Najlepsza maszyna do piwnego ping ponga - PongMate CyberCannon Mark III: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Wstęp

PongMate CyberCannon Mark III to najnowsza i najbardziej zaawansowana technologia piwnego ping ponga, jaką kiedykolwiek sprzedano publicznie. Dzięki nowemu CyberCannon każda osoba może stać się najbardziej przerażającym graczem przy stole do piwnego ping ponga. Jak to jest możliwe? Cóż, CyberCannon Mark III łączy w sobie najnowocześniejszy system wystrzeliwania, pomocniczy system kontroli lotu i system kalibracji celowania, aby zapewnić, że każda piłka do ping ponga zostanie wystrzelona z najwyższą możliwą dokładnością. Oto jak to działa:

System uruchamiania PongMate składa się z mechanizmu ładowania i strzelania, który został zaprojektowany przez najwyższej klasy inżynierów niemieckich i amerykańskich i gwarantuje maksymalną wydajność na stole. Załaduj piłkę, naciśnij przycisk i strzelaj. Serwo SG90 180 stopni zapewni, że piłka zostanie dokładnie wepchnięta na miejsce w celu uzyskania optymalnego strzału. Aby mieć pewność, że nigdy nie zabraknie Ci energii na imprezie i utrzymasz swoją passę, system uruchamiania PongMate CyberCannon Mark III działa na nie 2, nie 4, ale to samo na 6 akumulatorach AA, taktujących do 9V i 6600 mA, do zasilania obu silników prądu stałego.

Pomocniczy system FlightControl wykorzystuje najnowocześniejsze czujniki i technologię laserową do obliczania optymalnej trajektorii piłki pingpongowej. Za pomocą akcelerometru i czujników czasu lotu, PongMate CyberCannon Mark III może obliczyć dokładną pozycję użytkownika w stosunku do celownika.

Aby wizualnie poprowadzić użytkownika do właściwej wysokości i kąta strzału, system kalibracji celowania został zaprojektowany z poziomem grawitacji i interfejsem 5 diod LED, aby zapewnić osiągnięcie odpowiedniej pozycji przed startem.

PongMate CyberCannon Mark III nie jest czysto technicznym dziełem inżynierii. W ergonomiczny projekt produktu zainwestowano tysiące godzin badań. Ręcznie szyte włoskie paski na rzepy są zintegrowane z płytą nośną z litego drewna i dopasowują się do każdego rozmiaru ramienia. Solidny uchwyt spustowy jest przymocowany pod pomocniczym systemem FlightControl, aby zapewnić stabilny chwyt, nawet po kilku litrach najlepszych ze Stuttgartu.

Tak więc, jeśli chcesz być dobry w piwnym ping ponga, jeśli chcesz być w zwycięskiej drużynie i jeśli chcesz zaimponować wszystkim na imprezie, potrzebujesz PongMate CyberCannon Mark III i nigdy nie przegapisz żadnego uderzenia ponownie.

Krok 1: Sprzęt i elektronika

Poniżej znajdziesz cały sprzęt, komponenty elektroniczne i narzędzia potrzebne do stworzenia PongMate CyberCannon Mark III. Sekcja Elektronika jest podzielona na cztery podsekcje – Jednostka sterująca, System wystrzeliwania, Pomocniczy system kontroli lotu i System kalibracji celowania – aby pokazać, które komponenty są wymagane dla różnych części CyberCannona. Udostępniono linki do opcji zakupu wszystkich komponentów elektronicznych; jednak nie popieramy wyraźnie żadnego z powiązanych sprzedawców detalicznych.

Sprzęt komputerowy

Rura drenażowa PVC 15-20 cm (Ø 50 mm)

4x opaska kablowa

Arkusz sklejki 600x400mm (4mm)

1x zawias drzwi

Zapięcie na rzep 1m

Rura PCV 12 cm (Ø 20 mm)

Klej do drewna

Super klej

Taśma elektryczna

8x wkręty do drewna M3

8x wkręty do drewna M2

2x śruba M4 50mm

2x podkładka

4x gwintowany rękaw M4 18mm

2x nakrętka śruby M4

Elektronika

Jednostka sterująca

Arduino Uno

Mini deska do krojenia chleba

Przewody połączeniowe

Zestaw uchwytów baterii

2x kabel złącza akumulatora

6x ładowalne baterie AA (1,5 V każda)

Bateria blokowa 9V

Przełącznik wciskany

Uruchamianie systemu

2x silnik prądu stałego 6-12V

Układ scalony sterownika silnika L293D

Siłownik

Przycisk uruchamiania

2x kółka z gumy piankowej (45mm)

2x gniazdo redukcyjne (Ø 2 mm)

Pomocniczy system kontroli lotu

Akcelerometr MPU-6050

VL53L1X Czujnik czasu lotu (ToF)

Moduł czujnika laserowego ANGEEK 5V KY-008 650nm

System kalibracji celowania

Poziom grawitacji 2D

5 x 8-bitowych diod LED RGB WS2812

Europlatine (lutowanie) lub płytka do krojenia chleba

Narzędzia

Nóż do tektury

Piła

Śrubokręt

Igła i nić

Lutownica i lut*

*Płytka do krojenia chleba jest alternatywą dla lutowania.

Dodatki

2x Piłki Ping Pongowe

20x Czerwone Kubki

Piwo czy woda)

Krok 2: Logika

Logika stojąca za PongMate CyberCannon Mark III polega na uproszczeniu relacji między zmiennymi systemu a prędkością silnika prądu stałego, aby wystrzelić każdą piłeczkę pingpongową na odpowiednią odległość. Gdyby CyberCannon było stacjonarną wyrzutnią o stałym kącie, wówczas obliczenie prędkości silnika prądu stałego byłoby dość prostą zależnością między odległością wyrzutni od czaszy a mocą dostarczaną do silników. Ponieważ jednak CyberCannon jest maszyną montowaną na nadgarstku, przy obliczaniu prędkości silnika prądu stałego oprócz odległości poziomej należy wziąć pod uwagę pionową odległość od wyrzutni do kubka oraz kąt wyrzutni. Znalezienie właściwego rozwiązania dla układu czterech zmiennych, który dysponujemy tylko metodą prób i błędów, byłoby niezwykle trudnym i żmudnym zadaniem. Zakładając, że byliśmy w stanie znaleźć tę korelację, niewielkie niespójności odczytów wyrzutni i czujników nadal powodowałyby wystarczającą niedokładność w naszym systemie, że nie ma sensu dodawać tak dużej precyzji do obliczeń prędkości silnika prądu stałego. Ostatecznie zdecydowaliśmy, że najlepiej będzie spróbować wyeliminować jak najwięcej zmiennych, aby prędkość silnika prądu stałego można było rozsądnie określić metodą prób i błędów i uzyskać zrozumiałe wyniki dla użytkownika. Na przykład użytkownikowi znacznie łatwiej jest zrozumieć, że prędkość silnika prądu stałego wzrasta wraz ze wzrostem odległości poziomej i maleje wraz ze zmniejszaniem się odległości poziomej. Gdyby równanie prędkości silnika prądu stałego miało zbyt wiele zmiennych, nie byłoby intuicyjne, jak obliczana jest prędkość silnika prądu stałego.

Ponownie głównymi zmiennymi w naszym systemie są odległość pozioma, odległość pionowa, kąt wyrzutni i prędkość silnika prądu stałego. Aby uzyskać najbardziej spójne wyniki, postanowiliśmy wyeliminować odległość w pionie i kąt wyrzutni z obliczeń prędkości silnika prądu stałego, ustalając te zmienne. Prowadząc użytkownika do właściwej wysokości i kąta za pomocą systemu kalibracji celowania, byliśmy w stanie ustalić odległość w pionie i kąt wyrzutni. W szczególności prawidłowa odległość pionowa jest wskazywana, gdy środkowe trzy diody LED interfejsu pięciu diod LED zmieniają kolor na zielony, a prawidłowy kąt wyrzutni jest wskazywany, gdy bąbelki na dwuosiowym poziomie grawitacji są wyśrodkowane między czarnymi liniami. W tym momencie jedynymi pozostałymi zmiennymi są odległość pozioma i prędkość silnika prądu stałego. To powiedziawszy, odległość pozioma musi być obliczona na podstawie danych z czujnika, ponieważ odległości poziomej nie można zmierzyć bezpośrednio. Zamiast tego można zmierzyć bezpośrednią odległość od wyrzutni do kubka i kąt od płaszczyzny poziomej i wykorzystać do obliczenia odległości poziomej. Użyliśmy czujnika VL53L1X ToF do pomiaru odległości od wyrzutni do kubka oraz akcelerometru MPU-6050 do pomiaru kąta od płaszczyzny poziomej. Matematyka stojąca za tym obliczeniem jest bardzo prosta i można ją zobaczyć na załączonym obrazku do tej sekcji. Zasadniczo jedynym wzorem potrzebnym do obliczenia odległości poziomej z tych dwóch odczytów czujników jest prawo sinusów.

Po obliczeniu odległości poziomej pozostaje tylko znaleźć korelację między tą odległością a prędkością silnika prądu stałego, którą rozwiązaliśmy metodą prób i błędów. Wykres tych wartości można zobaczyć na załączonym obrazku. Spodziewaliśmy się, że zależność między odległością poziomą a prędkością silnika prądu stałego będzie liniowa, ale z zaskoczeniem dowiedzieliśmy się, że w rzeczywistości przebiega ona po krzywej bardziej podobnej do funkcji pierwiastka sześciennego. Po ustaleniu wartości te zostały na stałe zakodowane w skrypcie Arduino. Ostateczną implementację wszystkich tych części można zobaczyć w tym filmie, w którym interfejs LED zmienia się, aby wskazać względną wysokość względem celu, a prędkość silnika prądu stałego można usłyszeć zmieniającą się wraz ze zmieniającymi się wartościami wejściowymi z czujników.

Krok 3: Budowa sprzętu

To, co jest miłe w konstrukcji sprzętowej PongMate CyberCannon Mark III, to to, że możesz być szybki i szorstki w domu lub być stabilnym i precyzyjnym za pomocą maszyny CNC lub drukarki 3D. Zdecydowaliśmy się na pierwszą opcję i użyliśmy noża do kartonów do cięcia arkuszy sklejki o grubości 4 mm do naszego projektu; jednak dostarczyliśmy arkusz części CNC, jeśli chcesz skorzystać z tej opcji. Warstwy sklejki zostały zaprojektowane tak, aby różne komponenty CyberCannona mogły być maksymalnie zintegrowane. Na przykład płyta podstawy systemu uruchamiania ma wycięcia na Arduino, baterie, płytkę stykową i paski na rzepy, podczas gdy płyta podstawy systemu Auxiliary FlightControl ma wycięcia, które tworzą tunel dla przewodów czujnika i ukrywają śruby mocujące uchwyt spustowy. Po wycięciu wszystkich kawałków z arkuszy sklejki możesz je skleić, aby utworzyć płyty podstawy CyberCannon. Uważamy, że podczas klejenia ważne jest, aby naprawdę sprawdzić, czy wszystko jest prawidłowo wyrównane, a także sugerujemy użycie zacisków lub kilku książek do wywierania nacisku, gdy elementy wysychają. Zanim zaczniesz mocować bardziej delikatne elementy, takie jak rurka wyrzutni i elektronika, sugerujemy przyszycie pasków z rzepami, ponieważ może być konieczne odwrócenie płyty podstawy, aby włożyć paski i ułatwić szycie. Rurę wyrzutni należy przyciąć, aby pomieścić koła, które można kupić i umożliwić prawidłowe uruchomienie serwomotoru, aby wepchnąć kulkę do kół. Zalecamy, aby koła były nieco gąbczaste, aby można je było umieścić bliżej siebie niż średnica piłeczki pingpongowej, co zapewnia mocniejszy i bardziej spójny strzał. W tym samym duchu ważne jest również, aby silniki prądu stałego były mocno zabezpieczone i nie poruszały się, gdy kulka jest wciśnięta między koła; w przeciwnym razie piłka straci moc i spójność. Sugerujemy również, aby upewnić się, że wszystkie zakupione śruby pasują do otworów w elementach elektronicznych, aby ich nie uszkodzić, i dokładnie sprawdzić, czy nie ma konfliktów śrub między różnymi częściami, które wkręcasz w podstawę talerze. Bez względu na to, jak dokładny chcesz być podczas konstrukcji sprzętu CyberCannon, najlepszym sposobem na osiągnięcie postępu jest po prostu rozpoczęcie budowy i dopracowanie drobnych szczegółów po drodze.

Krok 4: Montaż elektroniki

Montaż elektroniki może wydawać się łatwym krokiem na pierwszy rzut oka w porównaniu z konstrukcją sprzętu; nie należy jednak lekceważyć tej fazy, ponieważ jest ona niezwykle ważna. Jeden źle umieszczony przewód może uniemożliwić prawidłowe działanie CyberCannon, a nawet zniszczyć niektóre elementy elektryczne. Najlepszym sposobem na montaż elektroniki jest po prostu podążanie za schematem obwodu przedstawionym na załączonych obrazach i dokładne sprawdzenie, czy nigdy nie pomylisz przewodów zasilających i uziemiających. Ważne jest, aby pamiętać, że używaliśmy silników prądu stałego na sześciu bateriach AA do wielokrotnego ładowania 1,5 V zamiast jednej baterii blokowej 9 V, jak reszta elektroniki, ponieważ stwierdziliśmy, że sześć baterii AA zapewniało bardziej spójne zasilanie silników prądu stałego. Po zakończeniu montażu elektroniki wystarczy przesłać kod Arduino, a PongMate CyberCannon Mark III będzie gotowy do pracy.

Krok 5: Kod Arduino

Zakładając, że wszystko skonfigurowałeś poprawnie, załączony kod Arduino jest wszystkim, czego powinieneś potrzebować, zanim CyberCannon będzie gotowy do użycia. Na początku pliku napisaliśmy komentarze wyjaśniające wszystkie przykłady i biblioteki, których użyliśmy, aby pomóc nam zaimplementować kod dla różnych komponentów elektronicznych. Zasoby te mogą być bardzo przydatne w badaniach, jeśli chcesz uzyskać więcej informacji lub lepiej zrozumieć, jak działają te składniki. Po tych komentarzach znajdziesz definicje zmiennych dla wszystkich komponentów używanych w naszym skrypcie. W tym miejscu można zmienić wiele zakodowanych na stałe wartości, takich jak wartości prędkości silnika prądu stałego, które należy wykonać podczas kalibracji silników prądu stałego z odległością poziomą. Jeśli masz wcześniejsze doświadczenie z Arduino, wiesz, że dwie główne części skryptu Arduino to funkcje setup() i loop(). Funkcja konfiguracji może być mniej lub bardziej zignorowana w tym pliku, z wyjątkiem kodu czujnika VL53L1X ToF, który ma jedną linię, w której tryb odległości czujnika można zmienić w razie potrzeby. Funkcja pętli służy do odczytywania wartości odległości i kąta z czujników w celu obliczenia odległości poziomej i innych zmiennych. Jak wspomnieliśmy wcześniej, wartości te są następnie wykorzystywane do określenia prędkości silnika prądu stałego i wartości diod LED poprzez wywołanie dodatkowych funkcji poza funkcją pętli. Jeden z napotkanych problemów polegał na tym, że wartości pochodzące z czujników różniły się znacznie ze względu na niespójności w samych komponentach elektrycznych. Na przykład, bez dotykania CyberCannona, zarówno odległość, jak i wartości kąta zmieniałyby się na tyle, że prędkość silnika prądu stałego oscylowałaby losowo. Aby rozwiązać ten problem, wdrożyliśmy średnią kroczącą, która oblicza aktualną odległość i kąt, uśredniając 20 ostatnich wartości czujników. To natychmiast naprawiło problemy, które mieliśmy z niespójnościami czujników i wygładziło nasze obliczenia LED i silnika prądu stałego. Należy wspomnieć, że ten skrypt w żadnym wypadku nie jest doskonały i na pewno ma kilka błędów, które wciąż wymagają dopracowania. Na przykład, gdy testowaliśmy CyberCannon, kod losowo zawieszał się mniej więcej raz na trzy, gdy go włączyliśmy. Dokładnie przejrzeliśmy kod, ale nie byliśmy w stanie znaleźć problemu; więc nie przejmuj się, jeśli tak się stanie. Biorąc to pod uwagę, jeśli uda Ci się znaleźć problem z naszym kodem, daj nam znać!

Krok 6: Zniszcz konkurencję

Mamy nadzieję, że ten Instructable dostarczył Ci przejrzystego samouczka, jak zbudować własne CyberCannon i poprosimy tylko o łagodne traktowanie znajomych, gdy zagrasz w nie na następnej imprezie!

Grant Galloway i Nils Opgenorth