Diri - el globo de helio accionado: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

En este Instructable, lo guiaré a través del proceso de creación de un globo de helio autónomo que documente el espacio. Eche un vistazo al video:

El globo y la carcasa son de fabricación propia, la electrónica comprende un arduino pro mini, tres motores con puntales, sensores ultrasónicos para detección de obstáculos, giroscopio para estabilización y una cámara GoPro para tomar fotos / videos.

Estos son los pasos:

1. Obtenga los materiales

2. Crea el globo

3. Haga una caja para la electrónica y fíjela al globo.

4. Agrega la electrónica

5. ¡El código!

6. Algunos desafíos al trabajar con globos de helio

Este instructables se basa en un proyecto de investigación de Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) y David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk / people / ndk37 / - [email protected]) - publicado en la conferencia Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Un agradecimiento especial para Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) por su ayuda.

¡No dude en enviarnos un correo electrónico si tiene alguna pregunta o comentario!

Paso 1: Materiales

Materiales para el globo

2 x mantas de Mylar (busque "manta de rescate de mylar", debería ser fácil de encontrar y solo cuesta unas pocas libras)

1 x globo de Mylar

Instrumentos

1 x Plancha de pelo (al menos 200 ° C)

Para la carcasa

2 x tiras de madera de balsa

un cortador láser o un bisturí artesanal

1 taco de madera de aprox. 50cm de largo (para acoplar los motores)

Un poco de pegamento, me gusta mucho Epoxy

Los componentes electronicos

Arduino pro mini (podría ser nano también, supongo, o algo igualmente pequeño)

2 x puentes en H

3 x motores con accesorios (por ejemplo, pequeños cuadricópteros)

GoPro Hero (idealmente compatible con WiFi)

Acelerómetro Gyro + - ITG3200 / ADXL345 (Tengo este:

3 x sensores ultrasónicos - Telémetro ultrasónico - LV-MaxSonar-EZ0 (este es bueno

Paso 2: hacer el globo

Haciendo el globo

Dependiendo de la cantidad de cosas que desee colocar en el globo, debe elegir cuidadosamente el tamaño del globo. Como los globos de más de 90 cm (~ 30 pulgadas) son difíciles de conseguir, decidí hacer uno propio con Mylar. Puede elegir la forma que desee, pero calculé que un globo esférico girará más fácilmente. Un globo de 130 cm de diámetro puede transportar alrededor de 360 g.

Nota: La cantidad que puede transportar un globo de helio también depende de la altitud de su ubicación (nivel del mar), porque las capacidades de elevación del helio dependen de su propia densidad y la densidad del aire.

Qué hacer:

Tome dos hojas de Mylar Blanket y corte un círculo de 130 cm (~ 51 pulgadas) de cada una.

Calentar el mylar lo vuelve muy frágil y delgado. Por lo tanto, utilizaremos el mylar grueso adicional de un globo de mylar normal para el borde.

Recorta pequeñas tiras, alrededor de 5 cm x 10 cm (2 pulgadas x 4 pulgadas) de tu globo de Mylar grueso. Idealmente, deberían ser un poco más anchos que su plancha alisadora.

Coloque los dos círculos uno encima del otro, envuelva las tiras gruesas alrededor del borde y presiónelas juntas con la plancha de pelo. Por lo general, después de 5 segundos, el Mylar se derrite. Sujete la plancha de pelo con una banda de goma y la dejé en este estado durante 30-60 segundos. De esta manera, puede estar bastante seguro de que el Mylar se derrite por completo y no hay espacios. Disfruta de este procedimiento por toda la circunferencia del globo (esto toma aproximadamente una eternidad), salvo una sección, donde debes dejar un hueco para poder llenar el globo. Como realmente no desea tener una abertura simple para el globo, debe usar la abertura del sobre grueso de mylar, que tiene una abertura unidireccional que permite el llenado fácilmente.

¡Ya terminaste con tu sobre!

La siguiente cosa astuta será la carcasa. El material más recomendable es la madera de balsa, por su ligereza.

Paso 3: Hacer el caso

La madera de balsa es el material perfecto para una carcasa, ya que se ve bien y es muy, muy ligera. Sin embargo, eso tiene un inconveniente: no es extremadamente robusto. Logré no romper demasiados casos, es bastante confiable, solo necesita un poco de precaución. La forma más sencilla de manipular la balsa es cortarla con un bisturí.

¡Sea creativo y vea lo que le gusta! Experimenté con muchas formas diferentes, y las bisagras vivas se ven muy bien (consulte https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu … También puede optar por la caja estándar, realmente no importa, siempre que pueda colocar todo en el interior y colocar la clavija para los motores.

Decidí doblar la tira de madera de balsa en un arco. Puede hacerlo tomando un tazón grande y redondo de agua recién hervida y doblando lentamente la tira dentro de él. Si coloca un objeto pesado como una taza encima y lo deja durante 1-2 horas en el agua, la balsa debe doblarse bien. una vez que esté doblado, sáquelo y déjelo secar (Lamento no tener ninguna foto de eso, probablemente fui demasiado perezoso para tomar algunas). Corta dos semicírculos de la madera de balsa para los lados.

Simplemente puede pegar la clavija a la caja con epoxi. Asegúrese de que los motores miren hacia el frente, de esa manera son los más fuertes. Para el motor de subida / bajada, haga dos pequeños agujeros en la parte inferior de la caja, conecte el motor a dos tacos y póngalos a través de los agujeros. Agregar otra placa y pasarla por ella también la hace mucho más estable (ver imagen con la electrónica).

Paso 4: Electonics

Los componentes

Pensé que sería genial tener un globo que toma fotos y videos. También quería algo de detección y estabilización de obstáculos.

Por lo tanto, agregué tres sensores ultrasónicos (1); dos para detectar todo en el frente izquierdo y derecho y uno para medir la distancia al techo. No he tenido problemas con la interferencia (aunque se menciona en la hoja de datos, entonces debe usar el encadenamiento, consulte https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Lo único importante fue que los sensores deben apuntar lo suficientemente separados, los conos no deben superponerse ya que el sonar que proviene de los sensores interfiere entre sí. Eso hace que un sensor detecte un obstáculo cuando en realidad es solo otro sonido de disparo de sensor para hacer su trabajo.

El giroscopio (2) estabiliza el movimiento después del giro. Es importante (a diferencia de lo que se muestra en la imagen, donde todo se arroja a la carcasa), que elija un eje (en mi caso fue Z) y lo alinee tanto como sea posible para que quede paralelo al suelo. Por lo tanto, la rotación del globo hará que el giroscopio mida el cambio solo en el valor Z. Obviamente, puede usar algunas matemáticas sofisticadas de lo contrario, pero esto funcionó muy bien para mí. Simplemente pegué el sensor al tablero de madera de balsa y eso ya fue suficiente para que funcionara.

La GoPro (3) es ideal para inicializar imágenes de forma remota y finalmente los H-Bridges (L293D) para los motores + accesorios (4). Las líneas eléctricas del H-Bridge deben estar conectadas directamente a la batería, ¡no pases por encima del arduino porque los motores producen mucho ruido! Esto puede inutilizar las lecturas de los sensores. Pero recuerde conectar la tierra de los H-Bridges al arduino. Además, los puentes H deben estar conectados a los pines PMW para que funcionen correctamente.

Si eres valiente, puedes desarmar un cable Mini-USB y agregar la GoPro a través del conector USB a tu circuito conectando + a VCC en tu adruino y el suelo. ¡De esa manera puedes sacar la batería de la GoPro y ahorrar bastante peso! Sin embargo, esto dará como resultado un menor tiempo de funcionamiento. Como el globo no necesita energía de la batería para mantenerse en el aire, la batería (3.7 V, 1000 mAh es buena) dura aproximadamente 2 h con tomas de fotografías ocasionales. Curiosamente, las mismas baterías de diferentes compañías pueden tener diferentes pesos, así que intente obtener una con la mayor cantidad de mAh posible pero que también sea la más liviana.

Conectar (Componente -> Arduino)

Sensores ultrasónicos

Energía + Tierra -> Arduino VCC y Tierra

BW -> A0, A1, A3 (no recuerdo por qué me salté A2, probablemente sin motivo)

Acelerómetro Gyro +

Energía + Tierra -> Arduino VCC y Tierra

SDA (Pin sobre GND) -> Arduino SDA (A4)

SCL (Pin sobre SDA) -> Arduino SCL (A5)

Puente en H

Pin 4, 5, 12, 13 -> Arduino GND

Pin 1, 8, 9, 16 -> Arduino RAW

Pin 2 -> Pin 11 de Arduino

Pin 3 -> Motor 1.a

Pin 6 -> Motor 1.b

Pin 7 -> Pin 10 de Arduino

(lo mismo ocurre con el otro puente en H con motor 2 + 3)

¡A continuación el código!

Paso 5: programación

Tutorial rápido

CONFIGURACIÓN

Inicialice todos los PIN y los sensores

CÍRCULO

• Primero, si el globo no se movió por un tiempo, hace un movimiento hacia adelante (ningún movimiento es aburrido),

  randommove = 1, comprobará que al final del ciclo

• Luego, compruebe si la altura sigue estando bien (KeepHeight ()) y potencialmente subir o bajar, lo configuro a 1 m debajo del techo
• Si hay algo más cerca de 150 cm de lo que es un obstáculo a evitar, inicialice el giro.
• Si ambos sensores detectan algo en la parte delantera, el globo irá hacia atrás.
• después de girar, para evitar derrapar, contravira con los motores para mantener la orientación y no girar más
• Finalmente, ejecute el movimiento hacia adelante y use el Gyro para mantenerse recto mientras vuela durante 5 segundos.

Estoy bastante seguro de que hay mejores formas de lograr estas cosas, si tiene una sugerencia, ¡hágamelo saber!

Paso 6: Notas finales

Hay algunas cosas que necesita saber sobre los globos de helio, aquí están

RETOS AL TRABAJAR CON GLOBOS DE HELIO

Aunque amo a mis Diris, los globos de helio están lejos de ser perfectos. El primer desafío es obtener un globo que tenga el tamaño adecuado para levantar todos los componentes. El volumen de un globo determina la cantidad de helio que puede contener, que es proporcional a la fuerza hacia arriba. Esto limita significativamente la elección de componentes. La mayor limitación es la batería; cuanto más ligero es, más corto durará. Para poder llevar al menos el microcontrolador, una batería y algunos motores, un globo de helio necesita un diámetro mínimo de 90cm.

En segundo lugar, los globos llenos de helio son muy sensibles a cualquier cambio de temperatura y flujo de aire en la habitación. Como los globos de helio siempre se mueven a la deriva (es decir, no hay forma de estar completamente quietos), se ven fuertemente afectados por las corrientes de aire y las corrientes de aire. No tengo muy buenas experiencias con el uso de mis globos en habitaciones con aire acondicionado.

En tercer lugar, debido a que el desplazamiento de un globo de helio consiste en cambiar la inercia accionando las hélices para crear un empuje, transcurren unos segundos entre la inicialización de un movimiento y el cambio real de posición. Como resultado, el globo no puede reaccionar tan bien a las influencias externas y también es muy difícil evitar obstáculos rápidamente.

Finalmente, dado que el helio es más liviano que el aire, se escapa lentamente de cualquier tipo de carcasa. Como consecuencia, el globo debe rellenarse diariamente o cada dos días, dependiendo de qué tan hermética sea la carcasa. También puede ser bastante difícil llenar un globo con la cantidad correcta de helio para que flote por completo, es decir, que no caiga ni se eleve en altura. Es recomendable llenar el globo para que sea demasiado ligero y equilibrarlo con un peso adicional, que se puede volver a quitar fácilmente.