan. Jika ini terjadi, panaskan solder, lepaskan kabel dan coba lagi.

Tempat Panas

Sementara saya bisa melalui semua langkah untuk menyiapkan hot spot, ada orang lain yang telah melakukan pekerjaan yang lebih baik. Saya telah mendaftarkan beberapa situs dengan petunjuk langkah demi langkah.

RaspberryPi.org

Frilip.com

Program Python

Program Python digunakan untuk mengontrol konfigurasi dan penembakan ketapel. Program, yang terletak di bawah, dijalankan pada Pi dan memungkinkan Anda untuk mengonfigurasi dan mengontrol ketapel. Program ini ditambahkan ke direktori pengguna lokal dan dijalankan setiap kali Pi dinyalakan dengan menambahkan entri di /etc/rc.local. Program ini menyiapkan server jaringan yang saya sambungkan menggunakan aplikasi yang dikembangkan untuk iPhone saya. Anda juga dapat menggunakan telnet dan terhubung ke port 9999 di Pi. Anda kemudian dapat menggunakan perintah teks untuk pengaruh yang sama seperti aplikasi saya.

Program Node-Merah

Sebagai tambahan untuk program Python, saya telah membuat program Node-Red dengan fungsi serupa tetapi menggunakan antarmuka web. Karena Rasbian, OS yang direkomendasikan untuk Raspberry Pi, menyertakan Node-Red sebagai bagian dari instalasi, saya pikir ini mungkin tambahan yang bagus. Salin konten file catapult.json ke clipboard Anda, buka Node-Red pada Pi yang ingin Anda gunakan untuk catapult Anda, pilih Import->Clipboard dari menu di sebelah kanan, dan rekatkan kode di sana. Sekarang yang perlu Anda lakukan adalah menyebarkan kode dan menghubungkan ke alamat IP Pi Anda untuk antarmuka pengguna. Dalam kasus saya ini adalah https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, alamat IP Anda akan sangat.

Langkah 3: Menghubungkan Bagian-bagiannya

Meskipun terlihat berantakan, pengkabelan sebenarnya dari sistem ini cukup lurus ke depan. Skema PowerPoint yang dilakukan dengan buruk menunjukkan semua koneksi. Bagian-bagian yang diperlukan tercantum di bawah ini.

Daftar bagian

1. Raspberry Pi Nol Nirkabel - $5
2. Kartu micro SD 16 GB - $8-10
3. Uxcell DC12V 25N Force 2-Wires Pull Push Solenoid, Elektromagnet, Aktuator 10 mm - $18
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC ke DC Buck Converter 3.0-40V ke 1.5-35V Power Supply Step Down Module - $2
5. Floureon 2 Packs 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo Battery dengan XT60 Plug untuk RC Car, Skylark m4-fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone, dan FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 Inci) - $27
6. Sakelar sakelar - $2-10 per sakelar, saya memiliki sakelar lama yang saya gunakan
7. Finware 6 Pasang XT60 XT-60 Pria Wanita Peluru Konektor Colokan Listrik dengan Heat Shrink untuk RC Baterai Lipo-$7.50
8. Cylewet 15Pcs Reed Switch dengan Timah Berlapis Emas Biasanya Terbuka (N/O) Saklar Induksi Magnetik Elektromagnetik untuk Arduino (Paket 15) CYT1065 - $10
9. Modul Relay Tolako 5v untuk Arduino ARM PIC AVR MCU 5V Lampu Indikator LED Modul Relay 1 Saluran Bekerja dengan Papan Arduino Resmi - $6. Anda bisa mendapatkan relai yang beroperasi pada 3.3v dan memotong transistor NPN, saya akan melakukannya jika saya memesan yang benar untuk memulai.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 Transistor Daya Enkapsulasi Plastik 75V 600mA - $2
11. Kawat dan bagian lain - ini termasuk beberapa magnet 20mm.

Koneksi

Seperti yang Anda lihat dari diagram elektronik saya yang mengerikan, sambungan untuk elektronik agak sederhana. Anda mungkin bertanya-tanya mengapa ada transistor NPN yang dilemparkan ke sana, itu ada hubungannya dengan relay yang beroperasi pada 5 volt dan Pi berjalan pada 3.3v. Ya, ada pin 5V di Pi, tetapi bukan untuk menghubungkan ke pin GPIO. Tanyakan padaku bagaimana aku tahu…

Bagaimana Anda menghubungkan komponen bersama adalah pilihan Anda. Saya menggunakan konektor servo RC lama karena memiliki jarak yang benar untuk digunakan untuk pin GPIO pada Raspberry Pi dan saya memiliki banyak koleksi. Anda bisa mengarahkan solder ke lubang/pin pada Pi jika Anda mau. Anda hanya perlu memastikan bahwa koneksi aman dan tidak mungkin terpisah selama proses kekerasan yang merupakan peluncuran ketapel.

Langkah 4: Bagian yang Dicetak

Ada tiga item yang harus saya cetak untuk proyek ini dan mereka tercantum di bawah ini.

1. Kasus elektronik
2. Kasus solenoida
3. Lengan retensi bisbol

Saya telah menyertakan file STL untuk setiap bagian yang harus saya cetak. Saat mencetak lengan, saya sarankan Anda menggunakan rasio pengisian 25-50%. Ini untuk memastikan bahwa lengan tidak patah karena tekanan yang dialaminya selama penembakan.

Langkah 5: Magnet dan Reed Switch

Salah satu aspek desain yang lebih penting adalah menentukan bagaimana mengetahui di mana lengan berada selama penembakan ketapel. Ada beberapa opsi berbeda, sensor Hall Effect, sakelar buluh, dan akselerometer hanyalah beberapa. Awalnya saya telah merencanakan untuk menggunakan sensor Hall Effect tetapi menemukan bahwa mereka tidak bekerja secara konsisten jadi saya beralih ke reed switch. Jika Anda memilih untuk menggunakan sakelar buluh, satu kata peringatan, sakelar buluh harus diorientasikan sehingga tegak lurus terhadap gaya sentrifugal. Jika tidak, ada kemungkinan bahwa sakelar buluh akan dipaksa membuka/menutup oleh gerakan putaran lengan.

Seperti yang Anda lihat dari diagram, saya menggunakan empat magnet dan dua sakelar buluh. Masing-masing magnet diatur 90 derajat. Ini, dalam kombinasi dengan set off 135 derajat untuk sakelar buluh, memungkinkan 8 pembacaan sensor per putaran. Dengan sensor offset, kedua sensor tidak akan melewati magnet pada saat yang sama yang memungkinkan presisi yang sama seperti menggunakan saklar buluh tunggal dan 8 magnet. Dalam kedua kasus tersebut, setiap 45 derajat saat lengan memutar Pi akan mendapatkan satu pulsa.

Masing-masing magnet tertanam di penyangga dasar untuk lengan lempar. Saya menggunakan bit forstner 7/8 inci dan mengebor sekitar 6 mm agar sesuai dengan ketinggian magnet yang saya miliki. Saya kemudian menambahkan sedikit lem panas ke dalam lubang dan menekan magnet di tempatnya. Setiap magnet harus rata dengan permukaan alas.

Untuk sakelar buluh, pertama-tama saya menghubungkan sakelar ke kabel yang nantinya akan saya sambungkan ke pin GPIO Pi. Saya kemudian mengebor slot untuk saklar buluh di bagian bawah lengan lempar. Slot ini harus berukuran untuk sepenuhnya menutup saklar buluh Anda. Saya kemudian mengebor lubang melalui lengan di ujung slot. Lubang ini adalah bagaimana kawat dan saklar buluh dijalin melalui lengan sehingga harus cukup besar untuk menangani keduanya. Saya kemudian memasang sambungan kabel ke sakelar buluh dan merekatkan sakelar buluh ke dalam slot yang dibuat untuk itu. Karena saya menggunakan kayu untuk lengan lempar saya, saya mengisi ruang di slot saklar buluh dengan pengisi kayu. Ini adalah cara untuk memastikan bahwa saklar buluh diamankan dan tidak dapat bergesekan dengan alasnya.

Langkah 6: Pengujian

Pengujian adalah proses yang menyenangkan. Ini adalah tempat Anda pergi ke suatu tempat di mana Anda tidak akan menyakiti orang atau merusak properti dan melihat apakah barang-barang Anda berfungsi. Saya berharap saya telah melakukan itu. Pada tes pertama kami, lempar pelepasan lengan terlambat dan saya memiliki layar bisbol di atas van saya, sekitar 100 kaki jauhnya. Setelah menyesuaikan waktu rilis, kami mencoba lagi. Kali ini bola bisbol mengenai ban mobil saya dan memantul kembali ke arah kami. Saya memindahkan mobil saya.

Setelah beberapa kali mencoba lagi, kami pindah ke tempat tali diikat ke lengan sehingga lengan berhenti 90 derajat CCW dari lurus ke atas. Ini memungkinkan kami untuk menembakkan tembakan cukup lurus ke depan dan pada sudut 45 derajat. Jauh lebih baik. Setelah kami mendapatkan rilis, kami mengubah berat dan memodifikasi sling bola beberapa kali untuk mendapatkan hasil terbaik kami.

Langkah 7: Pikiran Terakhir

Saya ingin mengucapkan terima kasih kepada semua orang yang membantu dengan ketapel tahun ini. Steven Bob dan Gus Menoudakis, rekan satu tim saya. Istri saya, yang setiap tahun bertanya mengapa saya harus membangun desain yang berbeda untuk ketapel. Dan Cantigny karena mengadakan kontes di tempat pertama. Ini adalah ledakan dan benar-benar harus memiliki kerumunan yang lebih besar.

Terima kasih atas waktu Anda dan beri tahu saya jika Anda memiliki pertanyaan.