Дири - приведенный в действие воздушный шар с гелием: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

В этом руководстве я проведу вас через процесс создания автономного гелиевого шара, который документирует пространство. Посмотрите видео:

Воздушный шар и корпус изготовлены самостоятельно, электроника включает в себя arduino pro mini, три мотора с подпорками, ультразвуковые датчики для обнаружения препятствий, гироскоп для стабилизации и камеру GoPro для фотосъемки / видео.

Вот шаги:

1. Получите материалы

2. Создайте воздушный шар.

3. Сделайте футляр для электроники и прикрепите его к баллону.

4. Добавьте электронику.

5. Код!

6. Некоторые проблемы при работе с гелиевыми шарами.

Эти инструкции основаны на исследовательском проекте Дианы Новацкой (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) и Дэвида Кирка (https://openlab.ncl.ac.uk / people / ndk37 / - [email protected]) - опубликовано на конференции Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Особая благодарность Нильсу Хаммерле (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) за его помощь.

Не стесняйтесь писать нам, если у вас есть какие-либо вопросы или отзывы!

Шаг 1: материалы

Материалы для воздушного шара

2 майларовых одеяла (поиск по запросу "спасательное одеяло из майлара", должно быть легко найти и стоит всего несколько фунтов)

1 х майларовый баллон

Инструменты

1 х выпрямитель для волос (минимум 200 ° C)

Для корпуса

2 полосы из пробкового дерева

лазерный резак или ремесленный скальпель

1 деревянный дюбель размером ок. Длина 50 см (для крепления моторов)

Немного клея, мне очень нравится эпоксидная смола

Электронные компоненты

Arduino pro mini (я думаю, это может быть и nano, или что-то такое же маленькое)

2 x H-образные мосты

3 мотора с реквизитом (например, от маленьких квадрокоптеров)

GoPro Hero (в идеале с поддержкой Wi-Fi)

Гироскоп + акселерометр - ITG3200 / ADXL345 (вот такой:

3 ультразвуковых датчика - ультразвуковой дальномер - LV-MaxSonar-EZ0 (этот хороший

Шаг 2: Делаем воздушный шар

Делаем воздушный шар

В зависимости от того, сколько вещей вы хотите прикрепить к воздушному шарику, вы должны тщательно выбирать размер шарика. Поскольку трудно достать воздушные шары размером более 90 см (~ 30 дюймов), я решил сделать свой собственный из майлара. Вы можете выбрать любую форму, но я посчитал, что сферический шар будет легче поворачиваться. Воздушный шар диаметром 130 см может нести около 360 г.

NB. Сколько может нести гелиевый шар, также зависит от высоты вашего местоположения (уровня моря), поскольку подъемные способности гелия зависят от его собственной плотности и плотности воздуха.

Что делать:

Возьмите два листа майларового одеяла и вырежьте из каждого кружка 130 см (~ 51 дюйм).

Нагревание майлара делает его очень хрупким и тонким. Поэтому мы будем использовать дополнительный толстый майлар из обычного майларового шарика для границы.

Вырежьте из толстого майларового шарика полоски размером примерно 5 на 10 см. В идеале они должны быть немного шире, чем ваш утюг для выпрямления.

Положите два круга друг на друга, оберните толстые полоски вокруг границы и прижмите их вместе с помощью утюжка для волос. Обычно майлар тает уже через 5 секунд. Я зажала выпрямитель резинкой и оставила в таком состоянии на 30-60 секунд. Таким образом, вы можете быть уверены, что майлар полностью плавится и нет зазоров. Наслаждайтесь этой процедурой для всей окружности воздушного шара (это занимает примерно вечность), за исключением одной части, где вам нужно оставить зазор, чтобы можно было заполнить воздушный шарик. Поскольку на самом деле вы не хотите иметь простое отверстие для воздушного шара, вам следует использовать отверстие в толстом майларовом конверте, который имеет одностороннее отверстие, которое легко позволяет заполнить.

Конверт готов!

Следующей хитрой вещью станет кожух. Самый рекомендуемый материал - пробковое дерево из-за его небольшого веса.

Шаг 3: Изготовление корпуса

Бальзовое дерево - идеальный материал для облицовки, так как оно красиво выглядит и очень-очень легкое! Однако у этого есть один недостаток: он не очень надежен. Мне удалось не сломать слишком много корпусов, это довольно надежно, просто нужно соблюдать осторожность. Самый простой способ обработать бальзу - разрезать ее скальпелем.

Просто проявите изобретательность и посмотрите, что вам нравится! Я экспериментировал со множеством разных форм, и живые петли выглядят очень круто (см. Https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu … Вы также можете просто взять стандартную коробку, это не имеет особого значения, до тех пор, пока вы можете разместить все внутри и прикрепить дюбель для моторов.

Решил согнуть полосу бальзового дерева по дуге. Вы можете сделать это, взяв большую круглую миску со свежекипяченой водой и медленно согнув полоску внутри нее. Если положить сверху тяжелый предмет, например кружку, и оставить на 1-2 часа в воде, бальза должна хорошо согнуться. как только он согнется, выньте его и дайте высохнуть (извините, что у меня нет его фотографий, я, вероятно, был слишком ленив, чтобы сделать некоторые). Вырежьте из бальзового дерева два полукруга для боковых сторон.

Можно просто приклеить дюбель к корпусу эпоксидной смолой. Убедитесь, что моторы обращены вперед, так они будут самыми сильными. Для двигателя вверх / вниз сделайте два небольших отверстия в нижней части коробки, прикрепите двигатель к двум дюбелям и проденьте их через отверстия. Добавление еще одной пластины и пропускание через нее делает ее намного более стабильной (см. Рисунок с электроникой).

Шаг 4: Электроника

Компоненты

Я подумал, что было бы здорово иметь воздушный шар, который снимает и снимает видео. Я также хотел обнаружение препятствий и стабилизацию.

Поэтому я добавил три ультразвуковых датчика (1); два для обнаружения всего спереди слева и справа и один для измерения расстояния до потолка. У меня не было проблем с помехами (хотя это упоминается в техпаспорте, тогда вам нужно использовать цепочку см. Http://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Единственное, что важно, это то, что датчики должны быть направлены достаточно далеко друг от друга, конусы не должны перекрываться, поскольку эхолот, исходящий от датчиков, действительно мешает друг другу. Это заставляет датчик обнаруживать препятствие, когда на самом деле это просто звук другого датчика, который выполняет свою работу.

Гирсокоп (2) стабилизирует движение после поворота. Важно (в отличие от показанного на рисунке, где все просто бросают в кожух), что вы выбрали одну ось (в моем случае это была Z) и выровняли ее как можно больше, чтобы она была параллельна земле. Таким образом, вращение воздушного шара приведет к изменению измерения гироскопа только значения Z. Очевидно, вы можете использовать причудливую математику в противном случае, но это отлично сработало для меня. Я просто приклеил датчик к доске из бальзового дерева, и этого уже было достаточно, чтобы он заработал.

GoPro (3) отлично подходит для удаленной инициализации изображений и, наконец, H-Bridges (L293D) для двигателей и опор (4). Линии электропитания H-моста должны быть подключены непосредственно к батарее, не проходите через Arduino, потому что двигатели производят много шума! Это может сделать показания датчиков непригодными для использования. Но не забудьте подключить землю H-мостов к Arduino. Кроме того, для правильной работы H-мосты должны быть подключены к контактам PMW.

Если вы смелы, вы можете разделить кабель Mini-USB и добавить GoPro через USB-разъем в свою схему, подключив + к VCC на вашем adruino и заземлении. Таким образом, вы можете вынуть аккумулятор из GoPro и значительно сэкономить в весе! Однако это приведет к сокращению времени работы. Поскольку воздушный шар не нуждается в батарее, чтобы оставаться в воздухе, батареи (3,7 В, 1000 мАч достаточно) хватает примерно на 2 часа при периодической съемке. Как ни странно, одни и те же аккумуляторы от разных компаний могут иметь разный вес, поэтому постарайтесь получить один с как можно большим объемом мАч, но который также будет самым легким.

Подключить (Компонент -> Arduino)

Ультразвуковые датчики

Питание + земля -> Arduino VCC и земля

BW -> A0, A1, A3 (не помню, почему я пропустил A2, наверное, без причины)

Гироскоп + Акселерометр

Питание + земля -> Arduino VCC и земля

SDA (контакт через GND) -> Arduino SDA (A4)

SCL (вывод через SDA) -> Arduino SCL (A5)

H-мост

Контакты 4, 5, 12, 13 -> Arduino GND

Контакты 1, 8, 9, 16 -> Arduino RAW

Контакт 2 -> Контакт 11 Arduino

Контакт 3 -> Двигатель 1.a

Контакт 6 -> Двигатель 1.b

Контакт 7 -> Контакт 10 Arduino

(то же самое касается другого H-моста с двигателем 2 + 3)

Далее код!

Шаг 5: Программирование

Быстрое прохождение

НАСТРАИВАТЬ

Инициализируйте все PIN-коды и датчики

ПЕТЛЯ

• Во-первых, если воздушный шар какое-то время не двигался, он движется вперед (никакое движение не утомляет),

  randommove = 1, проверит, что в конце цикла

• Затем проверьте, в порядке ли высота (KeepHeight ()) и, возможно, поднимитесь или опустите, я установил ее на 1 м под потолком.
• Если есть что-то ближе, чем на 150 см, это препятствие, которого следует избегать, поэтому инициализируйте поворот.
• если оба датчика обнаруживают что-то спереди, воздушный шар должен двигаться назад
• после поворота, чтобы избежать дрейфа, управляйте двигателями, чтобы сохранить ориентацию и больше не вращаться
• Наконец, выполните движение вперед и используйте гироскоп, чтобы оставаться прямо во время полета в течение 5 секунд.

Я уверен, что есть более эффективные способы добиться этого. Если у вас есть предложения, дайте мне знать!

Шаг 6: Заключительные примечания

Вот несколько вещей, которые вам нужно знать о гелиевых шарах.

СЛОЖНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ГЕЛИЕВЫМИ ШАРАМИ

Хотя я люблю свой Diris, гелиевые шары далеки от совершенства. Первая задача - получить воздушный шар подходящего размера для подъема всех компонентов. Объем воздушного шара определяет, сколько гелия он может удержать, что пропорционально восходящей силе. Это существенно ограничивает выбор компонентов. Самым большим ограничением является аккумулятор; чем он легче, тем короче прослужит. Чтобы иметь возможность нести хотя бы микроконтроллер, батарею и некоторые двигатели, гелиевый шар должен иметь минимальный диаметр 90 см.

Во-вторых, шары, наполненные гелием, очень чувствительны к любым воздушным потокам и перепадам температуры в помещении. Поскольку гелиевые шары всегда дрейфуют (т.е. невозможно оставаться полностью неподвижными), на них сильно влияют любые воздушные потоки и сквозняки. У меня не очень хороший опыт использования воздушных шаров в комнатах с кондиционерами.

В-третьих, поскольку перемещение гелиевого шара заключается в изменении инерции путем приведения в действие пропеллеров для создания тяги, между инициализацией движения и фактическим изменением положения проходит несколько секунд. В результате воздушный шар не может так хорошо реагировать на внешние воздействия, а также очень сложно быстро избегать препятствий.

Наконец, поскольку гелий легче воздуха, он медленно выходит из любой оболочки. Как следствие, баллон необходимо наполнять ежедневно или через день в зависимости от того, насколько герметичен корпус. Также может быть довольно сложно наполнить воздушный шар нужным количеством гелия, чтобы он полностью парил, то есть не падал и не поднимался в высоту. Желательно наполнить шар так, чтобы он был слишком легким, и уравновесить его дополнительным грузом, который можно легко снова снять.