The Ultimate Beer Pong Machine - PongMate CyberCannon Mark III: 6 Steps (with Pictures)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Úvod

PongMate CyberCannon Mark III je najnovšia a najpokročilejšia technológia pivného pongu, ktorá sa kedy predáva verejnosti. S novým CyberCannon sa každá osoba môže stať najobávanejším hráčom pri stole pri pivnom pongu. Ako je to možné? CyberCannon Mark III kombinuje najmodernejší štartovací systém, pomocný systém FlightControl a kalibračný systém zamerania, aby sa zabezpečilo, že každá pingpongová loptička bude strieľaná s najvyššou možnou presnosťou. Funguje to takto:

Spúšťací systém PongMate sa skladá z nakladacieho a vystreľovacieho mechanizmu, ktorý bol navrhnutý špičkovými nemeckými a americkými inžiniermi a zaručuje maximálnu efektivitu na stole. Nabite loptu, stlačte tlačidlo a vystreľte. Servo SG90 180 stupňov zaistí, že lopta je správne zatlačená do polohy pre optimálny výstrel. Aby ste sa uistili, že vám na večierku nikdy nedôjde šťava a udržíte sériu, štartovací systém PongMate CyberCannon Mark III beží na nie 2, nie na 4, ale je to správne na 6 nabíjateľných batériách AA, ktoré dosahujú až do 9V a 6600 mA, na napájanie oboch jednosmerných motorov.

Systém Auxiliary FlightControl využíva na výpočet optimálnej trajektórie pre pingpongovú loptičku najmodernejšiu technológiu snímania a laseru. S pomocou akcelerometra a senzorov času letu dokáže PongMate CyberCannon Mark III vypočítať presnú polohu používateľa vzhľadom na cieľový pohár.

Na vizuálne navádzanie používateľa na správnu výšku a uhol streľby je kalibračný systém mierenia zameraný na gravitačnú úroveň a rozhranie 5 LED, ktoré zaisťujú dosiahnutie správnej polohy pred spustením.

PongMate CyberCannon Mark III nie je čisto technickým dielom. Do ergonomického dizajnu produktu boli investované tisíce hodín výskumu. Ručne šité talianske pásy na suchý zips sú integrované do základnej dosky z masívneho dreva a prispôsobia sa akejkoľvek veľkosti ramena. Pod pomocným systémom FlightControl je pripevnená robustná rukoväť spúšte, ktorá zaisťuje stabilný úchop, a to aj po niekoľkých pintách toho najlepšieho z Stuttgartu.

Ak teda chcete byť úspešní v beer pongu, ak chcete byť vo víťaznom tíme a chcete na večierku zapôsobiť na každého, potom potrebujete PongMate CyberCannon Mark III a nikdy nezmeškáte šancu. znova.

Krok 1: Hardvér a elektronika

Nasleduje všetok hardvér, elektronické súčiastky a nástroje potrebné na vytvorenie PongMate CyberCannon Mark III. Elektronická časť je rozdelená do štyroch podsekcií-Riadiaca jednotka, Spúšťací systém, Pomocný systém riadenia letu a Systém zamerania kalibrácie-aby sa ukázalo, ktoré komponenty sú potrebné pre rôzne časti zariadenia CyberCannon. Boli poskytnuté odkazy na možnosti nákupu všetkých elektronických komponentov; výslovne však nepodporujeme žiadnych prepojených maloobchodníkov.

Hardvér

15-20 cm odtoková rúra z PVC (Ø 50 mm)

4x sťahovací pásik

600x400mm preglejka (4mm)

1x záves dverí

1m suchý zips

12cm PVC rúrka (Ø 20 mm)

Lepidlo na drevo

Super lepidlo

Elektrická páska

8x skrutky do dreva M3

8x skrutky do dreva M2

2x skrutka M4 50 mm

2x podložka

4x závitový rukáv M4 18 mm

2x matica skrutky M4

Elektronika

Kontrolná jednotka

Arduino Uno

Mini Breadboard

Prepojovacie vodiče

Balíček držiaka batérie

2x kábel na pripojenie batérie

6x nabíjateľné batérie AA (každá 1,5 V)

9v bloková batéria

Prepínač s tlačidlom

Spúšťací systém

2x DC motor 6-12V

IC ovládača motora L293D

Servo motor

Spúšťacie tlačidlo

2x penové gumové kolieska (45 mm)

2x redukčná zásuvka (Ø 2 mm)

Pomocný systém FlightControl

Akcelerometer MPU-6050

Senzor času letu (ToF) VL53L1X

Modul laserového senzora ANGEEK 5V KY-008 650nm

Cieliaci kalibračný systém

2D gravitačná úroveň

5 x 8bitové LED diódy WS2812 RGB

Europlatina (spájkovanie) alebo Breadboard

Nástroje

Rezačka na krabice

Videl

Skrutkovač

Ihla a niť

Spájkovačka a spájkovačka*

*Breadboard je alternatívou k spájkovaniu.

Extra

2x pingpongové loptičky

20x červené poháre

Pivo (alebo voda)

Krok 2: Logika

Logika hry PongMate CyberCannon Mark III spočíva v zjednodušení vzťahu medzi premennými systému a rýchlosťou jednosmerného motora, aby sa každá pingpongová loptička vystrelila na správnu vzdialenosť. Ak by bol CyberCannon stacionárnym odpaľovacím zariadením s pevným uhlom, potom by výpočet rýchlosti jednosmerného motora bol pomerne jednoduchým vzťahom medzi vzdialenosťou odpaľovača k poháru a výkonom dodávaným do motorov. Pretože je však CyberCannon stroj namontovaný na zápästí, potom by pri výpočte rýchlosti jednosmerného motora bolo potrebné okrem horizontálnej vzdialenosti brať do úvahy aj vertikálnu vzdialenosť od odpaľovacieho zariadenia k poháru a uhol odpaľovacieho zariadenia. Nájdenie správneho riešenia systému štyroch premenných, ktoré máme k dispozícii iba pomocou pokusov a omylov, by bolo mimoriadne náročné a únavné. Za predpokladu, že sa nám podarilo nájsť túto koreláciu, mierne nekonzistentnosti údajov z odpaľovača a senzorov by však v našom systéme stále spôsobovali dostatok nepresností, takže nemá zmysel pridávať do výpočtu rýchlosti jednosmerného motora takú presnosť. Nakoniec sme sa rozhodli, že bude najlepšie pokúsiť sa eliminovať čo najviac premenných, aby bolo možné rozumne určiť otáčky motora jednosmerným prúdom pokusom a omylom a priniesť užívateľovi zrozumiteľné výsledky. Užívateľ je napríklad oveľa jednoduchšie pochopiť, že rýchlosť jednosmerného motora sa zvyšuje so zvyšovaním horizontálnej vzdialenosti a klesá so znižovaním horizontálnej vzdialenosti. Ak by rovnica pre rýchlosť jednosmerného motora mala príliš veľa premenných, nebolo by intuitívne, ako sa vypočítavajú otáčky jednosmerného motora.

Opäť sú hlavnými premennými v našom systéme horizontálna vzdialenosť, vertikálna vzdialenosť, uhol odpaľovača a rýchlosť jednosmerného motora. Aby sme dosiahli čo najkonzistentnejšie výsledky, rozhodli sme sa odstrániť vertikálnu vzdialenosť a uhol odpaľovača z výpočtu rýchlosti jednosmerného motora opravou týchto premenných. Tým, že sme pomocou mieriaceho kalibračného systému naviedli používateľa na správnu výšku a uhol, dokázali sme opraviť vertikálnu vzdialenosť a uhol odpaľovača. Konkrétne je správna vertikálna vzdialenosť vyznačená vtedy, keď sa tri stredné diódy LED na rozhraní piatich LED rozsvietia na zeleno, a správny uhol odpaľovača sa zobrazí vtedy, keď sú bubliny na úrovni dvojosovej gravitácie vycentrované medzi čierne čiary. V tomto mieste zostávajú iba premenné horizontálna vzdialenosť a rýchlosť jednosmerného motora. To znamená, že horizontálnu vzdialenosť je potrebné vypočítať z údajov senzora, pretože horizontálnu vzdialenosť nemožno merať priamo. Namiesto toho je možné zmerať priamu vzdialenosť od odpaľovača k poháru a uhol od horizontálnej roviny a použiť ich na výpočet horizontálnej vzdialenosti. Na meranie vzdialenosti od odpaľovača k poháru sme použili senzor VL53L1X ToF a akcelerometer MPU-6050 na meranie uhla od horizontálnej roviny. Matematika za týmto výpočtom je veľmi jednoduchá a je ju možné vidieť na priloženom obrázku k tejto časti. V zásade je jediným vzorcom potrebným na výpočet horizontálnej vzdialenosti od týchto dvoch hodnôt senzora Sínusový zákon.

Keď sa vypočíta horizontálna vzdialenosť, zostane už len nájsť koreláciu medzi touto vzdialenosťou a rýchlosťou jednosmerného motora, ktorú sme vyriešili pokusom a omylom. Graf týchto hodnôt je možné vidieť na priloženom obrázku. Očakávali sme, že vzťah medzi horizontálnou vzdialenosťou a rýchlosťou jednosmerného motora bude lineárny, ale boli sme prekvapení, keď sme zistili, že v skutočnosti sleduje krivku podobnejšiu funkcii kocky. Po určení boli tieto hodnoty pevne zakódované do skriptu Arduino. Konečnú implementáciu všetkých týchto častí môžete vidieť v tomto videu, kde sa rozhranie LED mení tak, aby indikovalo relatívnu výšku k cieľu, a je počuť, ako sa otáčky jednosmerného motora menia s meniacimi sa vstupnými hodnotami zo senzorov.

Krok 3: Konštrukcia hardvéru

Na hardvérovej konštrukcii zariadenia PongMate CyberCannon Mark III je pekné, že s ním môžete byť doma rýchli a drsní, alebo byť vytrvalí a presní na CNC stroji alebo 3D tlačiarni. Rozhodli sme sa pre prvú možnosť a pomocou rezačky boxov sme pre náš návrh rezali preglejkové listy s hrúbkou 4 mm; poskytli sme však CNC súčiastku, ak by ste chceli využiť túto možnosť. Vrstvy preglejky boli navrhnuté tak, aby bolo možné rôzne komponenty CyberCannonu integrovať čo najviac. Napríklad základná doska spúšťacieho systému má výrezy pre Arduino, batérie, dosku na chlieb a pásy na suchý zips, zatiaľ čo základná doska pomocného systému FlightControl má výrezy, ktoré vytvárajú tunel pre vodiče snímača a skrývajú skrutky, ktoré pripevňujú rukoväť spúšte. Akonáhle máte všetky kusy vystrihnuté z preglejkových listov, môžete ich zlepiť a vytvoriť základnú dosku CyberCannon. Pri lepení si myslíme, že je dôležité skutočne skontrolovať, či je všetko správne zarovnané, a tiež navrhnúť, aby ste na schnutie kusov používali svorky alebo niekoľko kníh. Predtým, ako začnete pripevňovať krehkejšie súčasti, ako napríklad spúšťaciu rúrku a elektroniku, odporúčame prišiť popruhy na suchý zips, pretože na vloženie popruhov a uľahčenie šitia budete možno musieť otočiť základnú dosku. Spúšťacia rúrka by mala byť narezaná tak, aby sa zmestila na kolesá, ktoré si môžete kúpiť, a aby servomotor správne pôsobil a vtlačil loptu do kolies. Odporúčame, aby boli kolesá trochu šmrncovné, aby mohli byť umiestnené bližšie k sebe, ako je priemer pingpongovej loptičky, čo poskytuje mohutnejší a dôslednejší úder. V tomto zmysle je tiež dôležité, aby boli jednosmerné motory pevne zaistené a nepohybovali sa, keď je lopta stlačená medzi kolesami; v opačnom prípade lopta stratí silu a konzistenciu. Odporúčame tiež, aby ste sa presvedčili, že všetky zakúpené skrutky zapadajú do otvorov vašich elektronických súčiastok, aby ste ich nepoškodili a aby ste dvakrát skontrolovali, či medzi rôznymi časťami, ktoré skrutkujete do základne, nedôjde ku konfliktu skrutiek. taniere. Bez ohľadu na to, ako presní chcete byť pri stavbe hardvéru CyberCannon, najlepší spôsob, ako dosiahnuť pokrok, je začať stavať a vymýšľať drobné detaily.

Krok 4: Zostavenie elektroniky

Zostava elektroniky sa môže na prvý pohľad javiť ako ľahký krok v porovnaní s hardvérovou konštrukciou; túto fázu by ste však nemali podceňovať, pretože je mimoriadne dôležitá. Jeden nesprávne umiestnený vodič by mohol zabrániť správnej funkcii zariadenia CyberCannon alebo dokonca zničiť niektoré elektrické súčiastky. Najlepším spôsobom, ako postupovať pri zostavovaní elektroniky, je jednoducho postupovať podľa schémy zapojenia poskytnutej na priložených obrázkoch a dvakrát skontrolovať, či nikdy nezamieňate napájací zdroj a uzemňovacie vodiče. Je dôležité si uvedomiť, že DC motory sme prevádzkovali na šiestich 1,5 V nabíjateľných batériách AA namiesto jednej 9V blokovej batérii ako zvyšok elektroniky, pretože sme zistili, že šesť batérií AA poskytuje jednosmerným motorom konzistentnejšie napájanie. Akonáhle dokončíte zostavu elektroniky, stačí nahrať kód Arduino a váš PongMate CyberCannon Mark III bude v prevádzke.

Krok 5: Arduino kód

Za predpokladu, že ste všetko nastavili správne, priložený kód Arduino je všetko, čo by ste potrebovali, kým bude CyberCannon pripravený na použitie. Na začiatku súboru sme napísali komentáre, ktoré vysvetľujú všetky príklady a knižnice, ktoré sme použili na pomoc pri implementácii kódu pre rôzne elektronické súčiastky. Tieto zdroje môžu byť veľmi užitočné pri výskume, ak chcete ďalšie informácie alebo lepšie porozumieť fungovaniu týchto komponentov. Po týchto komentároch nájdete definície premenných pre všetky komponenty používané v našom skripte. Tu môžete zmeniť mnoho pevne zakódovaných hodnôt, ako sú napríklad hodnoty otáčok motora DC, ktoré budete musieť urobiť pri kalibrácii jednosmerných motorov s horizontálnou vzdialenosťou. Ak máte predchádzajúce skúsenosti s Arduino, budete vedieť, že dve hlavné časti skriptu Arduino sú funkcie setup () a loop (). V tomto súbore je možné funkciu nastavenia viac -menej ignorovať, s výnimkou kódu snímača VL53L1X ToF, ktorý má jeden riadok, v ktorom je možné podľa potreby zmeniť režim vzdialenosti snímača. Funkcia slučky slúži na čítanie hodnôt vzdialenosti a uhlov zo senzorov na výpočet horizontálnej vzdialenosti a ďalších premenných. Ako sme už uviedli, tieto hodnoty sa potom použijú na určenie hodnôt otáčok motora a hodnôt LED volaním ďalších funkcií mimo funkciu slučky. Jeden problém, s ktorým sme sa stretli, bol ten, že hodnoty pochádzajúce zo senzorov by sa výrazne líšili v dôsledku nekonzistentnosti samotných elektrických komponentov. Napríklad bez dotyku s CyberCannon by sa hodnoty vzdialenosti a uhla dostatočne líšili, aby spôsobili náhodný rozkmit otáčok motora DC. Aby sme tento problém vyriešili, implementovali sme kĺzavý priemer, ktorý by vypočítal aktuálnu vzdialenosť a uhol priemerovaním z 20 najnovších hodnôt senzora. To okamžite vyriešilo problémy, ktoré sme mali s nekonzistenciou senzorov, a vyhladilo naše výpočty LED a DC motora. Je potrebné spomenúť, že tento skript nie je v žiadnom prípade dokonalý a rozhodne má niekoľko chýb, ktoré je potrebné ešte rozpracovať. Napríklad, keď sme testovali CyberCannon, kód náhodne zmrazí asi jeden z troch prípadov, keď sme ho zapli. Podrobne sme prešli kód, ale nenašli sme problém; takže sa nebojte, ak sa vám to stane. To znamená, že ak sa vám podarí nájsť problém s naším kódom, dajte nám prosím vedieť!

Krok 6: Zničte konkurenciu

Dúfame, že vám tento Instructable poskytol jasný návod na zostavenie vlastného CyberCannonu a požiadame vás, aby ste sa na svojich priateľov bez problémov vydali, keď ich budete hrať na ďalšej párty!

Grant Galloway a Nils Opgenorth