Pi Catapult: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ในวันเสาร์สุดท้ายของเดือนตุลาคมของทุกปี พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ Cantigny จะจัดการแข่งขันหนังสติ๊กมือสมัครเล่น นี่คือการแข่งขันที่ยอดเยี่ยมที่เปิดโอกาสให้ผู้เล่นทุกคนสามารถสร้างและยิงหนังสติ๊กได้ในขณะที่แข่งขันในประเภทที่แตกต่างกันถึง 3 ประเภท ได้แก่ ระยะทาง การจัดกลุ่มการยิง และความแม่นยำ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการประกวด โปรดเยี่ยมชมเว็บไซต์ของพวกเขาที่ https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… สำหรับปีนี้การแข่งขันทีม Pi Throwers ของฉัน ตัดสินใจใช้ Raspberry Pi เพื่อช่วยใน ปล่อยส่วนหนึ่งของการโยนของเรา

ในการออกแบบของเรา เรามีชุดเซ็นเซอร์ที่ตรวจสอบโดย Raspberry Pi Zero Wireless หลังจากติดอาวุธหนังสติ๊กแล้วดึงที่ปล่อย Raspberry Pi จะควบคุมเวลาที่จะปล่อยเบสบอล ด้วยกระบวนการง่ายๆ นี้ เราสามารถขึ้นมาเป็นอันดับ 2 ด้วยระยะทาง 186 ฟุต

คำแนะนำนี้จะกล่าวถึงการออกแบบ การพัฒนา และการใช้งานคอนโทรลเลอร์ Raspberry Pi และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้อง แม้ว่าฉันจะไม่ครอบคลุมการสร้างของหนังสติ๊กในปีนี้ ให้มองหาคำแนะนำหลังจากเริ่มต้นปีใหม่เกี่ยวกับการออกแบบและการสร้างของหนังสติ๊กในปีหน้า

เพื่อความสนุก ฉันได้รวมวิดีโอของการยิง 186 ฟุตของเรา ฉันหวังว่าคุณจะสนุก.

ฉันอยากจะขอบคุณเพื่อนร่วมทีมในปีนี้: Steven Bob และ Gus Menoudakis

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบโดยรวม

ในระหว่างการแข่งขันปีที่แล้ว เรามีปัญหาพอสมควรในการได้รับการปล่อยตัวอย่างสม่ำเสมอสำหรับหนังสติ๊กของเรา ตามที่ภรรยาของฉันพูด ฉันตัดสินใจใช้ทักษะของฉันกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และ Raspberry Pi Zero ที่มีต้นทุนต่ำมาก ($ 5) เพื่อเพิ่มการควบคุมคอมพิวเตอร์

นี่คือกระบวนการโดยรวมของการยิงหนังสติ๊ก ขั้นแรกให้เปิด Pi ประการที่สอง เชื่อมต่อกับฮอตสปอตไร้สายของ Pi กับ iPhone ของฉัน แล้วเริ่มแอป Catapult ของฉัน ถัดไป ม้วนหนังสติ๊กแล้วปล่อย โหลดหนังสติ๊กและตั้งทริกเกอร์ ติดอาวุธหนังสติ๊กด้วยแอพ เมื่อคุณพร้อมที่จะยิงหนังสติ๊ก ให้ดึงที่ปล่อย ตอนนี้ Pi ใช้เซ็นเซอร์ฝังตัว ปล่อยไกปืนในเวลาที่เหมาะสมและปล่อยลูกบอล

ขั้นตอนที่ 2: Raspberry Pi Zero Setup

มีสามขั้นตอนหลักที่จำเป็นในการตั้งค่า Raspberry Pi สำหรับใช้ในหนังสติ๊ก อย่างแรกคือการเพิ่มการเชื่อมต่อกับแผ่นจ่ายไฟที่ด้านหลังของ Pi ประการที่สองคือการตั้งค่า Pi เป็นจุดร้อน ขั้นตอนสุดท้ายคือการพัฒนาโปรแกรมใน Python ที่จะโต้ตอบกับแอพควบคุม อ่านเซ็นเซอร์ และยิงหนังสติ๊กเมื่อจำเป็น

การเชื่อมต่อสายไฟ

1. จุดไฟหัวแร้งของคุณ
2. หยิบชุดสายเกจ 16-18 สำหรับต่อสายไฟ ฉันมักจะใช้สายสีแดงสำหรับการเชื่อมต่อที่เป็นบวก ฉันยังใช้ลวดที่มีขั้วต่อที่ปลายด้านหนึ่งเพื่อเอาไม้สนออกจากหนังสติ๊ก
3. ดึงลวดจำนวนเล็กน้อยแล้วกรีดปลาย
4. ประสานแผ่นอิเล็กโทรดที่คุณจะต่อสายไฟไว้ล่วงหน้า ฉันไม่ทราบหมายเลขแพด แต่ฉันได้ระบุว่าจะใช้แป้นใดในภาพ
5. บัดกรีสายไฟเข้ากับ Pi ฉันพบว่าขั้นตอนนี้ง่ายหากคุณยึด Pi และถือสายหนึ่งเส้นไว้บนแผ่นเพื่อบัดกรี จากนั้นฉันก็ใช้หัวแร้งกับลวดในขณะที่กดลงบนแผ่น เมื่อคุณรู้สึกว่าบัดกรีบนลวดละลายแล้ว ให้ปล่อยแรงดัน
6. ทำซ้ำกับเส้นที่สอง
7. ตรวจสอบกางเกงขาสั้น สั้นมีอยู่ถ้าสายไฟหรือประสานจากแผ่นทั้งสองสัมผัสกัน หากเป็นเช่นนี้ ให้อุ่นบัดกรี ถอดสายไฟแล้วลองอีกครั้ง

ฮอตสปอต

แม้ว่าฉันจะสามารถทำตามขั้นตอนทั้งหมดเพื่อตั้งค่าฮอตสปอตได้ แต่ก็มีวิธีอื่นๆ ที่ทำงานได้ดีกว่า ฉันได้ระบุเว็บไซต์สองสามแห่งพร้อมคำแนะนำทีละขั้นตอน

RaspberryPi.org

Frillip.com

โปรแกรมหลาม

โปรแกรม Python ใช้เพื่อควบคุมการกำหนดค่าและการยิงของหนังสติ๊ก โปรแกรมที่อยู่ด้านล่างทำงานบน Pi และช่วยให้คุณสามารถกำหนดค่าและควบคุมหนังสติ๊กได้ โปรแกรมนี้ถูกเพิ่มลงในไดเร็กทอรีผู้ใช้ในเครื่องและรันทุกครั้งที่เปิด Pi โดยการเพิ่มรายการใน /etc/rc.local โปรแกรมนี้ตั้งค่าเซิร์ฟเวอร์เครือข่ายที่ฉันเชื่อมต่อโดยใช้แอพที่พัฒนาขึ้นสำหรับ iPhone ของฉัน คุณยังสามารถใช้ telnet และเชื่อมต่อกับพอร์ต 9999 บน Pi จากนั้นคุณสามารถใช้คำสั่งข้อความเพื่อให้มีผลเหมือนกับแอปของฉัน

โปรแกรมโหนด-แดง

นอกเหนือจากโปรแกรม Python ฉันได้สร้างโปรแกรม Node-Red ที่มีฟังก์ชันคล้ายกัน แต่ใช้เว็บอินเตอร์เฟส เนื่องจาก Rasbian ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการที่แนะนำสำหรับ Raspberry Pi มี Node-Red เป็นส่วนหนึ่งของการติดตั้ง ฉันคิดว่านี่อาจเป็นส่วนเสริมที่ดี คัดลอกเนื้อหาของไฟล์ catapult.json ลงในคลิปบอร์ด เปิด Node-Red บน Pi ที่คุณต้องการใช้สำหรับหนังสติ๊ก เลือก นำเข้า->คลิปบอร์ด จากเมนูด้านขวา และวางโค้ดที่นั่น ตอนนี้สิ่งที่คุณต้องทำคือปรับใช้โค้ดและเชื่อมต่อกับที่อยู่ IP ของ Pi สำหรับอินเทอร์เฟซผู้ใช้ ในกรณีของฉันคือ https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0 ที่อยู่ IP ของคุณจะดีมาก

ขั้นตอนที่ 3: การเดินสายไฟชิ้นส่วน

แม้ว่าจะดูไม่เป็นระเบียบ แต่การเดินสายที่แท้จริงของระบบนั้นค่อนข้างตรงไปตรงมา แผนผัง PowerPoint ที่ทำได้ไม่ดีแสดงการเชื่อมต่อทั้งหมด ชิ้นส่วนที่จำเป็นมีการระบุไว้ด้านล่าง

ส่วนรายการ

1. Raspberry Pi Zero Wireless - $5
2. การ์ด micro SD ขนาด 16 GB - $8-10
3. Uxcell DC12V 25N แรง 2 สายดึงโซลินอยด์, แม่เหล็กไฟฟ้า, แอคชูเอเตอร์ 10 มม. - 18 เหรียญ
4. eBoot 6 Pack LM2596 ตัวแปลง DC เป็น DC Buck 3.0-40V ถึง 1.5-35V โมดูลสเต็ปดาวน์พาวเวอร์ซัพพลาย - $2
5. Floureon 2 Packs 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo Battery พร้อมปลั๊ก XT60 สำหรับรถ RC, Skylark m4-fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone และ FPV (2.91 x 1.46 x 1.08 นิ้ว) - 27 เหรียญ
6. สวิตช์สลับ - $2-10 ต่อสวิตช์ ฉันมีอันเก่าที่ฉันใช้อยู่
7. Finware 6 คู่ XT60 XT-60 ชายหญิง Bullet Connectors ปลั๊กไฟความร้อนสำหรับ RC Lipo แบตเตอรี่ - $7.50
8. Cylewet 15 ชิ้น Reed Switch พร้อม Gilded Lead ปกติเปิด (N/O) Magnetic Induction Switch แม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับ Arduino (Pack of 15) CYT1065 - $10
9. Tolako 5v โมดูลรีเลย์สำหรับ Arduino ARM PIC AVR MCU 5V ไฟแสดงสถานะ LED 1 ช่องโมดูลรีเลย์ทำงานร่วมกับบอร์ด Arduino อย่างเป็นทางการ - ซื้อสินค้าราคาถูกในร้านค้าออนไลน์ Joom คุณสามารถรับรีเลย์ที่ทำงานที่ 3.3v และบายพาสทรานซิสเตอร์ NPN ได้ ฉันจะมีถ้าฉันสั่งอันที่ถูกต้องให้เริ่มด้วย
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 ทรานซิสเตอร์พลังงานแบบห่อหุ้มพลาสติก 75V 600mA - $2
11. ลวดและชิ้นส่วนเบ็ดเตล็ด - รวมถึงแม่เหล็กขนาด 20 มม.

การเชื่อมต่อ

ดังที่คุณเห็นจากไดอะแกรมอิเล็กทรอนิกส์ที่น่ากลัวของฉัน การเชื่อมต่อสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นั้นค่อนข้างง่าย คุณอาจสงสัยว่าเหตุใดจึงมีทรานซิสเตอร์ NPN อยู่ในนั้น โดยเกี่ยวข้องกับรีเลย์ที่ทำงานที่ 5 โวลต์และ Pi ทำงานที่ 3.3 โวลต์ ใช่ มีพิน 5V บน Pi แต่ไม่ได้สำหรับเชื่อมต่อกับพิน GPIO ถามว่ารู้ได้ยังไง…

วิธีเชื่อมต่อส่วนประกอบเข้าด้วยกันคือทางเลือกของคุณ ฉันใช้คอนเน็กเตอร์เซอร์โว RC แบบเก่าเนื่องจากมีระยะห่างที่ถูกต้องสำหรับพิน GPIO บน Raspberry Pi และฉันมีคอลเล็กชันจำนวนมาก คุณสามารถประสานไปยังรู/หมุดบน Pi ได้หากต้องการ คุณเพียงแค่ต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อนั้นปลอดภัยและไม่น่าจะแยกจากกันในระหว่างกระบวนการที่รุนแรงซึ่งเป็นการยิงหนังสติ๊ก

ขั้นตอนที่ 4: ชิ้นส่วนที่พิมพ์

มีสามรายการที่ฉันต้องพิมพ์สำหรับโครงการนี้และมีการระบุไว้ด้านล่าง

1. เคสอิเล็กทรอนิกส์
2. เคสโซลินอยด์
3. แขนยึดเบสบอล

ฉันได้รวมไฟล์ STL สำหรับแต่ละส่วนที่ฉันต้องพิมพ์แล้ว เมื่อพิมพ์แขน ขอแนะนำให้ใช้อัตราการเติม 25-50% ทั้งนี้เพื่อให้แน่ใจว่าแขนจะไม่หักเนื่องจากแรงกดที่เกิดขึ้นระหว่างการยิง

ขั้นตอนที่ 5: แม่เหล็กและสวิตช์กก

ด้านการออกแบบที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการกำหนดวิธีบอกตำแหน่งแขนในระหว่างการยิงหนังสติ๊ก มีตัวเลือกที่แตกต่างกันสองสามตัว เซ็นเซอร์ Hall Effect สวิตช์กก และมาตรความเร่งเป็นเพียงส่วนน้อย เดิมทีฉันวางแผนที่จะใช้เซ็นเซอร์ Hall Effect แต่พบว่าเซ็นเซอร์ไม่ทำงานอย่างสม่ำเสมอ ฉันจึงเปลี่ยนไปใช้สวิตช์กก หากคุณเลือกใช้สวิตช์กก คำเตือนหนึ่งข้อ สวิตช์กกควรปรับทิศทางให้ตั้งฉากกับแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง มิฉะนั้น อาจเป็นไปได้ว่าสวิตช์กกจะถูกบังคับเปิด/ปิดโดยการหมุนของแขน

ดังที่คุณเห็นจากแผนภาพ ฉันใช้แม่เหล็กสี่ตัวและสวิตช์กกสองตัว แม่เหล็กแต่ละอันตั้งห่างกัน 90 องศา เมื่อใช้ร่วมกับชุดปิด 135 องศาสำหรับสวิตช์กก ช่วยให้อ่านค่าเซ็นเซอร์ได้ 8 ครั้งต่อการหมุนรอบ ด้วยการชดเชยเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์ทั้งสองจะไม่ข้ามแม่เหล็กในเวลาเดียวกัน ซึ่งช่วยให้เรามีความแม่นยำเช่นเดียวกับการใช้สวิตช์กกเดียวและแม่เหล็ก 8 ตัว ไม่ว่าในกรณีใด ทุกๆ 45 องศาที่แขนหมุน Pi จะได้รับชีพจรเดียว

แม่เหล็กแต่ละตัวจะฝังอยู่ในฐานรองรับสำหรับแขนขว้างปา ฉันใช้ดอกสว่าน forstner ขนาด 7/8 นิ้วและเจาะประมาณ 6 มม. เพื่อให้ตรงกับความสูงของแม่เหล็กที่ฉันมี จากนั้นฉันก็เพิ่มกาวร้อนเล็กน้อยลงในรูแล้วกดแม่เหล็กให้เข้าที่ แม่เหล็กแต่ละตัวควรชิดกับพื้นผิวของฐาน

สำหรับสวิตช์กก ฉันเชื่อมต่อสวิตช์กับสายไฟก่อน แล้วฉันจะเชื่อมต่อกับพิน GPIO ของ Pi ในภายหลัง จากนั้นฉันก็เจาะช่องสำหรับสวิตช์กกที่ด้านล่างของแขนขว้าง ช่องนี้ควรมีขนาดเพื่อใส่สวิตช์กกของคุณจนสุด จากนั้นฉันก็เจาะรูผ่านแขนที่ปลายสล็อต รูนี้เป็นวิธีการร้อยเกลียวลวดและสวิทซ์กกผ่านแขน ดังนั้นจึงควรมีขนาดใหญ่พอที่จะรองรับทั้งสองได้ จากนั้นฉันก็ต่อสายไฟเข้ากับสวิตช์กกและกาวสวิตช์กกเข้าไปในช่องที่สร้างขึ้นสำหรับมัน เนื่องจากฉันใช้ไม้เป็นแขนขว้าง ฉันจึงเติมช่องว่างในช่องสวิตช์กกด้วยฟิลเลอร์ไม้ นี่เป็นวิธีที่จะทำให้แน่ใจได้ว่าสวิตช์กกแน่นและไม่สามารถถูบนฐานได้

ขั้นตอนที่ 6: การทดสอบ

การทดสอบเป็นกระบวนการที่สนุก เป็นที่ที่คุณไปที่ไหนสักแห่งที่คุณจะไม่ทำร้ายผู้คนหรือสร้างความเสียหายต่อทรัพย์สินและดูว่าสิ่งของของคุณใช้ได้ผลหรือไม่ ฉันหวังว่าฉันจะทำอย่างนั้น ในการทดสอบครั้งแรกของเรา ปล่อยแขนช้าเกินไป และฉันมีเรือเบสบอลอยู่เหนือรถตู้ของฉัน ห่างออกไปประมาณ 100 ฟุต หลังจากปรับเวลาเผยแพร่แล้ว เราก็ลองอีกครั้ง คราวนี้ลูกเบสบอลตียางรถฉันแล้วเด้งกลับมาหาเรา ฉันย้ายรถของฉัน

หลังจากพยายามอีกหลายครั้ง เราย้ายตำแหน่งที่เชือกติดอยู่กับแขนเพื่อให้แขนหยุด 90 องศา CCW จากแนวตรง วิธีนี้ช่วยให้เรายิงได้ค่อนข้างตรงไปตรงมาและทำมุม 45 องศา ดีขึ้นมาก เมื่อเราหมุนรีลีสได้แล้ว เราก็เปลี่ยนน้ำหนักและแก้ไขสลิงบอลสองสามครั้งเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

ขั้นตอนที่ 7: ความคิดสุดท้าย

ฉันอยากจะขอบคุณทุกคนที่ช่วยเหลือเกี่ยวกับหนังสติ๊กในปีนี้ Steven Bob และ Gus Menoudakis เพื่อนร่วมทีมของฉัน ภรรยาของฉันที่ถามทุกปีว่าทำไมฉันต้องสร้างการออกแบบที่แตกต่างกันสำหรับหนังสติ๊ก และ Cantigny ที่มีการแข่งขันเป็นอันดับแรก มันเป็นระเบิดและควรมีฝูงชนจำนวนมาก

ขอขอบคุณที่สละเวลาและแจ้งให้เราทราบหากคุณมีคำถามใดๆ