簡介

2003年，ETHOS (Experimental Torsion Hybrid Onager System）團隊成立并參加了慈善機構組織的“南瓜投擲”比賽，目的在于有朝一日可以參加“南瓜投擲”世界錦標賽。每年在美國各地區的賽事中，個人及團隊都需開發投南瓜裝備，并使發射距離盡可能遠。

ETHOS團隊參加比賽，選擇了一種稱為Onager的彈射器，這是一種由捆扭繩提供動力的單臂扭轉彈射器。古代希臘人最初將它作為火炮，由木頭和鐵構成，并使用筋條或馬毛將之捆綁束縛在一起。團隊在David Mollenhauer的帶領下，用現代材料、計算機輔助設計和仿真工具在這種古老的設備上進行了創新。為獲得世界錦標賽的邀請，團隊還需設計并構建出一臺能超越之前世界記錄的設備，即投擲8磅南瓜至2000英尺以上距離的設備。

完成了最初的設計與分析之后，作為概念驗證，團隊構建并測試了一個1/10規模大小的設備模型。為了將捆綁束固定到設備框架上，團隊嘗試了多種不同材料類型的繩子，如尼龍、聚酯纖維，并組合搭配了各種絞繩結構，如扭轉的或雙層編織的。

為了構建設備的框架，團隊尋求社會捐贈，并獲得了許多大面積高強度的纖維玻璃面板。捐贈物品包括繩子、玻璃布、石墨含氧樹脂棒等其它材料，當地一家機械商店也提供了數小時的精密加工。使用這些材料對設計進行優化后，團隊構建并成功測試了1/4規模的彈射器。同年晚些時候，團隊開始著手構建全規模的參賽設備，并且在兩年后完成了任務。

挑戰

2008年，ETHOS首次獲得入選國家錦標賽的資格。在比賽的第一輪，該團隊投擲了1190英尺，獲得了第三名。這次投擲比賽后，他們發現捆綁的繩子會滑動，需要做一個額外的防滑調整。

在第二次投擲比賽中的裝配階段，災難發生了。框架的設計負荷超標，導致設備的框架構建失敗，彈射器崩塌。幸運的是，沒有人受傷，且設備的關鍵部分也沒有遭到嚴重損壞，包括獨一無二、不可替代的投擲臂。團隊無法嘗試更多發射，最終在6組隊伍中排名第4而被淘汰。ETHOS團隊立誓要重整團隊、重建隊伍，并且在來年再次參賽。

在之后一年的工作中，他們設計并構建了一種新型的鋼鐵、碳化纖維的復合材料架構和定制拖車，ETHOS團隊再一次進入了全國錦標賽。新型設備包含一個1200磅重的絞車，團隊對這次的構造十分自信，但對使用的回調轉矩的數量不是很確定。12個月之前的失敗促成了這次設備的重新構建，該設備被起名為“鳳凰”，并由帶傳感器的數據采集系統來監測轉矩。

傳感器

THOS團隊成員John Camping構造并編程了新的傳感器系統。一個稱重傳感器被添加至觸發裝置，以監測投擲臂被回調至發射位置時所產生的力。3/4-10 螺柱連接絞車電纜與觸發裝置，通過移除幾排中心螺紋并對該區域施加應變計，可以把它轉變為一個稱重傳感器。使用4個全橋配置的應變計可實現最大輸出。

雖然新型的鋼鐵、碳化纖維的復合材料架構比最初的纖維玻璃架構堅固很多，但仍存在高負荷的可能性，使設備的構建失敗。團隊同時也坦白了兩個潛在的缺點：投擲臂與樞軸管。他們增加了單個應變計以監測這兩個部件，并且當其中一個部件接近失效的臨界閾值時，就會執行中止進程。最終，為了測量設備的總體性能，團隊設計并構建了弦線式電位計，并將其安裝在了捆綁束上。

DAQ需求

ETHOS團隊需要一個數據采集系統，以處理高水平和低水平傳感器輸出的信號。DAQ系統需要監測拉回彈射臂的慢動作，測量需持續幾分鐘，且測量動作要比實際發射動作更快，測量單位為幾分之一秒。由于“南瓜投擲”大賽在戶外環境下舉行，數據采集系統的便攜性也是一個關鍵因素。

其它注意事項如尺寸、易用性、USB與筆記本電腦的可連接性同樣很重要。隨著世界錦標賽的臨近，該團隊只有不到四周的時間去購買、編程，配置一個監測系統。

解決方案

ETHOS團隊為他們的項目選擇了具有通用輸入的MCC USB-2404-UI。與所有信號可直接連接，100Hz的采樣率和同步采樣滿足了團隊的需求。他們用Visual Basic?以及免費贈送的Universal Library? 編程軟件去開發應用。在比賽中，USB-2404-UI監測設備的性能，以實現實時調整。

成果

在USB-2404-UI數據采集系統的幫助下，該團隊創造了令人驚嘆的2088英尺的南瓜投擲記錄，并在2009年取得了世界錦標賽扭轉彈射器賽區的冠軍。