Diri - o balão de hélio ativado: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Neste Instructable, irei acompanhá-lo no processo de criação de um balão de hélio autônomo que documenta o espaço. Dê uma olhada no vídeo:

O balão e a caixa são de fabricação própria, a eletrônica compreende um arduino pro mini, três motores com adereços, sensores ultra-sônicos para detecção de obstáculos, giroscópio para estabilização e uma câmera GoPro para tirar fotos / vídeos.

Estas são as etapas:

1. Obtenha os materiais

2. Crie o balão

3. Faça um estojo para os eletrônicos e prenda-o ao balão

4. Adicione os eletrônicos

5. O código!

6. Alguns desafios ao trabalhar com balões de hélio

Este instructables é baseado em um projeto de pesquisa de Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) e David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk / people / ndk37 / - [email protected]) - publicado na conferência Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM) Um agradecimento especial a Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) por sua ajuda.

Sinta-se à vontade para nos enviar um e-mail se tiver dúvidas ou comentários!

Etapa 1: Materiais

Materiais para o balão

2 x cobertores de Mylar (procure por "cobertor de resgate de mylar", deve ser fácil de encontrar e custa apenas alguns quilos)

1 x balão Mylar

Ferramentas

1 x alisador de cabelo (pelo menos 200 ° C)

Para o Invólucro

2 x tiras de madeira Balsa

um cortador a laser ou um bisturi artesanal

1 cavilha de madeira com ca. Comprimento de 50 cm (para anexar os motores)

Um pouco de cola, eu gosto muito de epóxi

Os componentes eletrônicos

Arduino pro mini (também pode ser nano ou algo igualmente pequeno)

2 x H-Bridges

3 x motores com adereços (por exemplo, pequenos quadricópteros)

GoPro Hero (idealmente compatível com WiFi)

Gyro + acelerômetro - ITG3200 / ADXL345 (eu tenho este aqui:

3 x sensores ultrassônicos - Telêmetro ultrassônico - LV-MaxSonar-EZ0 (este é bom

Etapa 2: fazendo o balão

Fazendo o balão

Dependendo de quanto material você deseja anexar ao balão, você deve escolher cuidadosamente o tamanho do balão. Como balões com mais de 90 cm (~ 30 pol.) São difíceis de conseguir, decidi fazer o meu próprio com Mylar. Você pode escolher a forma que quiser, mas achei que um balão esférico ficará mais fácil. Um balão de 130 cm de diâmetro pode carregar cerca de 360 g.

Nota: O quanto um balão de hélio pode carregar também depende da altitude do local (nível do mar), porque a capacidade de elevação do hélio depende de sua própria densidade e da densidade do ar.

O que fazer:

Pegue duas folhas de Mylar Blanket e corte um círculo de 130 cm (~ 51 pol.) De cada uma.

Aquecer o mylar torna-o muito frágil e fino. Portanto, usaremos o mylar espesso adicional de um balão mylar normal para a borda.

Corte pequenas tiras, cerca de 5 cm x 10 cm (2 polegadas x 4 polegadas) de seu balão Mylar grosso. Idealmente, eles devem ser ligeiramente mais largos do que a chapinha.

Coloque os dois círculos um em cima do outro, enrole as tiras grossas ao redor da borda e pressione-as juntas com o alisador de cabelo. Normalmente, após 5 segundos, o Mylar derrete. Prendi o alisador de cabelo com um elástico e deixei assim por 30-60 segundos. Desta forma, você pode ter certeza de que o Mylar derrete e não há lacunas. Aproveite este procedimento para toda a circunferência do balão (isso leva aproximadamente uma eternidade), exceto uma seção, onde você deve deixar uma lacuna para poder encher o balão. Como você realmente não quer uma abertura plana para o balão, você deve usar a abertura do envelope de mylar grosso, que tem uma abertura unilateral que permite o enchimento facilmente.

Agora você concluiu o seu envelope!

A próxima coisa astuta será o invólucro. O material mais aconselhável é a madeira balsa, pela sua leveza.

Etapa 3: Defendendo o caso

A madeira balsa é o material perfeito para uma caixa, pois tem um bom aspecto e é muito leve! No entanto, isso tem uma desvantagem: não é extremamente robusto. Consegui não quebrar muitos cases, é bem confiável, só precisa de um pouco de cuidado. A maneira mais fácil de manusear a balsa é cortá-la com um bisturi.

Basta ser criativo e ver do que você gosta! Eu experimentei muitas formas diferentes, e as dobradiças vivas parecem muito legais (veja https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Você também pode ir para a caixa padrão, isso realmente não importa, contanto que você possa colocar tudo dentro e prender o passador para os motores.

Decidi dobrar a tira de madeira balsa em um arco. Você pode fazer isso pegando uma tigela grande e redonda de água recém fervida e dobrando lentamente a tira dentro dela. Se você colocar um objeto pesado como uma caneca em cima e deixá-lo por 1-2 horas na água, a balsa deve dobrar bem. quando estiver dobrado, retire e deixe secar (desculpe por não ter nenhuma foto disso, provavelmente eu estava com preguiça de tirar algumas). Corte dois semicírculos da madeira balsa para os lados.

Você pode apenas colar o pino na caixa com epóxi. Certifique-se de que os motores estejam voltados para a frente, dessa forma eles são os mais fortes. Para o motor de subida / descida, faça dois pequenos orifícios no fundo da caixa, prenda o motor a dois pinos-guia e coloque-os nos orifícios. Adicionar outra placa e passá-la também a torna muito mais estável (veja a foto com a parte eletrônica).

Etapa 4: os eletônicos

Os componentes

Achei que seria legal ter um balão que está tirando fotos e fazendo vídeos. Eu também queria alguma detecção e estabilização de obstáculos.

Portanto, adicionei três sensores ultrassônicos (1); dois para detectar tudo na frente esquerda e direita e um para medir a distância até o teto. Não tive problemas com interferência (embora seja mencionado na folha de dados, então você precisa usar o encadeamento, consulte https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf A única coisa importante é que os sensores devem apontar suficientemente separados, os cones não devem se sobrepor, pois o sonar proveniente dos sensores interfere um no outro. Isso faz um sensor detectar um obstáculo quando na verdade é apenas outro sensor disparando som para fazer o seu trabalho.

O giroscópio (2) estabiliza o movimento após o giro. O importante é (ao contrário do mostrado na imagem onde tudo é apenas jogado na caixa), que você escolha um eixo (no meu caso foi Z) e alinhe-o tanto quanto possível para que fique paralelo ao solo. Portanto, a rotação do balão resultará na alteração da medição do giroscópio apenas no valor Z. Obviamente, você pode usar um pouco de matemática sofisticada, mas funcionou muito bem para mim. Acabei de prender o sensor na placa de balsa e já foi o suficiente para fazer funcionar.

A GoPro (3) é ótima para inicializar imagens remotamente e finalmente as H-Bridges (L293D) para os motores + adereços (4). As linhas de força do H-Bridge devem ser conectadas diretamente na bateria, não passe pelo arduino porque os motores produzem muito ruído! Isso pode tornar as leituras dos sensores inutilizáveis. Mas lembre-se de conectar o aterramento das H-Bridges ao arduino. Além disso, as pontes H devem ser conectadas aos pinos PMW para funcionar corretamente.

Se você for corajoso, pode desmontar um cabo Mini-USB e adicionar a GoPro através do conector USB ao seu circuito conectando + ao VCC em seu adruino e no solo. Dessa forma, você pode retirar a bateria da GoPro e economizar bastante peso! Porém, isso resultará em menos tempo de operação. Como o balão não precisa de bateria para se manter no ar, a bateria (3,7 V, 1000mAh é boa) dura cerca de 2h com fotos ocasionais. Estranhamente, as mesmas baterias de empresas diferentes podem ter pesos diferentes, então tente comprar uma com o máximo de mAh possível, mas que também seja a mais leve.

Conectar (Componente -> Arduino)

Sensores Ultrassônicos

Power + Ground -> Arduino VCC e Ground

BW -> A0, A1, A3 (não me lembro porque pulei A2, provavelmente sem motivo)

Gyro + Acelerômetro

Power + Ground -> Arduino VCC e Ground

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

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

H-Bridge

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

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

Pino 2 -> Arduino Pino 11

Pino 3 -> Motor 1.a

Pino 6 -> Motor 1.b

Pino 7 -> Arduino Pino 10

(o mesmo vale para a outra ponte H com motor 2 + 3)

A seguir o código!

Etapa 5: Programação

Passo a passo rápido

CONFIGURAR

Inicialize todos os PINs e os sensores

CICLO

• Primeiro, se o balão não se mover por um tempo, ele faz um movimento para frente (nenhum movimento é chato),

  randommove = 1, irá verificar que no final do loop

• Em seguida, verifique se a altura ainda está ok (KeepHeight ()) e, potencialmente, para cima ou para baixo, eu defini para 1m abaixo do teto
• Se houver algo mais próximo do que 150 cm do que é um obstáculo a ser evitado, inicie o giro
• se ambos os sensores detectarem algo na frente, o balão deve ir para trás
• após virar, para evitar deriva, faça a contra-direção com os motores para manter a orientação e não girar mais
• Por fim, execute o movimento para a frente e use o giroscópio para manter a linha reta enquanto voa por 5 segundos

Tenho certeza de que existem maneiras melhores de conseguir essas coisas. Se você tiver uma sugestão, por favor, me avise!

Etapa 6: Notas Finais

Existem algumas coisas que você precisa saber sobre balões de hélio, aqui estão

DESAFIOS AO TRABALHAR COM BALÕES DE HELIUM

Embora eu ame meu Diris, os balões de hélio estão longe de ser perfeitos. O primeiro desafio é conseguir um balão que tenha o tamanho certo para levantar todos os componentes. O volume de um balão determina a quantidade de hélio que ele pode conter, o que é proporcional à força para cima. Isso restringe significativamente a escolha dos componentes. A maior limitação é a bateria; quanto mais leve for, mais curto vai durar. Para poder carregar pelo menos o microcontrolador, uma bateria e alguns motores, um balão de hélio precisa de um diâmetro mínimo de 90cm.

Em segundo lugar, os balões cheios de hélio são muito sensíveis a qualquer fluxo de ar e mudanças de temperatura na sala. Como os balões de hélio sempre derivam (ou seja, não há como ficar completamente parados), eles são fortemente afetados por quaisquer correntes de ar e correntes de ar. Não tenho experiências muito boas com o uso de meus balões em quartos com ar-condicionado.

Em terceiro lugar, porque o deslocamento de um balão de hélio consiste em alterar a inércia acionando as hélices para criar um impulso, alguns segundos se passam entre a inicialização de um movimento e a mudança real de posição. Como resultado, o balão não consegue reagir tão bem às influências externas e também é muito difícil evitar obstáculos rapidamente.

Finalmente, como o hélio é mais leve que o ar, ele escapa lentamente de qualquer tipo de invólucro. Como consequência, o balão deve ser reabastecido diariamente ou em dias alternados, dependendo de quão à prova de ar o invólucro é. Também pode ser bastante desafiador encher um balão com a quantidade certa de hélio para torná-lo totalmente flutuante, ou seja, sem cair nem subir em altura. É aconselhável encher o balão de forma que fique muito leve e equilibrá-lo com um peso adicional, que pode ser retirado facilmente.