De ultieme bierpongmachine - PongMate CyberCannon Mark III - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Invoering

De PongMate CyberCannon Mark III is het nieuwste en meest geavanceerde stukje bierpongtechnologie dat ooit aan het publiek is verkocht. Met de nieuwe CyberCannon kan iedereen de meest gevreesde speler aan de bierpongtafel worden. Hoe is dit mogelijk? Welnu, de CyberCannon Mark III combineert een ultramodern lanceersysteem, Auxiliary FlightControl-systeem en Aiming Calibration System om ervoor te zorgen dat elke pingpongbal met de hoogst mogelijke nauwkeurigheid wordt geschoten. Dit is hoe het werkt:

Het lanceersysteem van de PongMate bestaat uit een laad- en schietmechanisme dat is ontworpen door Duitse en Amerikaanse ingenieurs van het hoogste niveau en garandeert maximale efficiëntie op de tafel. Laad de bal, druk op de knop en schiet. De SG90 180 graden Servo zorgt ervoor dat de bal nauwkeurig in positie wordt geduwd voor een optimaal schot. Om ervoor te zorgen dat je nooit zonder stroom komt te zitten op het feest en je streak gaande te houden, werkt het Launching System van de PongMate CyberCannon Mark III op niet 2, niet 4, maar dat klopt op 6 oplaadbare AA-batterijen, met een kloksnelheid tot 9V en 6600 mA, om beide DC-motoren van stroom te voorzien.

Het Auxiliary FlightControl-systeem maakt gebruik van ultramoderne detectie- en lasertechnologie om het optimale traject voor de pingpongbal te berekenen. Met behulp van de accelerometer en time of flight sensoren kan de PongMate CyberCannon Mark III de exacte positie van de gebruiker ten opzichte van de doelcup berekenen.

Om de gebruiker visueel naar de juiste opnamehoogte en -hoek te leiden, is het Aiming Calibration System ontworpen met een zwaartekrachtniveau en 5 LED-interface om ervoor te zorgen dat de juiste positie is bereikt vóór de lancering.

De PongMate CyberCannon Mark III is niet puur een technisch stukje techniek. Duizenden uren onderzoek werden geïnvesteerd in het ergonomische ontwerp van het product. Handgestikte Italiaanse klittenbandriemen zijn geïntegreerd in de massief houten grondplaat en passen zich aan elke armmaat aan. Een robuuste triggerhandgreep is onder het Auxiliary FlightControl-systeem bevestigd om een stabiele grip te bieden, zelfs na een paar pinten van het beste van Stuttgart.

Dus als je goed wilt zijn in bierpong, als je in het winnende team wilt zijn en als je indruk wilt maken op iedereen op het feest, dan heb je de PongMate CyberCannon Mark III nodig, en je zult nooit een kans missen opnieuw.

Stap 1: Hardware en elektronica

Hieronder vindt u alle hardware, elektronische componenten en hulpmiddelen die nodig zijn om de PongMate CyberCannon Mark III te maken. De sectie Elektronica is onderverdeeld in vier subsecties -- Controle-eenheid, lanceersysteem, Auxiliary FlightControl-systeem en Aiming Calibration System -- om te laten zien welke componenten nodig zijn voor de verschillende onderdelen van de CyberCannon. Er zijn links naar aankoopopties voor alle elektronische componenten; we onderschrijven echter niet specifiek een van de retailers die gelinkt zijn.

Hardware

15-20cm PVC-afvoerpijp (Ø 50 mm)

4x Kabelbinder

600x400 mm multiplex plaat (4 mm)

1x Deurscharnier

1 m klittenbandsluiting

12cm PVC-buis (Ø 20 mm)

Houtlijm

Superlijm

elektrische band

8x M3 houtschroeven

8x M2 houtschroeven

2x M4 50 mm bout

2x Wasmachine

4x M4 18 mm schroefdraadhuls

2x M4 Boutmoer

Elektronica

Besturingseenheid

Arduino Uno

Mini Breadboard

Doorverbindingsdraden

Batterijhouderpakket

2x batterijconnectorkabel

6x oplaadbare AA-batterijen (elk 1,5 V)

9v blokbatterij

Drukknopschakelaar

Startsysteem

2x DC-motor 6-12V

L293D Motorstuurprogramma IC

Servomotor

Launcher-knop

2x Schuimrubber Wielen (45mm)

2x Verloopdoos (Ø 2 mm)

Hulp FlightControl-systeem

MPU-6050 versnellingsmeter

VL53L1X Tijd van Vlucht (ToF) Sensor

ANGEEK 5V KY-008 650nm lasersensormodule

Kalibratiesysteem gericht

2D-zwaartekrachtniveau

5x 8bit WS2812 RGB-LED's

Europlatine (solderen) of breadboard

Gereedschap

Stanleymes

Zaag

Schroevendraaier

Naald draad

Soldeerbout & soldeer*

*Breadboard is een alternatief voor solderen.

Extra's

2x pingpongballen

20x Rode Kopjes

Bier (of Water)

Stap 2: Logica

De logica achter de PongMate CyberCannon Mark III heeft alles te maken met het vereenvoudigen van de relatie tussen de variabelen van het systeem en de snelheid van de gelijkstroommotor om elke pingpongbal op de juiste afstand te schieten. Als de CyberCannon een stationaire draagraket zou zijn met een vaste hoek, dan zou de berekening voor de snelheid van de gelijkstroommotor een vrij eenvoudige relatie zijn tussen de afstand van de draagraket tot de beker en het vermogen dat aan de motoren wordt geleverd. Omdat de CyberCannon echter een aan de pols gemonteerde machine is, moet bij het berekenen van de snelheid van de gelijkstroommotor rekening worden gehouden met de verticale afstand van de draagraket tot de beker en de hoek van de draagraket. Het vinden van de juiste oplossing voor een systeem van vier variabelen met alleen vallen en opstaan tot onze beschikking zou een buitengewoon moeilijke en vervelende taak zijn. Ervan uitgaande dat we deze correlatie konden vinden, zouden de kleine inconsistenties van de launcher en sensormetingen nog steeds voldoende onnauwkeurigheid in ons systeem produceren dat het geen zin heeft om zoveel precisie toe te voegen aan de berekening van de DC-motorsnelheid. Uiteindelijk hebben we besloten dat het het beste zou zijn om zoveel mogelijk variabelen te elimineren, zodat het toerental van de gelijkstroommotor redelijkerwijs met vallen en opstaan kon worden bepaald en begrijpelijke resultaten voor de gebruiker zou opleveren. Het is bijvoorbeeld veel gemakkelijker voor de gebruiker om te begrijpen dat de snelheid van de gelijkstroommotor toeneemt naarmate de horizontale afstand toeneemt en afneemt naarmate de horizontale afstand afneemt. Als de vergelijking voor de snelheid van de gelijkstroommotor te veel variabelen zou bevatten, zou het niet intuïtief zijn hoe de gelijkstroommotorsnelheid wordt berekend.

Nogmaals, de belangrijkste variabelen binnen ons systeem zijn de horizontale afstand, verticale afstand, lanceerhoek en gelijkstroommotorsnelheid. Om de meest consistente resultaten te produceren, hebben we besloten om de verticale afstand en lanceerhoek uit de berekening van de DC-motorsnelheid te verwijderen door deze variabele vast te leggen. Door de gebruiker naar de juiste hoogte en hoek te leiden met het Aiming Calibration System, konden we de verticale afstand en de lanceerhoek vastleggen. In het bijzonder wordt de juiste verticale afstand aangegeven wanneer de middelste drie LED's van de vijf LED-interface groen worden, en de juiste lanceerhoek wordt aangegeven wanneer de bellen op het zwaartekrachtniveau met twee assen gecentreerd zijn tussen de zwarte lijnen. Op dit punt zijn de enige overgebleven variabelen de horizontale afstand en de snelheid van de gelijkstroommotor. Dat gezegd hebbende, moet de horizontale afstand worden berekend op basis van sensorgegevens, aangezien de horizontale afstand niet direct kan worden gemeten. In plaats daarvan kan de directe afstand van de draagraket tot de beker en de hoek vanaf het horizontale vlak worden gemeten en gebruikt om de horizontale afstand te berekenen. We gebruikten de VL53L1X ToF-sensor om de afstand van de launcher tot de beker te meten en de MPU-6050 Accelerometer om de hoek vanaf het horizontale vlak te meten. De wiskunde achter deze berekening is heel eenvoudig en is te zien in de bijgevoegde afbeelding bij deze sectie. Kortom, de enige formule die nodig is om de horizontale afstand van deze twee sensormetingen te berekenen, is de wet van sinussen.

Zodra de horizontale afstand is berekend, hoeft u alleen nog maar de correlatie te vinden tussen deze afstand en de snelheid van de gelijkstroommotor, die we met vallen en opstaan hebben opgelost. Een plot van deze waarden is te zien in de bijgevoegde afbeelding. We hadden verwacht dat de relatie tussen de horizontale afstand en de snelheid van de gelijkstroommotor lineair zou zijn, maar we waren verrast toen we ontdekten dat het eigenlijk een curve volgde die meer leek op een derdemachtswortelfunctie. Eenmaal bepaald, werden deze waarden hard gecodeerd in het Arduino-script. De uiteindelijke implementatie van al deze onderdelen is te zien in deze video hier, waar de LED-interface verandert om de relatieve hoogte ten opzichte van het doel aan te geven en de snelheid van de gelijkstroommotor kan veranderen met de variërende invoerwaarden van de sensoren.

Stap 3: Hardwareconstructie

Wat leuk is aan de hardwareconstructie van de PongMate CyberCannon Mark III, is dat je er thuis snel en ruw mee kunt zijn of stabiel en nauwkeurig kunt zijn met een CNC-machine of 3D-printer. We kozen voor de eerste optie en gebruikten een stanleymes om de 4 mm multiplexplaten voor ons ontwerp te snijden; we hebben echter een CNC-onderdelenblad verstrekt als u deze optie wilt gebruiken. De lagen van het multiplex zijn zo ontworpen dat de verschillende onderdelen van de CyberCannon zoveel mogelijk geïntegreerd konden worden. De basisplaat van het Launching System heeft bijvoorbeeld uitsparingen voor de Arduino, batterijen, breadboard en klittenband, terwijl de basisplaat van het Auxiliary FlightControl-systeem uitsparingen heeft die een tunnel creëren voor de sensordraden en de bouten verbergen waarmee de trekker handvat. Zodra je alle stukken uit de multiplexplaten hebt gesneden, kun je ze aan elkaar lijmen om de basisplaten van de CyberCannon te vormen. Bij het lijmen vinden we het belangrijk om echt te controleren of alles correct is uitgelijnd en raden we ook aan om klemmen of een paar boeken te gebruiken om druk uit te oefenen terwijl de stukken drogen. Voordat u begint met het bevestigen van meer kwetsbare onderdelen, zoals de lanceerbuis en elektronica, raden we u aan de klittenbandriemen vast te naaien, omdat u mogelijk de basisplaat moet omdraaien om de banden te plaatsen en het naaien gemakkelijker te maken. De lanceerbuis moet worden afgesneden om plaats te bieden aan de wielen die u kunt kopen en zodat de servomotor goed kan werken om de bal in de wielen te duwen. We raden aan om de wielen wat zachter te maken, zodat ze dichter bij elkaar kunnen worden geplaatst dan de diameter van de pingpongbal, wat een krachtiger en consistenter schot oplevert. In dezelfde geest is het ook belangrijk dat de gelijkstroommotoren stevig vastzitten en niet bewegen wanneer de bal tussen de wielen wordt geperst; anders verliest de bal kracht en consistentie. We raden u ook aan ervoor te zorgen dat de schroeven die u hebt gekocht allemaal in de gaten van uw elektronische componenten passen, zodat u ze niet beschadigt en dat u dubbel controleert of er geen schroefconflicten zijn tussen de verschillende onderdelen die u in de basis schroeft platen. Ongeacht hoe precies je wilt zijn tijdens de hardwareconstructie van de CyberCannon, de beste manier om vooruitgang te boeken, is door gewoon te beginnen met bouwen en onderweg de kleine details uit te zoeken.

Stap 4: Elektronica-assemblage

De elektronica-assemblage lijkt in eerste instantie misschien een gemakkelijke stap in vergelijking met de hardwareconstructie; deze fase moet echter niet worden onderschat, omdat deze buitengewoon belangrijk is. Een misplaatste draad kan ervoor zorgen dat de CyberCannon niet goed werkt of zelfs sommige elektrische componenten vernietigt. De beste manier om de elektronica-assemblage te doen, is door simpelweg het schakelschema in de bijgevoegde afbeeldingen te volgen en te controleren of u de voedings- en aardingsdraden nooit door elkaar haalt. Het is belangrijk op te merken dat we de DC-motoren op zes oplaadbare AA-batterijen van 1,5 V werkten in plaats van op één 9 V-blokbatterij zoals de rest van de elektronica, omdat we ontdekten dat de zes AA-batterijen meer consistent vermogen voor de DC-motoren leverden. Zodra je de elektronica-assemblage hebt voltooid, hoef je alleen maar de Arduino-code te uploaden en je PongMate CyberCannon Mark III is klaar voor gebruik.

Stap 5: Arduino-code

Ervan uitgaande dat je alles correct hebt ingesteld, is de bijgevoegde Arduino-code alles wat je nodig hebt voordat de CyberCannon klaar is voor gebruik. Aan het begin van het bestand hebben we opmerkingen geschreven waarin alle voorbeelden en bibliotheken worden uitgelegd die we hebben gebruikt om ons te helpen de code voor de verschillende elektronische componenten te implementeren. Deze bronnen kunnen zeer nuttig zijn om te onderzoeken als u meer informatie wilt of een beter begrip wilt van hoe deze componenten werken. Na deze opmerkingen vindt u de variabeledefinities voor alle componenten die in ons script worden gebruikt. Hier kunt u veel hardgecodeerde waarden wijzigen, zoals de snelheidswaarden van de DC-motor, die u moet doen wanneer u uw DC-motoren kalibreert met de horizontale afstand. Als je eerdere ervaring met Arduino hebt, weet je dat de twee belangrijkste onderdelen van een Arduino-script de setup() en loop()-functies zijn. De setup-functie kan in dit bestand min of meer worden genegeerd met uitzondering van de VL53L1X ToF-sensorcode, die één regel heeft waar de afstandsmodus van de sensor desgewenst kan worden gewijzigd. De lusfunctie is waar de afstand- en hoekwaarden van de sensoren worden gelezen om de horizontale afstand en andere variabelen te berekenen. Zoals we eerder vermeldden, worden deze waarden vervolgens gebruikt om de DC-motorsnelheid en LED-waarden te bepalen door extra functies buiten de lusfunctie aan te roepen. Een probleem dat we tegenkwamen, was dat de waarden van de sensoren aanzienlijk zouden variëren als gevolg van inconsistenties in de elektrische componenten zelf. Zonder de CyberCannon bijvoorbeeld aan te raken, zouden zowel de afstands- als de hoekwaarden voldoende variëren om de snelheid van de gelijkstroommotor willekeurig te laten oscilleren. Om dit probleem op te lossen, hebben we een voortschrijdend gemiddelde geïmplementeerd dat de huidige afstand en hoek zou berekenen door het gemiddelde te nemen over de 20 meest recente sensorwaarden. Dit loste onmiddellijk de problemen op die we hadden met sensorinconsistenties en versoepelde onze LED- en DC-motorberekeningen. Het moet worden vermeld dat dit script geenszins perfect is en zeker een paar bugs heeft die nog moeten worden uitgewerkt. Toen we bijvoorbeeld de CyberCannon aan het testen waren, bevroor de code willekeurig ongeveer een op de drie keer dat we hem aanzetten. We hebben de code uitgebreid bekeken maar hebben het probleem niet kunnen vinden; dus wees niet ongerust als dit u overkomt. Dat gezegd hebbende, als je het probleem met onze code kunt vinden, laat het ons dan weten!

Stap 6: Vernietig de competitie

We hopen dat deze Instructable je een duidelijke tutorial heeft gegeven om je eigen CyberCannon te bouwen en vraag je alleen om je vrienden rustig aan te doen als je ze op het volgende feest speelt!

Grant Galloway & Nils Opgenorth