Diri - Aktüatörlü Helyum Balonu: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

Bu Eğitilebilir Kitapta, alanı belgeleyen özerk bir helyum balonu oluşturma sürecinde size yol göstereceğim. Videoya bir göz atın:

Balon ve muhafaza kendi yapımıdır, elektronik parçalar bir arduino pro mini, destekli üç motor, engel tespiti için ultrasonik sensörler, stabilizasyon için jiroskop ve fotoğraf/video çekmek için bir GoPro kameradan oluşur.

Bu adımlar:

1. Malzemeleri alın

2. Balonu oluşturun

3. Elektronikler için bir kutu yapın ve balona takın

4. Elektronikleri ekleyin

5. Kod!

6. Helyum balonlarıyla çalışırken bazı zorluklar

Bu talimat, Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) ve David Kirk (https://openlab.ncl) tarafından yürütülen bir araştırma projesine dayanmaktadır..ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - 2015 Ubicomp konferansında yayınlandı (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Nils Hammerla'ya (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) yardımı için özel bir teşekkür ederiz.

Herhangi bir sorunuz veya geri bildiriminiz varsa bize e-posta göndermekten çekinmeyin!

Adım 1: Malzemeler

Balon için malzemeler

2 x Mylar battaniye ("mylar kurtarma battaniyesi" araması yapın, bulması kolay olmalı ve sadece birkaç sterline mal olmalıdır)

1 x Mylar balon

Aletler

1 x Saç düzleştirici (en az 200 °C)

Kasa için

2 x Balsa ahşap şeritler

bir lazer kesici veya el işi neşter

1 ahşap dübel ca. 50cm uzunluk (motorları takmak için)

Biraz yapıştırıcı, Epoksiyi gerçekten seviyorum

elektronik bileşenler

Arduino pro mini (sanırım nano olabilir veya eşit derecede küçük bir şey olabilir)

2 x H-Köprüler

3 adet aksesuarlı motor (örneğin küçük dört pervaneli helikopterlerden)

GoPro Hero (ideal olarak WiFi özellikli)

Gyro + İvmeölçer - ITG3200/ADXL345 (Bunu aldım:https://www.sparkfun.com/products/10121)

3 x Ultrasonik sensör - Ultrasonik Mesafe Bulucu - LV-MaxSonar-EZ0 (bu iyi bir

Adım 2: Balonu Yapmak

balon yapmak

Balona ne kadar eşya eklemek istediğinize bağlı olarak balonun boyutunu dikkatlice seçmelisiniz. 90 cm'den (~30 inç) büyük balonları elde etmek zor olduğundan, Mylar'dan kendi balonumu yapmaya karar verdim. Dilediğiniz şekli seçebilirsiniz ama ben küresel bir balonun daha kolay döneceğini tahmin etmiştim. 130 cm çapındaki bir balon 360 gr civarında taşıyabilir.

NB Bir helyum balonunun ne kadar taşıyabileceği aynı zamanda bulunduğunuz yerin yüksekliğine (deniz seviyesi) bağlıdır, çünkü helyumun kaldırma kapasitesi kendi yoğunluğuna ve havanın yoğunluğuna bağlıdır.

Ne yapalım:

İki yaprak Mylar Battaniye alın ve her birinden 130 cm'lik (~ 51 inç) bir daire kesin.

Mylar'ı ısıtmak onu çok kırılgan ve ince yapar. Bu nedenle, bordür için normal bir mylar balondan ek, kalın mylar kullanacağız.

Kalın Mylar balonunuzdan yaklaşık 5 cm x 10 cm (2 inç x 4 inç) küçük şeritler kesin. İdeal olarak, düzleştirme demirinizden biraz daha geniş olmalıdırlar.

İki daireyi üst üste koyun, kalın şeritleri bordüre sarın ve saç düzleştirici ile birbirine bastırın. Genellikle, zaten 5 saniye sonra Mylar erir. Saç düzleştiriciyi lastik bir bantla kenetledim ve 30-60 saniye bu durumda bıraktım. Bu şekilde, Mylar'ın tamamen eridiğinden ve boşluk olmadığından oldukça emin olabilirsiniz. Balonu doldurabilmek için bir boşluk bırakmanız gereken bir bölüm dışında, balonun tüm çevresi boyunca (bu yaklaşık olarak sonsuza kadar sürer) bu prosedürün keyfini çıkarın. Balonun düz bir ağzı olmasını gerçekten istemediğiniz için, tek yönlü açıklığı olan ve kolayca doldurmaya izin veren kalın mylar zarfın ağzını kullanmalısınız.

Artık zarfınla işin bitti!

Bir sonraki kurnaz şey kasa olacak. Hafifliği nedeniyle en çok tavsiye edilen malzeme balsa ağacıdır.

Adım 3: Vakayı Hazırlamak

Balsa ağacı, güzel göründüğü ve çok hafif olduğu için bir kasa için mükemmel bir malzemedir! Bunun bir dezavantajı olsa da, son derece sağlam değil. Çok fazla vakayı kırmamayı başardım, oldukça güvenilir, sadece biraz dikkat gerektiriyor. Balsayı işlemenin en kolay yolu onu bir neşterle kesmektir.

Sadece yaratıcı olun ve neyi sevdiğinizi görün! Birçok farklı şekil denedim ve canlı menteşeler çok havalı görünüyor (bkz. https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Ayrıca standart kutuyu da seçebilirsiniz, gerçekten önemli değil, her şeyi içine yerleştirebildiğiniz ve motorlar için dübel takabildiğiniz sürece.

Balsa ağacı şeridini bir yay şeklinde bükmeye karar verdim. Bunu büyük bir yuvarlak kase taze kaynamış su alarak ve içindeki şeridi yavaşça bükerek yapabilirsiniz. Üstüne kupa gibi ağır bir cisim koyup 1-2 saat suda bırakırsanız balsa güzelce bükülmelidir. büküldükten sonra çıkarın ve kurumaya bırakın (üzgünüm, elimde fotoğraf yok, muhtemelen çekemeyecek kadar tembelim). Yanlar için balsa ağacından iki yarım daire kesin.

Dübeli sadece Epoksi ile kasaya yapıştırabilirsiniz. Motorların öne baktığından emin olun, bu şekilde en güçlüleri olur. Yukarı/aşağı motor için kutunun alt kısmında iki küçük delik açın, motoru iki dübele tutturun ve deliklerden geçirin. Başka bir plaka eklemek ve onu da geçirmek, onu çok daha kararlı hale getirir (elektronikle ilgili resme bakın).

Adım 4: Elektronik

bileşenler

Fotoğraf ve video çeken bir balona sahip olmanın harika olacağını düşündüm. Ayrıca bazı engel algılama ve stabilizasyon istedim.

Bu nedenle üç adet ultrasonik sensör (1) ekledim; ikisi ön sol ve sağdaki her şeyi algılamak için ve biri tavana olan mesafeyi ölçmek için. Parazit sorunu yaşamadım (veri sayfasında belirtilmiş olmasına rağmen, o zaman zincirleme kullanmanız gerekir bkz. https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Önemli olan tek şey şuydu: sensörler yeterince ayrı olmalı, sensörlerden gelen sonar birbiriyle etkileşime girdiğinden koniler üst üste gelmemelidir. Bu, aslında işini yapmak için yalnızca başka bir sensör ateşleme sesi olduğunda bir sensörün bir engeli algılamasını sağlar.

Jiroskop (2) döndükten sonra hareketi stabilize eder. Önemli olan (her şeyin kasanın içine atıldığı Resimde gösterildiğinden farklı olarak), bir eksen seçmiş olmanız (benim durumumda Z idi) ve mümkün olduğunca yere paralel olacak şekilde hizalamanızdır. Bu nedenle balonun dönüşü jiroskop ölçümünün sadece Z-değerinde değişmesine neden olacaktır. Açıkçası, aksi halde biraz süslü matematik kullanabilirsiniz, ancak bu benim için harika çalıştı. Sensörü balsa ahşap levhaya yapıştırdım ve bu zaten çalışması için yeterliydi.

GoPro (3), resimleri uzaktan başlatmak için harikadır ve son olarak motorlar+destekler (4) için H-Köprüleri (L293D) sağlar. H-Bridge'in güç hatları doğrudan aküye bağlanmalıdır, arduino'yu aşmayın çünkü motorlar çok fazla gürültü üretir! Bu, sensörlerden gelen değerleri kullanılamaz hale getirebilir. Ancak H-Köprülerinin toprağını arduinoya bağlamayı unutmayın. Ayrıca H-Bridge'lerin düzgün çalışması için PMW Pinlerine bağlanması gerekir.

Cesursanız, bir Mini-USB kablosunu ayırabilir ve USB konnektörü üzerinden GoPro'yu adruino'nuza ve zemine + VCC'ye bağlayarak devrenize ekleyebilirsiniz. Bu şekilde GoPro'nun pilini çıkarabilir ve oldukça fazla ağırlıktan tasarruf edebilirsiniz! Bu olsa da daha az çalışma süresi ile sonuçlanacaktır. Balonun havada kalması için herhangi bir pil gücüne ihtiyacı olmadığından, pil (3,7 V, 1000 mAh iyidir) ara sıra fotoğraf çekme ile yaklaşık 2 saat sürer. Garip bir şekilde, farklı şirketlere ait aynı piller farklı ağırlıklara sahip olabilir, bu nedenle mümkün olduğu kadar çok mAh ama aynı zamanda en hafif olanı almaya çalışın.

Bağlan (Bileşen -> Arduino)

Ultrasonik Sensörler

Güç+Toprak -> Arduino VCC ve Toprak

BW -> A0, A1, A3 (neden A2'yi atladığımı hatırlamıyorum, muhtemelen sebep yok)

Gyro+İvmeölçer

Güç+Toprak -> Arduino VCC ve Toprak

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

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

H-Köprü

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

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

Pin 2 -> Arduino Pin 11

Pim 3 -> Motor 1.a

Pim 6 -> Motor 1.b

Pin 7 -> Arduino Pin 10

(aynısı Motor 2+3'lü diğer H-Bridge için de geçerlidir)

Sonraki kod!

Adım 5: Programlama

Hızlı İlerleme

KURMAK

Tüm PIN'leri ve sensörleri sıfırlayın

DÖNGÜ

• İlk olarak balon bir süre hareket etmediyse ileri doğru hareket eder (hiçbir hareket sıkıcı değildir),

  randommove = 1, döngünün sonunda bunu kontrol edecek

• Ardından yüksekliğin hala iyi olup olmadığını kontrol edin (KeepHeight()) ve potansiyel olarak yukarı veya aşağı gidebilir, tavanın 1m altına ayarladım
• Kaçınılması gereken bir engelden 150 cm'den daha yakın bir şey varsa, dönmeyi başlatın
• her iki sensör de önde bir şey algılarsa balon geriye doğru gidecektir.
• Döndükten sonra, sürüklenmeyi önlemek için, yönü korumak ve artık dönmemek için motorlarla ters yönde hareket edin
• Son olarak ileri hareketi gerçekleştirin ve 5 saniye boyunca uçarken düz kalmak için Gyro'yu kullanın.

Bunları başarmanın daha iyi yolları olduğundan oldukça eminim, bir öneriniz varsa lütfen bana bildirin!

6. Adım: Son Notlar

Helyum balonları hakkında bilmeniz gereken birkaç şey var, işte burada

HELYUM BALONLARIYLA ÇALIŞIRKEN ZORLUKLAR

Diris'imi sevmeme rağmen, helyum balonları mükemmel olmaktan çok uzak. İlk zorluk, tüm bileşenleri kaldırmak için doğru boyuta sahip bir balon elde etmektir. Bir balonun hacmi, yukarı doğru kuvvetle orantılı olarak ne kadar helyum tutabileceğini belirler. Bu, bileşenlerin seçimini önemli ölçüde kısıtlar. En büyük kısıtlama pildir; ne kadar hafif olursa, o kadar kısa sürer. Helyum balonunun en azından mikrodenetleyici, pil ve bazı motorları taşıyabilmesi için minimum 90 cm çapında olması gerekir.

İkincisi, helyumla doldurulmuş balonlar, odadaki herhangi bir hava akışına ve sıcaklık değişikliğine karşı çok hassastır. Helyum balonları her zaman sürüklendiğinden (yani tamamen hareketsiz kalmanın bir yolu yoktur), herhangi bir hava akımından ve hava akımından güçlü bir şekilde etkilenirler. Balonlarımı klimalı odalarda kullanma konusunda çok iyi deneyimlerim yok.

Üçüncüsü, bir helyum balonunun yerini değiştirmek, bir itme yaratmak için pervaneleri harekete geçirerek ataleti değiştirmekten ibaret olduğundan, bir hareketin başlatılması ile fiili konum değişikliği arasında birkaç saniye geçer. Sonuç olarak, balon dış etkilere o kadar iyi tepki veremez ve engellerden hızlı bir şekilde kaçmak da çok zordur.

Son olarak, helyum havadan daha hafif olduğu için her türlü kasadan yavaşça kaçar. Sonuç olarak, muhafazanın ne kadar hava geçirmez olduğuna bağlı olarak balonun günlük veya gün aşırı doldurulması gerekir. Bir balonu tam olarak yüzmesini sağlamak için doğru miktarda helyumla doldurmak da oldukça zor olabilir, yani ne düşmek ne de yüksekliği yükselmek. Balonun çok hafif olacak şekilde doldurulması ve tekrar kolayca çıkarılabilen ek bir ağırlıkla dengelenmesi tavsiye edilir.