Реклама
Arduino

Электронный тестер древка стрелы

Реклама

В этой статье описывается конструкция электронного тестера древка стрелы (для стрельбы из лука). Тестер древка стрел измеряет жесткость стрел. Это помогает лучнику изготавливать стрелы с одинаковыми характеристиками, которые будут стрелять стабильно.

Большинство коммерческих и любительских тестеров древка стрелы состоят из двух опор, расположенных на расстоянии 26 дюймов или 28 дюймов друг от друга, веса 2 фунта или 1,94 фунта, для подвешивания посередине стрелы, и индикатора.

Добавление электроники позволяет использовать другие подходы к тестированию и облегчает введение в инструмент других функций.

Инструменты и материалы:
-Ардуино:
-Бруски деревянные;
-Инструмент для деревообработки;
-Инструмент для металлообработки;
-Инструмент для пайки;
Все остальные материалы для реализации этого проекта будут представлены в последующих шагах.

Шаг первый: древко
Когда стрела выпускается из лука, она не остается прямой, она фактически изгибается и колеблется из стороны в сторону. Колебания могут быть в разную сторону с разной амплитудой и т.д. Если стрела плохо подходит для лука, она будет отклоняться влево или вправо, или, в худшем случае, ударять по луку и отскакивать от него случайным образом.
Главный фактор стрелы для этого параметра, это ее гибкость.
При прочих равных, стрелы с одинаковым параметром будут стрелять одинаково из одного лука. Возможность проверить древко, которое будет использоваться для ее изготовления, значительно упрощает производство унифицированных стрел, которые хорошо подходят для конкретного лука.

Шаг второй: виды стрел и стандарты измерений
По мере того как стрельба из лука стала хобби, а производство стрел стало промышленным, желательным стал стандартизированный метод измерения гибкости стрел. Для измерения древка стрел на протяжении многих лет использовалось множество стандартов и единиц, но они традиционно основывались вокруг концепции размещения стрелы на двух опорах на известном расстоянии друг от друга (например, двух гвоздей) и подвешивания груза на середине стрелы. Прогиб стрелы пропорционален ее гибкости.

Первыми стрелами изготовленными по стандартам были деревянные стрелы и они соответствовали американским «длинным лукам», также известным как американские плоские луки.

Стандарт рассчитывался путем деления натяжения лука на прогиб стрелы длинной 26 дюймов с подвешенным грузом 2 фунта.
Например, стрела прогнулась на 1 дюйм, значит натяжение должно быть (26/1 = 26) 26 фунтов. Если стрела прогнулась на 0,5 дюймов,значит натяжение должно быть (26 / 0,5 = 52) 52 фунта, и так далее.
(1 дюйм = 2,5 см, 1 фунт = 453 грамма).

Первой попыткой чего-то более рационального было использование подставок для стрел на расстоянии 26 дюймов и 2 фунта груза, подвешенного посередине.

Стрела с древком 500 была стрелой, которая при опоре на 26-дюймовые опоры и с грузом в 2 фунта, подвешенным к ней посередине, имела отклонение в 500 тысячных дюйма. Этот стандарт позволял повторно использовать существующее оборудование для измерения стрел, и был намного более точным, чем старые стандарты. Любая стрела 500 соответствует любой другой стреле 500.

Примерно в то же время, когда начали появляться стрелы из карбона и углерода / алюминия, был изменен стандарт. Теперь стандарт такой: стрела на 500 теперь прогибается на 500 тысячных дюйма при опоре в центре 28 дюймов с весом 1,94 фунта, подвешенным к середине. Это текущая спецификация стрел стандарта ATA.

Cartel — это корейская компания, специализирующая на производстве оборудования для стрельбы из лука. Компания находится вне сферы американского влияния и стандарты у нее другие. Стандарт компании — это вес в граммах, необходимый для прогиба древка стрелы на 20 мм, когда расстояние между точками 500 мм.

Шаг третий: электронный тестер
Электронный тестер использует другой подход к механическим тестерам. Опоры на расстоянии 28 дюймов по-прежнему используются, но вместо того, чтобы подвешивать груз на стреле и измерять отклонение, электронный тестер использует идею измерения нагрузки, необходимой для создания стандартного отклонения.

Степень отклонения стрелки легко контролировать, обеспечив упор.
Например, стрела с древком 500 по определению отклонится на ½ дюйма с грузом в 1,94 фунта, свисающим с нее. И наоборот, если стрелка 500 прогибается вручную на 1/2 дюйма, ей потребуется сила 1,94 фунта. Таким образом, общая сила 1,94 фунта (или 880 г) будет разделена между опорами для стрел, примерно по 440 г на каждую.

Механизм тестера состоит в том, чтобы нажав на центр стрелки, отклонить ее на ½ дюйма, считать силы, превышающие вес стрелы на опорах, и арифметически преобразовать их в число древка с помощью программного обеспечения в Arduino.

Модель стрелы 500 используется в программном обеспечении в качестве стандартной, сила 880г на опорах = 500 стандарту. Остальные параметры стрел являются пропорциональными. Например, сила 440 г будет соответствовать стандарту 1000 стрелы, сила 1760 — стандарту 250.
При использовании электроники легко устанавливать и другие функции. Например, вес стрелы, расчет центра тяжести, коэффициенты преобразования различных стандартов, подключение к другим электронным приборам.

В дополнение к этим функциям, у электронного тестера есть и другие преимущества перед чисто механическими устройствами.
Он более компактный и портативный.

Возможность уменьшения измеряемой длины стрелы. Более короткий тестер менее громоздок и может использоваться с более короткими стрелками, но имеет недостаток, заключающийся в том, что древко не измеряется по всей длине.
Электронный тестер дешевле в производстве.
Он более надежный.

Шаг четвертый: конструктивные особенности
Это руководство дает подробные инструкции по сборке электронного тестера. Эта версия может быть упрощена. Некоторые размеры тестера имеют решающее значение, другие просто выбраны для удобства и могут быть изменены по желанию.

В стрельбе из лука обычно используются имперские единицы (т.е. дюймы, фунты,). Отчасти это связано с традициями, а отчасти с доминированием американских производителей. В результате некоторые размеры должны быть в британской системе мер (или, по крайней мере, имеет смысл измерять их только в британской системе мер), тогда как другие являются метрическими (например, крепления для тензодатчиков всегда имеют метрическую резьбу).

Внутренне программное обеспечение работает в метрических единицах для удобства расчетов, но интерфейс в имперских единицах измерения, чтобы соответствовать измерениям, с которыми знакомо большинство лучников.
Программное обеспечение работает на микроконтроллере Arduino. В планах указана Arduino Nano, но в принципе подойдет любая Arduino (хотя, вероятно, потребуются изменения схемы и программного обеспечения).

Сборка предполагает предполагает, что пользователь знаком с Arduino и средой программного обеспечения Arduino.

Шаг пятый: механическая часть
Инструмент для измерения древка состоит из двух одинаковых концевых деталей (цоколей), опор для стрелы, и центральной детали с упором для стрелы. Они крепятся к двум деревянным рейкам.

В рекомендациях ATA указано, что опоры должны обеспечивать свободный осевой ход стрелки. Опорные стержни поддерживаются шарикоподшипниками, чтобы обеспечить свободное перемещение.

Цоколи должны быть как можно более жесткими по вертикали. Каждая тысячная дюйма изгиба цоколей непосредственно приводит к погрешности при считывании.

Также важно, чтобы при установке на деревянные направляющие расстояние между опорными роликами стрелы составляло ровно 28 дюймов.
Под стрелой находятся датчики веса, используемые для измерения направленной вниз силы, и интерфейсная плата HX711 для взаимодействия с Arduino.

Средняя планка — это просто опора для центрального упора. Конструкция не критична, за исключением того, что она должна быть максимально жесткая по вертикали.
Упор должен быть ровно на полдюйма ниже нижней части стрелы. Такую точность можно добиться, если сделать упор с регулировкой.

Сборка производится согласно чертежам.

Список механических деталей в формате Open Document Text прилагается.
MechanicalPartsList.odt
Алюминиевые пластины 125 мм x 125 мм, изготавливаются в соответствии с чертежами
Размер 125 мм x 125 мм выбран из-за удобства размещения датчика веса и интерфейсной платы HX711.Положение и размер некоторых отверстий определяется размерами и положением монтажных отверстий других деталей, например, тензодатчиков и концевых опор вала.
Ячейки датчиков должны иметь прокладки, чтобы они могли изгибаться во время работы. Важно отметить, что верхняя пластина торцевых цоколей имеет зазор 2 мм над деревянными направляющими. Этот зазор позволяет тензодатчикам изгибаться. Единственное соединение между верхней пластиной и нижней частью — это датчик веса. Толщина распорок выбирается так, чтобы обеспечить этот зазор.
Если используются весоизмерительные ячейки других размеров, необходимо будет изменить конструкцию.

Концевые опоры — это опоры для вала станка ЧПУ и их легко найти в продаже.
Упор представляет собой болт М10 со срезанной головкой. Он устанавливается вертикально через верхнюю и нижнюю пластины центральной детали.

опорного стержня. Удочка (и, как следствие, расстояние между SK16) должно быть достаточно широким, чтобы оставлять зазор для оперения, но стрелка должна быть в центре для хороших измерений.

На чертеже показаны необходимые детали для резки, сверления и нарезания резьбы.
Обратите внимание на следующие условные обозначения:
CSK — потайной
ϕx — диаметр x (например, ϕ5 = отверстие диаметром 5 мм)
Mx — просверлено соответствующее отверстие, затем нарезан метрический размер Mx (например, M5 означает метрическую резьбу с резьбой 5 мм)
Размеры указаны в миллиметрах, если не указано «(дюймы)».

Шаг шестой: электроника
Список электронных деталей в формате Open Document Text прилагается.
ElectronicsPartsList.odt
Arduino Nano была выбрана из-за небольшого размера. Для пользовательского интерфейса используется ЖК-дисплей 2×16. Для питания используется батарея 9 В.

Кнопки без фиксации используются для управления устройством.
На схемах электроника показана в виде принципиальной схемы, макетной платы и макета на плате Vero.
Схема должна быть собрана на плате и установлена в корпусе с батареей 9 В, экраном и кнопками управления.
Блок управления может быть постоянно подключен к тестеру или подключаться с помощью разъема. В Arduino необходимо предварительно загрузить «безопасное» программирование (например, демонстрационную программу «Blink») и программное обеспечение для проверки, загруженное после сборки.

Поставляемое программное обеспечение готово и протестировано. Скачать его можно ниже.
ArrowSpine.ino

Шаг седьмой: калибровка
Перед первым использованием тестера и после любых механических изменений его необходимо откалибровать.
Стрелочные опоры должны находиться точно в 28 дюймах друг от друга, а центральный цоколь — ровно посередине. Ослабьте зажимные болты и отрегулируйте расстояние как можно точнее.

Центральный упор должен быть ровно на полдюйма ниже высоты стрелки. В качестве шаблона, при установки этого расстояния, можно воспользоваться сверлом на пол дюйма или полудюймовый шарикоподшипник. Они легкодоступны, дешевы и производятся с очень высокими допусками.

Шаг восьмой: первое включение
Тестер имеет четыре кнопки.
Кнопки используют долгое и короткое нажатие для активации различных функций:
Переключатель включения / выключения питания
Кнопка 1 — ОК
Кнопка 2 —
Короткое нажатие — вычислить значение древка
Длительное нажатие — изменение методологии / единиц измерения древка
Кнопка 3 —
Короткое нажатие — вычислить центр тяжести
Длительное нажатие — калибровка
В определенных обстоятельствах кнопки 2 и 3 выполняют функции вверх / вниз (например, увеличение / уменьшение длины стрелы). Перед использованием тензодатчики необходимо также откалибровать.
Калибровка в основном устанавливает нулевое показание датчиков, а затем устанавливает коэффициент умножения, который используется для масштабирования выходных данных датчиков до известного веса.
Калибровка хранятся в памяти Arduino, поэтому калибровка теоретически необходима только перед первоначальным использованием. Однако ее также следует выполнять после механических изменений или обновлений программного обеспечения.
Калибровка выполняется путем размещение заведомо исправной калибровочной гири 1 кг на каждом датчике по очереди.

Шаг девятый: работа устройства
При включении тестер загружается, затем он просит пользователя поместить стрелу на тестер и нажать OK.
После нажатия ОК начинается измерение древка; стрела должна быть прижата к центральному упору. После стабилизации положения на экране будет отображено значение стрелы.
Затем помещаем на стенд следующую стрелу и нажимаем ОК.

При нажатии кнопки усреднения древка последние шесть показаний усредняются. На экране отображается среднее значение, максимальное значение и максимальный угол поворота.

Программное обеспечение предполагает, что все шесть последних показаний были сняты с одной и той же стрелы, причем стрела каждый раз поворачивалась на 60 градусов. Самым первым показанием считается 0 градусов.

С помощью следующей кнопки можно конвертировать значения в другие единицы.

При нажатии кнопки «Вес стрелки и центр тяжести» включается соответствующий режим. Когда стрелка помещается на тестер, отображается вес и центр тяжести.

Вес стрелки отображается в гранах (1 гран = 0.0648 грамм), а центр тяжести отображается в процентах перед центром стрелки. При вычислении центра тяжести в программу нужно ввести положение и длину стрелы. Условием для положения стрелы является то, что задняя часть стержня стрелы должна быть помещена непосредственно на одну из опор.

Длину стрелы можно отрегулировать с помощью кнопок 2 и 3 (длинное нажатие — это дюймы, короткое нажатие — доли дюйма) и нажатие OK для установки. Эта длина используется для всех будущих расчетов центра тяжести до отключения питания.

После периода бездействия Arduino и тензодатчики переводятся в режим пониженного энергопотребления, а дисплей частично отключается для экономии заряда батареи.

При нажатии кнопки ОК тестер выходит из спящего режима, и его можно использовать снова.
Все готово, а для более подробной информации перейдите по ссылке в конце статьи.

Источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть