Vrhunski stroj za pivo -pong - PongMate CyberCannon Mark III: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Uvod

PongMate CyberCannon Mark III najnoviji je i najnapredniji komad tehnologije pivskog ponga koji se ikada prodavao javnosti. S novim CyberCannonom svaka osoba može postati igrač kojeg se najviše bojite za pivskim stolom. Kako je ovo moguće? Pa, CyberCannon Mark III kombinira vrhunski sustav lansiranja, pomoćni sustav kontrole leta i sustav kalibracije usmjeravanja kako bi se osiguralo da se svaka lopta za ping pong ispuca s najvećom mogućom točnošću. Evo kako to funkcionira:

PongMate-ov sustav za pokretanje sastoji se od mehanizma za punjenje i gađanje koji su dizajnirali vrhunski njemački i američki inženjeri i jamči maksimalnu učinkovitost na stolu. Napunite loptu, pritisnite gumb i pucajte. Servo SG90 za 180 stupnjeva osigurat će da se lopta točno gurne u položaj za optimalan udarac. Kako biste bili sigurni da vam na zabavi nikada neće ostati bez soka i nastaviti s nizom, sustav za pokretanje PongMate CyberCannon Mark III radi ne na 2, ne na 4, ali to je točno na 6 punjivih AA baterija, radeći do 9V i 6600 mA, za napajanje oba DC-motora.

Sustav pomoćne kontrole leta koristi najsuvremeniju senzorsku i lasersku tehnologiju za izračun optimalne putanje ping pong loptice. Uz pomoć mjerača ubrzanja i senzora vremena leta, PongMate CyberCannon Mark III može izračunati točan položaj korisnika u odnosu na ciljanu šalicu.

Za vizualno usmjeravanje korisnika do ispravne visine i kuta snimanja, sustav za kalibraciju nišana dizajniran je s gravitacijskom razinom i 5 LED sučeljem kako bi se osiguralo da je prije lansiranja postignut odgovarajući položaj.

PongMate CyberCannon Mark III nije čisto tehničko inženjerstvo. Tisuće sati istraživanja uloženo je u ergonomski dizajn proizvoda. Ručno ušivene talijanske čičak trake integrirane su u podlogu od punog drveta i prilagođene su svakoj veličini ruke. Robusna ručica okidača pričvršćena je ispod pomoćnog sustava kontrole leta kako bi se osiguralo stabilno prianjanje, čak i nakon nekoliko pinta najboljeg iz Stuttgarta.

Dakle, ako želite biti dobri u pivskom pongu, želite li biti u pobjedničkom timu i želite impresionirati sve na zabavi, tada vam je potreban PongMate CyberCannon Mark III i nikada nećete propustiti priliku opet.

Korak 1: Hardver i elektronika

U nastavku možete pronaći sav hardver, elektroničke komponente i alate potrebne za izradu PongMate CyberCannon Mark III. Odjeljak Elektronika podijeljen je u četiri pododjeljka-Upravljačka jedinica, Sustav lansiranja, Sustav pomoćne kontrole leta i Sustav kalibracije ciljanja-kako bi se pokazalo koje su komponente potrebne za različite dijelove CyberCannona. Navedene su veze do mogućnosti kupnje svih elektroničkih komponenti; međutim, ne podržavamo posebno nijednog od povezanih trgovaca.

Hardver

PVC odvodna cijev 15-20 cm (Ø 50 mm)

4x Kabelska vezica

Šperploča 600x400 mm (4 mm)

1x šarka za vrata

1m pričvršćivač na čičak

PVC cijev 12 cm (Ø 20 mm)

Ljepilo za drvo

Super ljepilo

Električna traka

8x M3 vijci za drvo

8x M2 vijci za drvo

2x vijak M4 50 mm

2x perilica

4x M4 rukav s navojem od 18 mm

2x M4 vijka matica

Elektronika

Kontrolna jedinica

Arduino Uno

Mini Breadboard

Žice za kratkospojnike

Paket držača baterija

2x priključni kabel za bateriju

6x punjivih AA baterija (po 1,5V svaka)

9v Blokiraj bateriju

Prekidač pritiskom na gumb

Pokretanje sustava

2x istosmjerni motor 6-12V

IC upravljačkog programa motora L293D

Servo motor

Gumb za pokretanje

2x kotači od pjene (45 mm)

2x redukcijska utičnica (Ø 2 mm)

Pomoćni sustav kontrole leta

MPU-6050 Akcelerometar

VL53L1X Senzor vremena leta (ToF)

ANGEEK 5V KY-008 650nm laserski senzorski modul

Sustav kalibracije usmjeravanja

2D razina gravitacije

5x 8bit WS2812 RGB LED diode

Europlatine (lemljenje) ili Breadboard

Alati

Rezač kutija

Pila

Odvijač

Igla i konac

Lemilo i lemilo*

*Oglasna ploča alternativa je lemljenju.

Dodaci

2x loptice za stolni tenis

20x crvenih pehara

Pivo (ili voda)

Korak 2: Logika

Logika PongMate CyberCannon Marka III sastoji se u pojednostavljivanju odnosa između varijabli sustava i brzine istosmjernog motora kako bi se svaka lopta za ping pong ispucala na ispravnu udaljenost. Da je CyberCannon stacionarni bacač s fiksnim kutom, tada bi izračun brzine istosmjernog motora bio prilično jednostavan odnos između udaljenosti lansera do čaše i snage koja se isporučuje motorima. Međutim, budući da je CyberCannon stroj za ručni zglob, tada bi se pri izračunavanju brzine istosmjernog motora trebalo uzeti u obzir i okomita udaljenost od bacača do čaše i kut lansera. Pronalaženje ispravnog rješenja za sustav od četiri varijable sa samo pokušajem i pogreškom na raspolaganju bio bi iznimno težak i dosadan zadatak. Međutim, pod pretpostavkom da smo uspjeli pronaći ovu korelaciju, male nedosljednosti očitanja pokretača i senzora i dalje bi proizvele dovoljno netočnosti unutar našeg sustava da nema smisla dodavati toliko preciznosti u izračun brzine istosmjernog motora. Na kraju smo odlučili da bi bilo najbolje pokušati eliminirati što je moguće više varijabli kako bi se brzina istosmjernog motora mogla razumno odrediti pokušajima i pogreškama te proizvesti razumljive rezultate za korisnika. Na primjer, korisniku je mnogo lakše razumjeti da se brzina istosmjernog motora povećava kako se vodoravna udaljenost povećava, a smanjuje kako se vodoravna udaljenost smanjuje. Da jednadžba za brzinu istosmjernog motora ima previše varijabli, ne bi bilo intuitivno kako se izračunava brzina istosmjernog motora.

Ponovno, glavne varijable u našem sustavu su vodoravna udaljenost, okomita udaljenost, kut lansera i brzina istosmjernog motora. Kako bismo dobili najdosljednije rezultate, odlučili smo ukloniti okomitu udaljenost i kut lansera iz proračuna brzine istosmjernog motora popravljanjem ove varijable. Vodeći korisnika do ispravne visine i kuta pomoću Sustava za kalibraciju ciljanja, uspjeli smo popraviti okomitu udaljenost i kut lansera. Točnije, ispravna okomita udaljenost označena je kada središnje tri LED diode na pet LED sučelja postanu zelene, a ispravan kut lansera je označen kada su mjehurići na razini dvije osi gravitacije centrirani između crnih linija. U ovom trenutku jedine preostale varijable su vodoravna udaljenost i brzina istosmjernog motora. Rečeno je da se vodoravna udaljenost mora izračunati iz podataka senzora budući da se vodoravna udaljenost ne može izravno mjeriti. Umjesto toga, izravna udaljenost od lansera do čaše i kut od vodoravne ravnine mogu se mjeriti i koristiti za izračun vodoravne udaljenosti. Koristili smo VL53L1X ToF senzor za mjerenje udaljenosti od lansera do čaše i akcelerometar MPU-6050 za mjerenje kuta iz vodoravne ravnine. Matematika koja stoji iza ovog izračuna vrlo je jednostavna i može se vidjeti na priloženoj slici ovog odjeljka. U osnovi, jedina formula potrebna za izračunavanje vodoravne udaljenosti od ova dva očitanja senzora je Zakon sinusa.

Nakon što se izračuna vodoravna udaljenost, preostaje jedino pronaći korelaciju između te udaljenosti i brzine istosmjernog motora, što smo riješili pokušajem i pogreškom. Nacrt ovih vrijednosti može se vidjeti na priloženoj slici. Očekivali smo da će odnos između vodoravne udaljenosti i brzine istosmjernog motora biti linearan, ali smo bili iznenađeni kad smo otkrili da je zapravo slijedio krivulju sličniju funkciji korijena kocke. Nakon što su određene, te su vrijednosti bile teško kodirane u Arduino skriptu. Konačna implementacija svih ovih dijelova može se vidjeti u ovom videu ovdje, gdje se LED sučelje mijenja kako bi označilo relativnu visinu do cilja, a brzina istosmjernog motora može se čuti mijenjati s promjenjivim ulaznim vrijednostima senzora.

Korak 3: Konstrukcija hardvera

Ono što je lijepo kod hardverske konstrukcije PongMate CyberCannon Mark III je to što s njom možete biti brzi i grubi kod kuće ili biti postojani i precizni s CNC strojem ili 3D pisačem. Odlučili smo se za prvu opciju i rezačem kutija izrezali 4 mm ploče šperploče za naš dizajn; međutim, dali smo tablicu CNC dijelova ako želite koristiti ovu opciju. Slojevi šperploče dizajnirani su tako da se različite komponente CyberCannona mogu integrirati što je više moguće. Na primjer, osnovna ploča sustava za pokretanje ima izreze za Arduino, baterije, matičnu ploču i čičak trake, dok osnovna ploča pomoćnog sustava kontrole leta ima izreze koji stvaraju tunel za žice senzora i skrivaju vijke koji pričvršćuju ručica okidača. Nakon što izrežete sve dijelove iz listova šperploče, možete ih zalijepiti zajedno kako biste oblikovali osnovne ploče CyberCannona. Prilikom lijepljenja smatramo da je važno zaista provjeriti je li sve ispravno poredano, a također predlažemo da upotrijebite stezaljke ili nekoliko knjiga za pritisak dok se komadi suše. Prije nego što počnete pričvršćivati lomljivije komponente poput cijevi za lansiranje i elektronike, predlažemo šivanje čičak traka jer ćete možda morati okrenuti osnovnu ploču kako biste umetnuli trake i olakšali šivanje. Cijev za lansiranje treba biti odrezana kako bi se prilagodili kotačima koje možete kupiti i omogućiti da se servo motor pravilno aktivira kako bi gurnuo loptu u kotače. Preporučujemo da kotači budu pomalo zgnječeni kako bi ih se moglo postaviti bliže od promjera loptice za stolni tenis, što omogućuje snažniji i dosljedniji hitac. U tom je smislu također važno da su istosmjerni motori čvrsto pričvršćeni i da se ne pomiču kad se lopta stisne između kotača; u suprotnom će lopta izgubiti snagu i dosljednost. Također predlažemo da se svi vijci koje ste kupili uklapaju u rupe na vašim elektroničkim komponentama kako ih ne biste oštetili te da još jednom provjerite da neće doći do sukoba vijaka između različitih dijelova koje uvijate u bazu ploče. Bez obzira na to koliko želite biti precizni tijekom izgradnje hardvera CyberCannona, najbolji način za napredak je samo početi graditi i usput shvatiti sitne detalje.

Korak 4: Montaža elektronike

Sastavljanje elektronike može se isprva činiti lakim korakom u usporedbi s hardverskom konstrukcijom; međutim, ovu fazu ne treba podcijeniti jer je iznimno važna. Jedna pogrešno postavljena žica mogla bi spriječiti pravilan rad CyberCannona ili čak uništiti neke električne komponente. Najbolji način za sklapanje elektronike je jednostavno slijediti dijagram kruga koji se nalazi na priloženim slikama i dvaput provjeriti da nikada ne miješate žice napajanja i uzemljenja. Važno je napomenuti da smo radili na istosmjerne motore na šest 1,5V punjivih AA baterija umjesto na jednu 9V blok bateriju kao i ostatak elektronike jer smo otkrili da je šest AA baterija pružalo dosljedniju snagu istosmjernim motorima. Nakon što dovršite montažu elektronike, sve što trebate učiniti je učitati Arduino kôd i vaš PongMate CyberCannon Mark III će biti pokrenut.

Korak 5: Arduino kod

Pod pretpostavkom da ste sve ispravno postavili, priloženi Arduino kôd je sve što vam treba prije nego što CyberCannon bude spreman za upotrebu. Na početku datoteke napisali smo komentare koji objašnjavaju sve primjere i knjižnice koje smo koristili za implementaciju koda za različite elektroničke komponente. Ovi izvori mogu biti vrlo korisni za istraživanje ako želite dodatne informacije ili bolje razumijevanje načina na koji ove komponente rade. Nakon ovih komentara pronaći ćete definicije varijabli za sve komponente koje se koriste u našoj skripti. Ovdje možete promijeniti mnoge tvrdo kodirane vrijednosti poput vrijednosti brzine istosmjernog motora, što ćete morati učiniti kada kalibrirate svoje istosmjerne motore s vodoravnom udaljenošću. Ako imate prethodno iskustvo s Arduinom, znat ćete da su dva glavna dijela Arduino skripte funkcije setup () i loop (). Funkcija postavljanja može se više -manje zanemariti u ovoj datoteci, s izuzetkom koda osjetnika VL53L1X ToF, koji ima jedan redak u kojem se način udaljenosti senzora može promijeniti po želji. Funkcija petlje je mjesto gdje se vrijednosti udaljenosti i kuta očitavaju sa senzora za izračunavanje vodoravne udaljenosti i drugih varijabli. Kao što smo ranije spomenuli, te se vrijednosti tada koriste za određivanje brzine istosmjernog motora i LED vrijednosti pozivanjem dodatnih funkcija izvan funkcije petlje. Jedan problem s kojim smo se susreli bio je da će se vrijednosti koje dolaze od senzora razlikovati u značajnoj mjeri zbog nedosljednosti unutar samih električnih komponenti. Na primjer, bez dodirivanja CyberCannona, i udaljenost i kut bi se mijenjale dovoljno da uzrokuju nasumično osciliranje brzine istosmjernog motora. Kako bismo riješili ovaj problem, implementirali smo valjani prosjek koji bi izračunao trenutnu udaljenost i kut prosjekom za 20 posljednjih vrijednosti senzora. Ovo je trenutno riješilo probleme koje smo imali s nedosljednostima senzora i izgladilo naše proračune LED i istosmjernih motora. Valja napomenuti da ova skripta nikako nije savršena i definitivno ima nekoliko grešaka koje još treba razraditi. Na primjer, kada smo testirali CyberCannon, kôd bi se nasumično zamrznuo otprilike jedan u tri puta kad smo ga uključili. Detaljno smo pregledali kôd, ali nismo uspjeli pronaći problem; stoga, nemojte se uznemiriti ako vam se to dogodi. S obzirom na to, ako uspijete pronaći problem s našim kodom, obavijestite nas!

Korak 6: Uništite konkurenciju

Nadamo se da vam je ovaj Instructable pružio jasan vodič za izgradnju vlastitog CyberCannona i tražite samo da se opustite sa svojim prijateljima dok ih svirate na sljedećoj zabavi!

Grant Galloway i Nils Opgenorth