The Ultimate Beer Pong Machine - PongMate CyberCannon Mark III: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Introducció

El PongMate CyberCannon Mark III és la tecnologia de pong de cervesa més nova i avançada que s’ha venut mai al públic. Amb el nou CyberCannon, qualsevol persona pot convertir-se en el jugador més temut de la taula de cervesa. Com és possible? Bé, el CyberCannon Mark III combina un sistema de llançament d’última generació, un sistema auxiliar de control de vol i un sistema de calibració per apuntar per garantir que cada bola de ping pong es dispari amb la màxima precisió possible. Així és com funciona:

El sistema de llançament de PongMate consisteix en un mecanisme de càrrega i trets dissenyat per enginyers alemanys i nord-americans de primer nivell i que garanteix la màxima eficiència sobre la taula. Carrega la pilota, prem el botó i dispara. El Servo SG90 de 180 graus assegurarà que la pilota s’empeny amb precisió a la seva posició per obtenir un tir òptim. Per assegurar-vos que mai us quedareu sense suc a la festa i que no deixeu de seguir la ratxa, el sistema de llançament del PongMate CyberCannon Mark III funciona amb no 2, ni 4, però sí amb 6 bateries recarregables AA, que funcionen fins a 9V i 6600 mA, per alimentar els dos motors DC.

El sistema auxiliar de control de vol utilitza tecnologia làser i de detecció d’última generació per calcular la trajectòria òptima de la pilota de ping pong. Amb l’ajut de l’acceleròmetre i els sensors de temps de vol, el PongMate CyberCannon Mark III pot calcular la posició exacta de l’usuari respecte a la copa objectiu.

Per guiar visualment l’usuari cap a l’alçada i l’angle de presa correctes, el sistema de calibració de la punteria està dissenyat amb un nivell de gravetat i una interfície de 5 LED per assegurar-se que s’ha assolit la posició adequada abans del llançament.

El PongMate CyberCannon Mark III no és només una obra tècnica d’enginyeria. Es van invertir milers d’hores d’investigació en el disseny ergonòmic del producte. Les corretges de velcro italianes cosides a mà s’integren a la placa base de fusta massissa i s’ajusten per adaptar-se a qualsevol mida del braç. A sota del sistema auxiliar de control de vol s’uneix un mànec de gallet robust per proporcionar una adherència estable, fins i tot després d’unes quantes pintes de les millors de Stuttgart.

Per tant, si voleu ser bons en la cervesa de pong, si voleu formar part de l’equip guanyador i voleu impressionar a tothom a la festa, necessiteu el CyberCannon Mark III de PongMate i mai no us en falta. de nou.

Pas 1: maquinari i electrònica

A continuació, podeu trobar tot el maquinari, components electrònics i eines necessàries per crear el PongMate CyberCannon Mark III. La secció d’Electrònica es divideix en quatre subseccions: unitat de control, sistema de llançament, sistema auxiliar de control de vol i sistema de calibració de l’objectiu, per mostrar quins components són necessaris per a les diferents parts del CyberCannon. S'han proporcionat enllaços a les opcions de compra de tots els components electrònics; no obstant això, no recolzem específicament cap dels minoristes vinculats.

Maquinari

Tub de drenatge de PVC de 15-20 cm (Ø 50 mm)

4x Cable Tie

Full de fusta contraxapada de 600x400mm (4mm)

1x frontissa de porta

Tancament de velcro d'1 m

Tub de PVC de 12 cm (Ø 20 mm)

Cola de fusta

Super Glue

Cinta elèctrica

8 cargols de fusta M3

Cargols de fusta 8x M2

2x perns M4 50mm

2x rentadora

Màniga roscada 4x M4 de 18 mm

2x femella de pern M4

Electrònica

Unitat de control

Arduino Uno

Mini tauler de pa

Filferros de pont

Paquet de suport de bateria

2x Cable del connector de la bateria

6 bateries recarregables AA (1,5 V cadascuna)

Bateria de bloc de 9v

Premeu el botó de commutació

Sistema de llançament

2x Motor CC 6-12V

IC controlador de motor L293D

Servomotor

Botó del llançador

2 rodes de goma d'escuma (45 mm)

2x sòcol de reducció (Ø 2 mm)

Sistema auxiliar de control de vol

Acceleròmetre MPU-6050

Sensor de temps de vol (ToF) VL53L1X

Mòdul de sensor làser ANGEEK 5V KY-008 650nm

Sistema de calibració de l'objectiu

Nivell de gravetat 2D

LED RGB de 5x 8 bits WS2812

Europlatine (soldadura) o tauler de pa

Eines

Tallador de caixes

va veure

Tornavís

Agulla i fil

Soldador i soldadura *

* El tauler de pa és una alternativa a la soldadura.

Extres

2 boles de ping-pong

20x tasses vermelles

Cervesa (o aigua)

Pas 2: Lògica

La lògica darrere del PongMate CyberCannon Mark III consisteix a simplificar la relació entre les variables del sistema i la velocitat del motor de corrent continu per disparar a cada bola de ping pong a la distància correcta. Si el CyberCannon fos un llançador estacionari amb un angle fix, el càlcul de la velocitat del motor de CC seria una relació bastant simple entre la distància del llançador a la copa i la potència subministrada als motors. Tanmateix, com que el CyberCannon és una màquina muntada al canell, caldria considerar la distància vertical des del llançador fins a la copa i l’angle del llançador a més de la distància horitzontal quan es calcula la velocitat del motor de corrent continu. Trobar la solució correcta a un sistema de quatre variables amb només proves i errors a la nostra disposició seria una tasca extremadament difícil i tediosa. Suposant que hem estat capaços de trobar aquesta correlació, però, les lleus inconsistències de les lectures del llançador i del sensor encara produirien prou imprecisió al nostre sistema que no té sentit afegir tanta precisió al càlcul de la velocitat del motor de corrent continu. Al final, vam decidir que el millor seria intentar eliminar tantes variables com fos possible, de manera que la velocitat del motor de corrent continu es pogués determinar raonablement mitjançant proves i errors i produir resultats comprensibles per a l’usuari. Per exemple, és molt més fàcil per a l'usuari entendre que la velocitat del motor de corrent continu augmenta a mesura que augmenta i disminueix la distància horitzontal a mesura que disminueix la distància horitzontal. Si l’equació de la velocitat del motor de CC tingués massa variables, no seria intuïtiu com es calcula la velocitat del motor de CC.

De nou, les principals variables del nostre sistema són la distància horitzontal, la distància vertical, l’angle del llançador i la velocitat del motor de corrent continu. Per tal de produir els resultats més consistents, vam decidir eliminar la distància vertical i l’angle del llançador del càlcul de la velocitat del motor de correcció fixant aquestes variables. En guiar l’usuari cap a l’alçada i l’angle correctes amb el sistema de calibració de l’objectiu, vam poder fixar la distància vertical i l’angle del llançador. En concret, la distància vertical correcta s’indica quan els tres LED centrals de la interfície de cinc LED es posen de color verd i l’angle correcte del llançador s’indica quan les bombolles del nivell de gravetat de dos eixos es centren entre les línies negres. En aquest punt, les úniques variables que queden són la distància horitzontal i la velocitat del motor de corrent continu. Dit això, la distància horitzontal s’ha de calcular a partir de les dades del sensor, ja que la distància horitzontal no es pot mesurar directament. En lloc d'això, es pot mesurar la distància directa des del llançador fins a la copa i l'angle des del pla horitzontal per calcular la distància horitzontal. Hem utilitzat el sensor ToF VL53L1X per mesurar la distància del llançador a la copa i l’acceleròmetre MPU-6050 per mesurar l’angle des del pla horitzontal. Les matemàtiques darrere d’aquest càlcul són molt senzilles i es poden veure a la imatge adjunta a aquesta secció. Bàsicament, l’única fórmula necessària per calcular la distància horitzontal a partir d’aquestes dues lectures de sensors és la Llei dels senos.

Un cop calculada la distància horitzontal, l’únic que queda per fer és trobar la correlació entre aquesta distància i la velocitat del motor de corrent continu, que hem resolt mitjançant proves i errors. A la imatge adjunta es pot veure un gràfic d’aquests valors. Vam esperar que la relació entre la distància horitzontal i la velocitat del motor de corrent continu fos lineal, però ens va sorprendre descobrir que realment seguia una corba més similar a una funció d’arrel cub. Un cop determinats, aquests valors es van codificar durament a l’escriptura Arduino. La implementació final de totes aquestes parts es pot veure en aquest vídeo aquí, on la interfície LED canvia per indicar l’alçada relativa a l’objectiu i la velocitat del motor de CC es pot escoltar canviant amb els diferents valors d’entrada dels sensors.

Pas 3: construcció de maquinari

El que és bo en la construcció de maquinari de PongMate CyberCannon Mark III és que podeu ser ràpid i dur amb ell a casa o ser constant i precís amb una màquina CNC o una impressora 3D. Vam optar per la primera opció i vam utilitzar un tallador de caixes per tallar les làmines de fusta contraxapada de 4 mm per al nostre disseny; no obstant això, hem proporcionat full de peces CNC si voleu seguir aquesta opció. Les capes de la fusta contraxapada es van dissenyar de manera que els diversos components del CyberCannon es poguessin integrar al màxim. Per exemple, la placa base del sistema de llançament té retallades per a Arduino, bateries, taulers de suport i corretges de velcro, mentre que la placa base del sistema auxiliar de control de vol té retalls que creen un túnel per als cables del sensor i amaguen els perns que fixen el maneta del gallet. Un cop tingueu totes les peces retallades de les làmines de fusta contraxapada, les podeu enganxar per formar les plaques de base del CyberCannon. Quan enganxem, creiem que és important comprovar realment que tot estigui alineat correctament i també us suggerim que utilitzeu pinces o uns quants llibres per aplicar pressió mentre les peces s’assequin. Abans de començar a fixar components més fràgils, com ara la canonada del llançador i l'electrònica, us recomanem que cosiu les corretges de velcro, ja que és possible que hagueu de girar la placa base per inserir les corretges i facilitar la costura. La canonada del llançador s’ha de tallar perquè s’adapti a les rodes que es poden adquirir i permetre que el servomotor s’activi correctament per empènyer la pilota a les rodes. Es recomana que les rodes siguin una mica estretes perquè es puguin col·locar més a prop que el diàmetre de la bola de ping pong, cosa que proporciona un tret més potent i constant. En aquesta mateixa línia, també és important que els motors de corrent continu estiguin ben fixats i no es moguin quan la bola estreny entre les rodes; en cas contrari, la pilota perdrà potència i consistència. També us recomanem que assegureu-vos que els cargols que heu comprat s’adapten als forats dels components electrònics perquè no els faci malbé i que comproveu de nou que no hi haurà conflictes de cargol entre les diverses parts que torneu a la base. plaques. Independentment de la precisió que vulgueu ser durant la construcció del maquinari del CyberCannon, la millor manera d’avançar és simplement començar a construir i esbrinar els petits detalls del camí.

Pas 4: Muntatge d'electrònica

El muntatge de l’electrònica pot semblar un pas fàcil al principi en comparació de la construcció del maquinari; tanmateix, aquesta fase no s'ha de subestimar perquè és extremadament important. Un cable mal posat podria evitar que el CyberCannon funcioni correctament o fins i tot destruir alguns components elèctrics. La millor manera de fer el muntatge de l’electrònica és simplement seguir el diagrama de circuits que es proporciona a les imatges adjuntes i comprovar que no barregeu mai la font d’alimentació i els cables de terra. És important tenir en compte que estàvem fent funcionar els motors de corrent continu amb sis bateries recarregables AA de 1,5 V en lloc d’una bateria de bloc de 9 V com la resta d’electrònics, ja que vam trobar que les sis bateries AA proporcionaven una potència més constant per als motors de corrent continu. Un cop hàgiu completat el muntatge de l’electrònica, només cal que pengeu el codi Arduino i el vostre PongMate CyberCannon Mark III estarà en funcionament.

Pas 5: Codi Arduino

Suposant que ho heu configurat tot correctament, el codi Arduino adjunt és tot el que necessiteu abans que el CyberCannon estigui llest per utilitzar-lo. Al principi del fitxer, hem escrit comentaris que expliquen tots els exemples i biblioteques que hem utilitzat per ajudar-nos a implementar el codi dels diferents components electrònics. Aquests recursos poden ser molt útils per investigar si voleu obtenir més informació o entendre millor el funcionament d’aquests components. Després d’aquests comentaris, trobareu les definicions de variables per a tots els components que s’utilitzen al nostre script. Aquí és on podeu canviar molts valors codificats com els valors de velocitat del motor de corrent continu, que haureu de fer quan calibreu els motors de corrent continu amb la distància horitzontal. Si teniu experiència prèvia amb Arduino, sabreu que les dues parts principals d'un script Arduino són les funcions setup () i loop (). La funció de configuració es pot ignorar més o menys en aquest fitxer a excepció del codi del sensor VL53L1X ToF, que té una línia on es pot canviar el mode de distància del sensor si es desitja. La funció de bucle és on es llegeixen els valors de distància i angle des dels sensors per calcular la distància horitzontal i altres variables. Com hem esmentat anteriorment, aquests valors s’utilitzen per determinar la velocitat del motor de corrent continu i els valors del LED trucant a funcions addicionals fora de la funció de bucle. Un dels problemes que vam trobar va ser que els valors provinents dels sensors variarien en un marge significatiu a causa de les inconsistències dels components elèctrics. Per exemple, sense tocar el CyberCannon, tant els valors de distància com d’angle varien prou com per fer que la velocitat del motor de CC oscil·li aleatòriament. Per solucionar aquest problema, vam implementar una mitjana rodant que calcularia la distància i l’angle actual fent una mitjana dels 20 valors de sensor més recents. Això va solucionar instantàniament els problemes que teníem amb les inconsistències del sensor i va suavitzar els nostres càlculs de motors LED i CC. Cal esmentar que aquest script no és en absolut perfecte i que definitivament té alguns errors que encara s'han de resoldre. Per exemple, quan provàvem el CyberCannon, el codi es congelaria aleatòriament aproximadament una de cada tres vegades que l’hem activat. Hem revisat el codi extensament però no hem pogut trobar el problema; per tant, no us alarmeu si us passa això. Dit això, si aconseguiu trobar el problema amb el nostre codi, feu-nos-ho saber.

Pas 6: Destrueix la competició

Esperem que aquest Instructable us proporcioni un tutorial clar per crear un CyberCannon propi i només us demanem que us feu fàcil als vostres amics quan els toqueu a la propera festa.

Grant Galloway i Nils Opgenorth