Diri - der angetriebene Heliumballon - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

In diesem Instructable werde ich Sie durch den Prozess der Erstellung eines autonomen Heliumballons führen, der den Raum dokumentiert. Schaut euch das Video an:

Der Ballon und das Gehäuse sind selbstgebaut, die Elektronik besteht aus einem Arduino Pro Mini, drei Motoren mit Requisiten, Ultraschallsensoren zur Hinderniserkennung, Gyroskop zur Stabilisierung und einer GoPro-Kamera zum Aufnehmen von Bildern/Videos.

Dies sind die Schritte:

1. Holen Sie sich die Materialien

2. Erstellen Sie den Ballon

3. Machen Sie ein Gehäuse für die Elektronik und befestigen Sie es am Ballon

4. Fügen Sie die Elektronik hinzu

5. Der Code!

6. Einige Herausforderungen bei der Arbeit mit Heliumballons

Diese instructables basiert auf einem Forschungsprojekt von Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) und David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - veröffentlicht auf der Ubicomp-Konferenz 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Ein besonderer Dank geht an Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) für seine Hilfe.

Schreiben Sie uns gerne eine E-Mail, wenn Sie Fragen oder Feedback haben!

Schritt 1: Materialien

Materialien für den Ballon

2 x Mylar-Decken (Suche nach "Mylar-Rettungsdecke", sollte leicht zu finden sein und kostet nur ein paar Pfund)

1 x Mylar-Ballon

Werkzeuge

1 x Haarglätter (mindestens 200 °C)

Für das Gehäuse

2 x Balsaholzleisten

ein Laserschneider oder ein Bastelskalpell

1 Holzdübel von ca. 50cm Länge (zum Anbringen der Motoren)

Etwas Kleber, ich mag Epoxy sehr

Die elektronischen Komponenten

Arduino pro mini (könnte auch Nano sein, denke ich oder etwas ebenso Kleines)

2 x H-Brücken

3 x Motoren mit Props (von z. B. kleinen Quadcoptern)

GoPro Hero (idealerweise WiFi-fähig)

Gyro + Beschleunigungsmesser - ITG3200/ADXL345 (ich habe diesen hier:

3 x Ultraschallsensoren - Ultraschall-Entfernungsmesser - LV-MaxSonar-EZ0 (dieser gut

Schritt 2: Herstellung des Ballons

Ballon herstellen

Je nachdem, wie viel Zeug Sie an dem Ballon befestigen möchten, müssen Sie die Größe des Ballons sorgfältig auswählen. Da Ballons über 90 cm schwer zu bekommen sind, habe ich mich entschlossen, meinen eigenen aus Mylar zu machen. Sie können wählen, welche Form Sie möchten, aber ich dachte, dass sich ein kugelförmiger Ballon einfacher drehen wird. Ein Ballon mit einem Durchmesser von 130 cm kann etwa 360 g tragen.

NB Wie viel ein Heliumballon tragen kann, hängt auch von der Höhe Ihres Standorts (Meeresspiegel) ab, da die Hebefähigkeit des Heliums von seiner eigenen Dichte und der Dichte der Luft abhängt.

Was ist zu tun:

Nehmen Sie zwei Blätter Mylar-Decke und schneiden Sie einen Kreis von 130 cm (~ 51 Zoll) aus jedem.

Das Erhitzen des Mylars macht es sehr zerbrechlich und dünn. Daher verwenden wir für die Umrandung das zusätzliche, dicke Mylar aus einem normalen Mylarballon.

Schneiden Sie kleine Streifen von etwa 5 cm x 10 cm (2 Zoll x 4 Zoll) aus Ihrem dicken Mylar-Ballon aus. Idealerweise sollten sie etwas breiter sein als Ihr Glätteisen.

Legen Sie die beiden Kreise übereinander, wickeln Sie die dicken Streifen um den Rand und drücken Sie sie mit dem Glätteisen zusammen. Normalerweise schmilzt das Mylar bereits nach 5 Sekunden. Den Haarglätter habe ich mit einem Gummiband festgeklemmt und 30-60 Sekunden in diesem Zustand gelassen. Auf diese Weise können Sie ziemlich sicher sein, dass das Mylar überall schmilzt und keine Lücken entstehen. Genießen Sie diese Prozedur für den gesamten Umfang des Ballons (dies dauert ungefähr ewig), bis auf einen Abschnitt, an dem Sie eine Lücke lassen müssen, um den Ballon füllen zu können. Da Sie den Ballon nicht wirklich offen haben möchten, sollten Sie die Öffnung der dicken Mylarhülle verwenden, die eine Einwegöffnung hat, die das Befüllen leicht ermöglicht.

Jetzt sind Sie mit Ihrem Umschlag fertig!

Die nächste schlaue Sache wird das Gehäuse sein. Das am besten geeignete Material ist Balsaholz, da es leicht ist.

Schritt 3: Den Fall herstellen

Balsaholz ist das perfekte Material für ein Gehäuse, da es schön aussieht und sehr sehr leicht ist! Das hat jedoch einen Nachteil, es ist nicht sehr robust. Ich habe es geschafft, nicht zu viele Fälle zu zerstören, es ist ziemlich zuverlässig, es braucht nur ein bisschen Vorsicht. Balsa lässt sich am einfachsten mit einem Skalpell bearbeiten.

Seien Sie einfach kreativ und sehen Sie, was Ihnen gefällt! Ich habe mit vielen verschiedenen Formen experimentiert und lebende Scharniere sehen sehr cool aus (siehe https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Sie können auch einfach die Standardbox wählen, es spielt keine Rolle, solange Sie alles hineinlegen und den Dübel für die Motoren anbringen können.

Ich beschloss, den Balsaholzstreifen zu einem Bogen zu biegen. Sie können das tun, indem Sie eine große runde Schüssel mit frisch gekochtem Wasser nehmen und den Streifen darin langsam biegen. Wenn Sie einen schweren Gegenstand wie einen Becher darauf stellen und 1-2 Stunden im Wasser lassen, sollte sich der Balsa schön biegen. Sobald es gebogen ist, nehmen Sie es heraus und lassen Sie es trocknen (Entschuldigung, dass ich keine Bilder davon habe, ich war wahrscheinlich zu faul, um welche zu machen). Für die Seiten zwei Halbkreise aus dem Balsaholz ausschneiden.

Sie können den Dübel einfach mit Epoxy auf das Gehäuse kleben. Stellen Sie sicher, dass die Motoren nach vorne zeigen, damit sie am stärksten sind. Für den Auf-/Ab-Motor machen Sie zwei kleine Löcher am Boden der Box, befestigen Sie den Motor an zwei Dübeln und stecken Sie sie durch die Löcher. Das Hinzufügen einer weiteren Platte und das Durchziehen der Platte macht sie viel stabiler (siehe Bild mit der Elektronik).

Schritt 4: Die Elektronik

Die Komponenten

Ich dachte, es wäre cool, einen Ballon zu haben, der Bilder und Videos aufnimmt. Ich wollte auch eine Hinderniserkennung und Stabilisierung.

Deshalb habe ich drei Ultraschallsensoren (1) hinzugefügt; zwei, um alles vorne links und rechts zu erkennen und einer, um den Abstand zur Decke zu messen. Ich hatte keine Probleme mit Interferenzen (obwohl es im Datenblatt erwähnt wird, dann müssen Sie Verkettung verwenden siehe https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Das einzig Wichtige war das Die Sensoren müssen ausreichend auseinander zeigen, die Kegel dürfen sich nicht überlappen, da sich das von den Sensoren kommende Sonar gegenseitig stört. Dadurch erkennt ein Sensor ein Hindernis, obwohl es eigentlich nur ein anderer Sensor ist, der seine Aufgabe abfeuert.

Das Gyrsocop (2) stabilisiert die Bewegung nach dem Drehen. Wichtig ist (anders als auf dem Bild, wo alles nur in das Gehäuse geworfen wird), dass Sie eine Achse (in meinem Fall war es Z) gewählt haben und diese so weit wie möglich parallel zum Boden ausrichten. Die Drehung des Ballons führt also dazu, dass das Gyroskop nur eine Änderung des Z-Werts misst. Natürlich kann man auch sonst etwas ausgefallene Mathematik verwenden, aber das hat bei mir super funktioniert. Ich habe den Sensor einfach auf das Balsaholzbrett geklebt und das war schon genug, damit es funktioniert.

Die GoPro (3) eignet sich hervorragend zum Initialisieren von Bildern aus der Ferne und schließlich die H-Brücken (L293D) für die Motoren + Props (4). Die Stromleitungen der H-Bridge müssen direkt an die Batterie angeschlossen werden, gehen Sie nicht über das Arduino, da die Motoren viel Lärm erzeugen! Dadurch können die Messwerte der Sensoren unbrauchbar werden. Denken Sie jedoch daran, die Masse der H-Brücken mit dem Arduino zu verbinden. Darüber hinaus müssen H-Brücken mit PMW-Pins verbunden sein, um richtig zu funktionieren.

Wenn Sie mutig sind, können Sie ein Mini-USB-Kabel auseinandernehmen und die GoPro über den USB-Anschluss zu Ihrem Stromkreis hinzufügen, indem Sie + an VCC an Ihrem Adruino und Masse anschließen. So kannst du den Akku der GoPro entnehmen und sparst einiges an Gewicht! Dies führt jedoch zu einer geringeren Betriebszeit. Da der Ballon keine Akkuleistung benötigt, um in der Luft mitzuhalten, hält der Akku (3,7 V, 1000mAh gut) ca. 2h mit gelegentlichen Aufnahmen. Seltsamerweise können die gleichen Akkus von verschiedenen Herstellern unterschiedliche Gewichte haben. Versuchen Sie also, einen mit so viel mAh wie möglich zu bekommen, der aber auch am leichtesten ist.

Verbinden (Komponente -> Arduino)

Ultraschallsensoren

Power+Ground -> Arduino VCC und Ground

BW -> A0, A1, A3 (erinnere mich nicht, warum ich A2 übersprungen habe, wahrscheinlich kein Grund)

Gyro+Beschleunigungsmesser

Power+Ground -> Arduino VCC und Ground

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

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

H-Brücke

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

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

Pin 2 -> Arduino-Pin 11

Pin 3 -> Motor 1.a

Pin 6 -> Motor 1.b

Pin 7 -> Arduino-Pin 10

(gleiches gilt für die andere H-Brücke mit Motor 2+3)

Als nächstes der Code!

Schritt 5: Programmierung

Kurzanleitung

ERSTELLEN

Initialisieren Sie alle PINs und die Sensoren

SCHLEIFE

• Erstens, wenn sich der Ballon eine Weile nicht bewegt hat, macht er eine Vorwärtsbewegung (keine Bewegung ist langweilig),

  randommove = 1, prüft, ob am Ende der Schleife

• Dann überprüfen Sie, ob die Höhe noch in Ordnung ist (KeepHeight()) und gehen Sie möglicherweise nach oben oder unten, ich stelle sie auf 1 m unter der Decke ein
• Wenn etwas näher als 150 cm ist, ist es ein Hindernis, das es zu vermeiden gilt, also initialisieren Sie das Abbiegen
• wenn beide Sensoren vorne etwas erkennen, soll der Ballon nach hinten fliegen
• nach dem Wenden, um ein Abdriften zu vermeiden, mit den Motoren gegensteuern, um die Orientierung zu behalten und nicht mehr zu drehen
• Führen Sie schließlich die Vorwärtsbewegung aus und verwenden Sie den Gyro, um 5 Sekunden lang beim Fliegen gerade zu bleiben

Ich bin mir ziemlich sicher, dass es bessere Möglichkeiten gibt, diese Dinge zu erreichen, wenn Sie einen Vorschlag haben, lassen Sie es mich bitte wissen!

Schritt 6: Abschließende Hinweise

Es gibt ein paar Dinge, die Sie über Heliumballons wissen müssen, hier sind:

HERAUSFORDERUNGEN BEI DER ARBEIT MIT HELIUM-BALLONS

Obwohl ich meine Diris liebe, sind Heliumballons alles andere als perfekt. Die erste Herausforderung besteht darin, einen Ballon zu erhalten, der die richtige Größe hat, um alle Komponenten anzuheben. Das Volumen eines Ballons bestimmt, wie viel Helium er aufnehmen kann, was proportional zur Aufwärtskraft ist. Dies schränkt die Auswahl der Komponenten erheblich ein. Die größte Einschränkung ist die Batterie; je leichter es ist, desto kürzer hält es. Um zumindest den Mikrocontroller, einen Akku und einige Motoren tragen zu können, benötigt ein Heliumballon einen Mindestdurchmesser von 90cm.

Zweitens reagieren mit Helium gefüllte Ballons sehr empfindlich auf Luftströmungen und Temperaturänderungen im Raum. Da Heliumballons immer driften (d.h. es gibt keine Möglichkeit, ganz still zu sein), werden sie von Luftströmungen und Zugluft stark beeinflusst. Ich habe keine sehr guten Erfahrungen mit der Verwendung meiner Ballons in klimatisierten Räumen.

Da drittens das Verschieben eines Heliumballons darin besteht, die Trägheit zu ändern, indem die Propeller betätigt werden, um einen Schub zu erzeugen, vergehen zwischen der Initialisierung einer Bewegung und der tatsächlichen Positionsänderung einige Sekunden. Dadurch kann der Ballon nicht so gut auf äußere Einflüsse reagieren und es ist auch sehr anspruchsvoll, Hindernissen schnell auszuweichen.

Da Helium schließlich leichter als Luft ist, entweicht es langsam aus jeder Art von Hülle. Als Konsequenz muss der Ballon täglich oder jeden zweiten Tag nachgefüllt werden, je nachdem wie luftdicht die Hülle ist. Es kann auch ziemlich schwierig sein, einen Ballon mit der richtigen Menge Helium zu füllen, damit er vollständig schwebt, d. h. weder fällt noch in die Höhe steigt. Es empfiehlt sich, den Ballon zu leicht zu befüllen und mit einem zusätzlichen Gewicht auszugleichen, das sich leicht wieder abnehmen lässt.