Catapulta Pi: 7 pasos (con imágenes)

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

Cada año, el último sábado de octubre, el Museo Histórico de Cantigny celebra un concurso de catapulta de aficionados. Este es un concurso maravilloso que permite a todos los participantes construir y disparar una catapulta mientras compiten en hasta 3 categorías diferentes: distancia, agrupación de disparos y precisión. Para obtener más información sobre el concurso, visite su sitio web en https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Para el concurso de este año, mi equipo, los Pi Throwers, decidió usar una Raspberry Pi para ayudar con el suelte parte de nuestro lanzamiento.

En nuestro diseño, tenemos un conjunto de sensores monitoreados por una Raspberry Pi Zero Wireless. Después de armar la catapulta y tirar del disparador, la Raspberry Pi controla cuándo se lanzará la pelota de béisbol. Usando este simple proceso, pudimos quedar en segundo lugar con una distancia de 186 pies.

Este Instructable discutirá el diseño, desarrollo e implementación del controlador Raspberry Pi y la electrónica asociada. Aunque no cubro la construcción de la catapulta de este año, busque un instructivo después del comienzo del nuevo año sobre el diseño y la construcción de la catapulta del próximo año.

Solo por diversión, he incluido un video de nuestra toma de 186 pies. Espero que disfrutes.

También me gustaría agradecer a mis compañeros de equipo de este año: Steven Bob y Gus Menoudakis.

Paso 1: Diseño general

Durante el concurso del año pasado tuvimos bastantes problemas para conseguir lanzamientos consistentes para nuestra catapulta. Siendo un gran friki, según mi esposa, decidí usar mis habilidades con la electrónica y el costo extremadamente bajo de una Raspberry Pi Zero ($ 5) para agregar control por computadora.

Aquí está el proceso general de disparo de la catapulta. Primero, encienda el Pi. En segundo lugar, conéctese al punto de acceso inalámbrico de Pi con mi iPhone e inicie mi aplicación Catapult. A continuación, enrolle la catapulta y configure el lanzamiento. Carga la catapulta y aprieta el gatillo. Arma la catapulta con la aplicación. Cuando esté listo para disparar la catapulta, tire del disparador. Ahora el Pi, utilizando los sensores integrados, suelta el gatillo en el momento justo y se suelta la bola.

Paso 2: Configuración de Raspberry Pi Zero

Hay tres pasos principales necesarios para configurar la Raspberry Pi para su uso en la catapulta. La primera es agregar conexiones a las almohadillas de alimentación ubicadas en la parte posterior del Pi. El segundo es configurar el Pi como un punto de acceso. El último paso es desarrollar un programa en Python que interactuará con la aplicación de control, leerá los sensores y disparará la catapulta cuando sea necesario.

Conexiones de energía

1. Enciende tu soldador.
2. Tome un juego de cables de calibre 16-18 para la conexión de alimentación. Siempre uso cable rojo para la conexión positiva. También utilizo un cable que tiene un conector en un extremo para poder quitar el pino de la catapulta.
3. Pele una pequeña cantidad de alambre y estañe los extremos.
4. Suelde previamente las almohadillas donde conectará la alimentación. No conozco los números de las almohadillas, pero he indicado qué almohadillas usar en la imagen.
5. Suelde los cables al Pi. Encuentro que este paso es fácil si asegura el Pi y sostiene un cable sobre la almohadilla para soldar. Luego aplico el soldador al cable mientras presiono la almohadilla. Una vez que sienta que la soldadura en el alambre se derrite, libere la presión.
6. Repita con el segundo cable.
7. Compruebe si hay pantalones cortos. Existe un cortocircuito si los cables o la soldadura de ambas almohadillas se tocan entre sí. Si esto sucede, caliente la soldadura, retire los cables y vuelva a intentarlo.

Punto caliente

Si bien podría seguir todos los pasos para configurar un punto de acceso rápido, hay otros que han hecho un mejor trabajo. He enumerado un par de sitios con instrucciones paso a paso.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Programa Python

Se utiliza un programa de Python para controlar la configuración y el disparo de la catapulta. El programa, que se encuentra a continuación, se ejecuta en el Pi y le permite configurar y controlar la catapulta. Este programa se agrega al directorio de usuarios local y se ejecuta cada vez que se enciende el Pi agregando una entrada en /etc/rc.local. Este programa configura un servidor de red al que me conecto mediante una aplicación desarrollada para mi iPhone. También puede usar telnet y conectarse al puerto 9999 en el Pi. Luego puede usar comandos de texto con el mismo efecto que mi aplicación.

Programa Node-Red

Como adición al programa Python, he creado un programa Node-Red con una funcionalidad similar pero usa una interfaz web. Dado que Rasbian, el sistema operativo recomendado para Raspberry Pi, incluye Node-Red como parte de la instalación, pensé que esta podría ser una buena adición. Copie el contenido del archivo catapult.json en su portapapeles, abra Node-Red en la Pi que desea usar para su catapulta, seleccione Importar-> Portapapeles en el menú de la derecha y pegue el código allí. Ahora todo lo que necesita hacer es implementar el código y conectarse a la dirección IP de su Pi para la interfaz de usuario. En mi caso es https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, tu dirección IP será muy.

Paso 3: cableado de las piezas

Aunque parece un desastre, el cableado real del sistema es bastante sencillo. El esquema de PowerPoint mal hecho muestra todas las conexiones. Las piezas necesarias se enumeran a continuación.

Lista de partes

1. Raspberry Pi Zero Wireless - $ 5
2. Tarjeta micro SD de 16 GB - $ 8-10
3. Uxcell DC12V 25N Force 2-Wires Pull Push Solenoide, electroimán, actuador de 10 mm - $ 18
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC a DC Buck Converter 3.0-40V a 1.5-35V Módulo reductor de fuente de alimentación - $ 2
5. Floureon 2 paquetes 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo batería con enchufe XT60 para automóvil RC, Skylark m4-fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone y FPV (2.91 x 1.46 x 1.08 pulgadas) - $ 27
6. Interruptor de palanca: $ 2-10 por interruptor, tenía uno viejo que usé
7. Finware 6 pares de conectores de bala macho hembra XT60 XT-60 enchufes de alimentación con termorretráctil para batería RC Lipo - $ 7.50
8. Interruptor de láminas Cylewet de 15 piezas con cable dorado normalmente abierto (N / O) Interruptor de inducción magnética electromagnético para Arduino (paquete de 15) CYT1065 - $ 10
9. Módulo de relé Tolako 5v para Arduino ARM PIC AVR MCU 5V Luz indicadora LED Módulo de relé de 1 canal Funciona con placas oficiales Arduino - $ 6. Podría obtener un relé que funcione a 3.3v y omitir el transistor NPN, lo habría hecho si hubiera ordenado el correcto para comenzar.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 Transistores de potencia encapsulados en plástico 75V 600mA - $ 2
11. Piezas de alambre y misceláneas: esto incluye algunos imanes de 20 mm.

Conexiones

Como puede ver en mi horrible diagrama de electrónica, las conexiones para la electrónica son bastante simples. Quizás se pregunte por qué hay un transistor NPN allí, tiene que ver con el relé operando a 5 voltios y el Pi funcionando a 3.3v. Sí, hay pines de 5V en el Pi, pero no son para conectarse a los pines GPIO. Pregúntame cómo sé …

La forma en que conecta los componentes entre sí es su elección. Utilicé conectores servo RC antiguos, ya que tienen el espacio correcto para usar con los pines GPIO en la Raspberry Pi y tengo una gran colección de ellos. Puede dirigir la soldadura a los orificios / pines del Pi si lo desea. Solo necesita asegurarse de que las conexiones sean seguras y que es poco probable que se separen durante el proceso violento que es un lanzamiento de catapulta.

Paso 4: Piezas impresas

Hay tres elementos que tuve que imprimir para este proyecto y se enumeran a continuación.

1. Caja de electrónica
2. Caja de solenoide
3. Brazo de retención de béisbol

He incluido los archivos STL para cada una de las partes que tenía que imprimir. Al imprimir el brazo, le recomiendo que utilice una tasa de llenado del 25-50%. Esto es para asegurarse de que el brazo no se rompa debido a las tensiones a las que está sometido durante el disparo.

Paso 5: Imanes e interruptores de lengüeta

Uno de los aspectos de diseño más importantes es determinar cómo saber dónde está el brazo durante el disparo de la catapulta. Hay un par de opciones diferentes, sensores de efecto Hall, interruptores de lengüeta y acelerómetros son solo algunos. Originalmente había planeado usar los sensores de efecto Hall, pero descubrí que no funcionaban de manera consistente, así que cambié a interruptores de lengüeta. Si elige usar interruptores de lengüeta, una palabra de precaución, los interruptores de lengüeta deben estar orientados de manera que queden perpendiculares a la fuerza centrífuga. De lo contrario, es posible que los interruptores de lengüeta sean forzados a abrirse / cerrarse por el movimiento giratorio del brazo.

Como puede ver en el diagrama, utilicé cuatro imanes y dos interruptores de lengüeta. Cada uno de los imanes está colocado a 90 grados de distancia. Esto, en combinación con el ajuste de 135 grados para los interruptores de lengüeta, permite 8 lecturas de sensor por revolución. Con la compensación del sensor, ambos sensores no cruzarán un imán al mismo tiempo, lo que nos permite la misma precisión que usar un solo interruptor de lengüeta y 8 imanes. En cualquier caso, cada 45 grados que gire el brazo, el Pi obtendrá un solo pulso.

Cada uno de los imanes está incrustado en el soporte de la base del brazo lanzador. Usé una broca forstner de 7/8 de pulgada y taladré unos 6 mm para que coincida con la altura de los imanes que tenía a mano. Luego agregué un poco de pegamento caliente en el agujero y presioné los imanes en su lugar. Cada uno de los imanes debe estar alineado con la superficie de la base.

Para los interruptores de lengüeta, primero conecté los interruptores a cables que luego conectaría a los pines GPIO de Pi. Luego perforé una ranura para el interruptor de lengüeta en la parte inferior del brazo de lanzamiento. Esta ranura debe dimensionarse para encerrar completamente su interruptor de lengüeta. Luego perforé un agujero en el brazo en el extremo de la ranura. Este orificio es la forma en que el cable y el interruptor de lengüeta se enroscan a través del brazo, por lo que debe ser lo suficientemente grande para manejar ambos. Luego enrosco la conexión del cable al interruptor de lengüeta y pego el interruptor de lengüeta en la ranura que se creó para ello. Como usé madera para mi brazo de lanzamiento, llené los espacios en la ranura del interruptor de lengüeta con masilla para madera. Esta fue una forma de asegurarse de que el interruptor de lengüeta esté asegurado y no pueda rozar la base.

Paso 6: prueba

La prueba es un proceso divertido. Es un lugar donde vas a un lugar donde no lastimarás a las personas ni dañarás la propiedad y verás si tus cosas funcionan. Ojalá hubiera hecho eso. En nuestra primera prueba, lanza el brazo de liberación demasiado tarde y tenía una pelota de béisbol navegando sobre mi camioneta, a unos 100 pies de distancia. Después de ajustar el tiempo de lanzamiento, lo intentamos de nuevo. Esta vez, la pelota de béisbol golpeó el neumático de mi auto y rebotó hacia nosotros. Moví mi auto.

Después de varios intentos más, nos movimos donde la cuerda estaba unida al brazo para que el brazo se detuviera 90 grados en sentido antihorario desde arriba. Esto nos permitió disparar tiros bastante directos y en un ángulo de 45 grados. Mucho mejor. Una vez que tuvimos el lanzamiento marcado, cambiamos el peso y modificamos la eslinga de la bola un par de veces para obtener nuestros mejores resultados.

Paso 7: Pensamientos finales

Me gustaría agradecer a todas las personas que ayudaron con la catapulta de este año. Steven Bob y Gus Menoudakis, mis compañeros de equipo. Mi esposa, que todos los años me pregunta por qué tengo que construir un diseño diferente para una catapulta. Y Cantigny por tener el concurso en primer lugar. Es una maravilla y realmente debería tener una multitud más grande.

Gracias por su tiempo y avíseme si tiene alguna pregunta.