Diri - le ballon d'hélium actionné : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Dans ce Instructable je vais vous guider à travers le processus de création d'un ballon d'hélium autonome qui documente l'espace. Regardez la vidéo:

Le ballon et le boîtier sont fabriqués par nos soins, l'électronique comprend un arduino pro mini, trois moteurs avec accessoires, des capteurs à ultrasons pour la détection d'obstacles, un gyroscope pour la stabilisation et une caméra GoPro pour prendre des photos/vidéos.

Voici les étapes:

1. Obtenez les matériaux

2. Créez le ballon

3. Fabriquez un étui pour l'électronique et attachez-le au ballon

4. Ajoutez l'électronique

5. Le code !

6. Quelques défis lorsque l'on travaille avec des ballons à hélium

Ce instructables est basé sur un projet de recherche de Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) et David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - publié lors de la conférence Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Un merci spécial à Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) pour son aide.

N'hésitez pas à nous envoyer un e-mail si vous avez des questions ou des commentaires!

Étape 1: Matériaux

Matériaux pour le ballon

2 x couvertures en mylar (recherchez « couverture de sauvetage en mylar », devrait être facile à trouver et ne coûte que quelques livres)

1 x ballon mylar

Outils

1 x fer à lisser (au moins 200 °C)

Pour le boîtier

2 x lames de bois de balsa

un cutter laser ou un scalpel d'artisanat

1 cheville en bois d'env. Longueur 50cm (pour fixer les moteurs)

Un peu de colle, j'aime beaucoup l'Epoxy

Les composants électroniques

Arduino pro mini (pourrait être nano aussi je suppose ou quelque chose d'aussi petit)

2 x ponts en H

3 x moteurs avec accessoires (de petits quadricoptères par exemple)

GoPro Hero (idéalement compatible WiFi)

Gyro + Accéléromètre - ITG3200/ADXL345 (j'ai celui-ci:https://www.sparkfun.com/products/10121)

3 x capteurs à ultrasons - Télémètre à ultrasons - LV-MaxSonar-EZ0 (celui-ci bon

Étape 2: fabrication du ballon

Faire le ballon

Selon la quantité de choses que vous souhaitez attacher au ballon, vous devez choisir soigneusement la taille du ballon. Comme les ballons de plus de 90 cm (~30 pouces) sont difficiles à obtenir, j'ai décidé d'en fabriquer un en mylar. Vous pouvez choisir la forme que vous souhaitez, mais j'ai pensé qu'un ballon sphérique tournerait plus facilement. Un ballon d'un diamètre de 130 cm peut transporter environ 360 g.

NB La capacité de transport d'un ballon à l'hélium dépend également de l'altitude de votre emplacement (niveau de la mer), car les capacités de levage de l'hélium dépendent de sa propre densité et de la densité de l'air.

Que faire:

Prenez deux feuilles de Mylar Blanket et découpez un cercle de 130 cm (~ 51 po) dans chacune.

Le fait de chauffer le mylar le rend très fragile et fin. Par conséquent, nous utiliserons le mylar épais supplémentaire d'un ballon mylar normal pour la bordure.

Découpez de petites bandes d'environ 5 cm x 10 cm (2 pouces x 4 pouces) dans votre ballon Mylar épais. Idéalement, ils devraient être légèrement plus larges que votre fer à lisser.

Placez les deux cercles l'un sur l'autre, enroulez les bandes épaisses autour de la bordure et appuyez-les ensemble avec le fer à lisser. Habituellement, après déjà 5 secondes, le Mylar fond. J'ai serré le fer à lisser avec un élastique et l'ai laissé dans cet état pendant 30 à 60 secondes. De cette façon, vous pouvez être à peu près sûr que le Mylar fond partout et qu'il n'y a pas de lacunes. Profitez de cette procédure pour toute la circonférence du ballon (cela prend environ une éternité), à l'exception d'une section, où vous devez laisser un espace pour pouvoir remplir le ballon. Comme vous ne voulez pas vraiment avoir une ouverture simple pour le ballon, vous devez utiliser l'ouverture de l'enveloppe en mylar épaisse, qui a une ouverture à sens unique qui permet facilement le remplissage.

Maintenant, vous avez terminé avec votre enveloppe !

La prochaine chose astucieuse sera le boîtier. Le matériau le plus recommandé est le bois de balsa, en raison de son poids léger.

Étape 3: Faire le cas

Le balsa est le matériau parfait pour un boîtier, car il est joli et très très léger ! Cela a cependant un inconvénient, il n'est pas extrêmement robuste. J'ai réussi à ne pas casser trop de boitiers, c'est assez fiable, il faut juste un peu de prudence. La façon la plus simple de manipuler le balsa est de le couper avec un scalpel.

Soyez créatif et voyez ce que vous aimez ! J'ai expérimenté de nombreuses formes différentes, et les charnières vivantes ont l'air très cool (voir https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Vous pouvez aussi simplement opter pour la boîte standard, cela n'a pas vraiment d'importance, tant que vous pouvez tout placer à l'intérieur et attacher la cheville pour les moteurs.

J'ai décidé de plier la bande de bois de balsa en arc. Vous pouvez le faire en prenant un grand bol rond d'eau fraîchement bouillie et en pliant lentement la bande à l'intérieur. Si vous placez un objet lourd comme une tasse sur le dessus et que vous le laissez pendant 1 à 2 heures dans l'eau, le balsa devrait bien se plier. une fois qu'il est plié, sortez-le et laissez-le sécher (Désolé de ne pas avoir de photos de cela, j'étais probablement trop paresseux pour en prendre). Découpez deux demi-cercles dans le balsa pour les côtés.

Vous pouvez simplement coller le goujon sur le boîtier avec de l'époxy. Assurez-vous que les moteurs sont orientés vers l'avant, de cette façon ils sont les plus forts. Pour le moteur haut/bas, faites deux petits trous au fond de la boîte, fixez le moteur à deux chevilles et passez-les dans les trous. L'ajout d'une autre plaque et la mise en place de celle-ci le rendent beaucoup plus stable (voir photo avec l'électronique).

Étape 4: L'électronique

Les composants

J'ai pensé que ce serait cool d'avoir un ballon qui prend des photos et des vidéos. Je voulais aussi de la détection et de la stabilisation d'obstacles.

J'ai donc ajouté trois capteurs à ultrasons (1); deux pour tout détecter à l'avant gauche et droite et un pour mesurer la distance au plafond. Je n'ai pas eu de problèmes d'interférences (bien que cela soit mentionné dans la fiche technique, alors vous devez utiliser le chaînage voir https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf La seule chose importante était que les capteurs doivent être suffisamment éloignés l'un de l'autre, les cônes ne doivent pas se chevaucher car le sonar provenant des capteurs interfère les uns avec les autres. Cela fait qu'un capteur détecte un obstacle alors qu'en fait c'est juste un autre son de tir de capteur pour faire son travail.

Le gyroscope (2) stabilise le mouvement après le virage. Il est important (contrairement à l'image où tout est simplement jeté dans le boîtier) de choisir un axe (dans mon cas, c'était Z) et de l'aligner autant que possible pour qu'il soit parallèle au sol. Ainsi, la rotation du ballon entraînera le changement de mesure du gyroscope sur la valeur Z uniquement. Évidemment, vous pouvez utiliser des mathématiques sophistiquées autrement, mais cela a très bien fonctionné pour moi. Je viens de coller le capteur sur la planche de balsa et c'était déjà suffisant pour le faire fonctionner.

La GoPro (3) est idéale pour initialiser les images à distance et enfin les H-Bridges (L293D) pour les moteurs + accessoires (4). Les lignes électriques du H-Bridge doivent être connectées directement à la batterie, ne passez pas sur l'arduino car les moteurs font beaucoup de bruit ! Cela peut rendre les lectures des capteurs inutilisables. Mais n'oubliez pas de connecter la masse des ponts en H à l'arduino. De plus, les ponts en H doivent être connectés aux broches PMW pour fonctionner correctement.

Si vous êtes courageux, vous pouvez démonter un câble mini-USB et ajouter la GoPro via le connecteur USB à votre circuit en connectant + au VCC sur votre adruino et à la terre. De cette façon, vous pouvez retirer la batterie de la GoPro et vous économiserez pas mal de poids ! Cela se traduira cependant par moins de temps de fonctionnement. Comme le ballon n'a pas besoin d'alimentation par batterie pour tenir en l'air, la batterie (3,7 V, 1000 mAh c'est bien) dure environ 2h avec des prises de vue occasionnelles. Bizarrement, les mêmes batteries de différentes sociétés peuvent avoir des poids différents, alors essayez d'en obtenir une avec autant de mAh que possible, mais qui soit aussi la plus légère.

Connecter (Composant -> Arduino)

Capteurs à ultrasons

Alimentation + Terre -> Arduino VCC et Terre

BW -> A0, A1, A3 (je ne me souviens pas pourquoi j'ai sauté A2, probablement sans raison)

Gyro+Accéléromètre

Alimentation + Terre -> Arduino VCC et Terre

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

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

Pont en H

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

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

Broche 2 -> Arduino Broche 11

Broche 3 -> Moteur 1.a

Broche 6 -> Moteur 1.b

Broche 7 -> Arduino Broche 10

(idem pour l'autre pont en H avec moteur 2+3)

Ensuite le code !

Étape 5: Programmation

Procédure pas à pas rapide

METTRE EN PLACE

Initialisez tous les codes PIN et les capteurs

BOUCLE

• Premièrement, si le ballon n'a pas bougé pendant un moment, il fait un mouvement vers l'avant (aucun mouvement n'est ennuyeux),

  randommove = 1, vérifiera qu'à la fin de la boucle

• Vérifiez ensuite si la hauteur est toujours correcte (KeepHeight()) et montez ou descendez potentiellement, je la mets à 1m sous le plafond
• S'il y a quelque chose à moins de 150 cm que c'est un obstacle à éviter, alors initialisez le virage
• si les deux capteurs détectent quelque chose à l'avant, le ballon doit reculer
• après avoir tourné, pour éviter la dérive, contre-braquer avec les moteurs pour garder l'orientation et ne plus tourner
• Enfin, exécutez le mouvement vers l'avant et utilisez le gyroscope pour rester droit tout en volant pendant 5 secondes

Je suis presque sûr qu'il existe de meilleures façons d'accomplir ces choses, si vous avez une suggestion, faites-le moi savoir !

Étape 6: Notes finales

Il y a quelques choses que vous devez savoir sur les ballons à l'hélium, voici

DÉFIS LORS DU TRAVAIL AVEC DES BALLONS À HÉLIUM

Bien que j'aime mon Diris, les ballons à l'hélium sont loin d'être parfaits. Le premier défi est d'obtenir un ballon qui a la bonne taille pour soulever tous les composants. Le volume d'un ballon détermine la quantité d'hélium qu'il peut contenir, qui est proportionnelle à la force ascendante. Cela limite considérablement le choix des composants. La plus grande contrainte est la batterie; plus il est léger, moins il durera. Pour pouvoir emporter au moins le microcontrôleur, une batterie et quelques moteurs, un ballon d'hélium a besoin d'un diamètre minimum de 90cm.

Deuxièmement, les ballons remplis d'hélium sont très sensibles à tout changement de débit d'air et de température dans la pièce. Comme les ballons à l'hélium dérivent toujours (c'est-à-dire qu'il n'y a aucun moyen d'être complètement immobile), ils sont fortement affectés par les courants d'air et les courants d'air. Je n'ai pas de très bonnes expériences avec l'utilisation de mes ballons dans des pièces climatisées.

Troisièmement, comme déplacer un ballon d'hélium consiste à modifier l'inertie en actionnant les hélices pour créer une poussée, quelques secondes s'écoulent entre l'initialisation d'un mouvement et le changement de position effectif. En conséquence, le ballon ne peut pas très bien réagir aux influences extérieures et il est également très difficile d'éviter rapidement les obstacles.

Enfin, l'hélium étant plus léger que l'air, il s'échappe lentement de tout type d'enveloppe. En conséquence, le ballon doit être rempli quotidiennement ou tous les deux jours en fonction de l'étanchéité à l'air du boîtier. Il peut également être assez difficile de remplir un ballon avec la bonne quantité d'hélium pour le faire flotter complètement, c'est-à-dire qu'il ne descende ni ne monte en hauteur. Il est conseillé de remplir le ballon de manière à ce qu'il soit trop léger et de l'équilibrer avec un poids supplémentaire, qui peut être retiré facilement.