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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Uvod

PongMate CyberCannon Mark III je najnoviji i najnapredniji komad pivske pong tehnologije koji je ikada prodan u javnost. S novim CyberCannonom, svaka osoba može postati igrač koji se najviše boji za stolom za pivski pong. Kako je to moguće? Pa, CyberCannon Mark III kombinuje najsavremeniji sistem za lansiranje, pomoćni sistem kontrole leta i sistem za kalibraciju ciljanja kako bi se osiguralo da je svaka loptica za ping pong ispucana sa najvećom mogućom preciznošću. Evo kako to funkcionira:

PongMate-ov sistem za pokretanje sastoji se od mehanizma za punjenje i gađanje koji su dizajnirali vrhunski nemački i američki inženjeri i garantuje maksimalnu efikasnost na stolu. Napunite loptu, pritisnite dugme i pucajte. Servo SG90 za 180 stepeni 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 da nastavite 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.

Pomoćni sistem kontrole leta koristi najmoderniju senzorsku i lasersku tehnologiju za izračunavanje optimalne putanje ping pong loptice. Uz pomoć akcelerometra i senzora vremena leta, PongMate CyberCannon Mark III može izračunati tačan položaj korisnika u odnosu na ciljnu čašu.

Za vizualno usmjeravanje korisnika do ispravne visine i ugla snimanja, sustav za kalibraciju nišana dizajniran je s gravitacijskim nivoom 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 šivane talijanske čičak trake integrirane su u podlogu od punog drveta i prilagođene su svakoj veličini ruke. Robusna ručica za okidanje pričvršćena je ispod pomoćnog sistema kontrole leta kako bi se osiguralo stabilno prianjanje, čak i nakon nekoliko krigli najboljeg iz Stuttgarta.

Dakle, ako želite biti dobri u pivskom pongu, ako želite biti u pobjedničkom timu, i ako želite impresionirati sve na zabavi, onda 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 kreiranje PongMate CyberCannon Mark III. Odeljak Elektronika podeljen je na četiri podsekcije-Kontrolna jedinica, Sistem za lansiranje, Pomoćni sistem kontrole leta i Sistem za kalibraciju ciljanja-kako bi se pokazalo koje su komponente potrebne za različite delove CyberCannona. Omogućene su veze do mogućnosti kupovine svih elektronskih 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 M4 50 mm vijak

2x podloška

4x M4 18mm čahura s navojem

2x matica vijka M4

Elektronika

Kontrolna jedinica

Arduino Uno

Mini Breadboard

Džemper žice

Paket držača baterija

2x kabl za povezivanje baterije

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

9v Blokirajte bateriju

Prekidač sa pritiskom na dugme

Pokretanje sistema

2x DC-motor 6-12V

IC upravljačkog programa motora L293D

Servo motor

Dugme za pokretanje

2x točkovi od pjene (45 mm)

2x redukcijska utičnica (Ø 2 mm)

Pomoćni sistem kontrole leta

MPU-6050 Akcelerometar

VL53L1X Senzor vremena leta (ToF)

ANGEEK 5V KY-008 650nm laserski senzor Modul

Sistem kalibracije usmjeravanja

2D nivo gravitacije

5x 8bit WS2812 RGB LED diode

Europlatine (lemljenje) ili Breadboard

Alati

Rezač kutija

Saw

Šrafciger

Igla i konac

Lemilica i lemilica*

*Oglasna ploča je alternativa lemljenju.

Dodaci

2x loptice za stolni tenis

20x crvenih pehara

Pivo (ili voda)

Korak 2: Logika

Logika iza PongMate CyberCannon Mark III je sve o pojednostavljivanju odnosa između sistemskih varijabli i brzine istosmjernog motora kako bi se svaka lopta za ping pong ispucala na odgovarajuću udaljenost. Da je CyberCannon stacionarni lanser s fiksnim kutom, tada bi proračun brzine istosmjernog motora bio prilično jednostavan odnos između udaljenosti lansera do čaše i snage koja se isporučuje motorima. Međutim, budući da je CyberCannon stroj postavljen na ručni zglob, tada bi se pri izračunavanju brzine istosmjernog motora trebalo uzeti u obzir okomita udaljenost od bacača do čaše i kut lansera. Pronalaženje ispravnog rješenja za sistem od četiri varijable sa samo pokušajem i greškom na raspolaganju bio bi izuzetno težak i dosadan zadatak. Međutim, pod pretpostavkom da smo uspjeli pronaći ovu korelaciju, male nedosljednosti očitavanja pokretača i senzora i dalje bi proizvele dovoljno nepreciznosti u našem sistemu da nema smisla dodavati toliko preciznosti u proračun 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 greškama te proizvesti razumljive rezultate za korisnika. Na primjer, korisniku je mnogo lakše razumjeti da se brzina istosmjernog motora povećava kako se horizontalna udaljenost povećava, a smanjuje kako se horizontalna udaljenost smanjuje. Da jednadžba za brzinu istosmjernog motora ima previše varijabli, ne bi bilo intuitivno kako se izračunava brzina istosmjernog motora.

Opet, glavne varijable u našem sistemu su vodoravna udaljenost, okomita udaljenost, kut lansera i brzina istosmjernog motora. Kako bismo dobili najdosljednije rezultate, odlučili smo ukloniti vertikalnu udaljenost i kut lansera iz proračuna brzine istosmjernog motora popravljanjem ove varijable. Vodeći korisnika do ispravne visine i ugla pomoću sistema za kalibraciju ciljanja, uspjeli smo popraviti okomitu udaljenost i kut lansera. Tačnije, ispravna vertikalna udaljenost označena je kada srednje tri LED diode sa pet LED interfejsa postanu zelene, a ispravan kut lansera je naznačen kada su mjehurići na gravitaciji na dvije osi centrirani između crnih linija. U ovom trenutku jedine preostale varijable su vodoravna udaljenost i brzina istosmjernog motora. Rečeno je da se horizontalna udaljenost mora izračunati iz podataka senzora budući da se horizontalna udaljenost ne može izravno mjeriti. Umjesto toga, izravna udaljenost od lansera do čaše i kut od vodoravne ravnine mogu se mjeriti i koristiti za izračunavanje horizontalne udaljenosti. Koristili smo VL53L1X ToF senzor za mjerenje udaljenosti od bacača do čaše i akcelerometar MPU-6050 za mjerenje kuta od 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 horizontalne udaljenosti od ova dva očitanja senzora je Zakon sinusa.

Jednom kada se izračuna horizontalna udaljenost, preostaje jedino pronaći korelaciju između te udaljenosti i brzine istosmjernog motora, što smo riješili pokušajem i greškom. 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 kada smo otkrili da zapravo slijedi krivulju sličniju funkciji korijena kocke. Nakon što su određene, te su vrijednosti teško kodirane u Arduino skriptu. Konačnu implementaciju svih ovih dijelova možete vidjeti u ovom videu ovdje, gdje se LED sučelje mijenja kako bi označilo relativnu visinu do cilja, a brzina istosmjernog motora se može promijeniti s promjenom ulaznih vrijednosti sa 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 koristili rezač kutija za rezanje listova šperploče od 4 mm za naš dizajn; međutim, dali smo list 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 sistema za lansiranje ima izreze za Arduino, baterije, matičnu ploču i čičak trake, dok osnovna ploča pomoćnog sistema kontrole leta ima izreze koji stvaraju tunel za žice senzora i skrivaju vijke koji pričvršćuju ručica za okidanje. Nakon što izrežete sve dijelove iz listova šperploče, možete ih zalijepiti zajedno kako biste formirali 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 osjetljivije 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 presječena kako bi se prilagodili kotačima koje možete kupiti i omogućiti da se servo motor pravilno aktivira kako bi gurnuo loptu u kotače. Preporučujemo da točkovi budu pomalo zgnječeni kako bi se mogli postaviti bliže jedan od drugog u promjeru kugle za stolni tenis, što pruža snažniji i dosljedniji udarac. Na isti način, važno je i da su istosmjerni motori čvrsto pričvršćeni i da se ne kreću kada se lopta stisne između kotača; u suprotnom će lopta izgubiti snagu i dosljednost. Predlažemo i da se pobrinete da svi vijci koje ste kupili stanu u rupe na vašim elektroničkim komponentama kako ih ne biste oštetili i da dvaput provjerite da neće doći do sukoba vijaka između različitih dijelova koje uvijate u bazu ploče. Bez obzira na to koliko precizni želite biti tokom izgradnje hardvera CyberCannona, najbolji način za napredak je samo započeti izgradnju i usput shvatiti sitne detalje.

Korak 4: Montaža elektronike

Sklop elektronike može se na prvi pogled činiti lakim korakom u usporedbi sa konstrukcijom hardvera; međutim, ovu fazu ne treba podcijeniti jer je izuzetno 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 za napajanje i uzemljenje. Važno je napomenuti da smo radili na istosmjerne motore na šest 1,5 V punjivih AA baterija umjesto na jednu bateriju od 9 V bloka, kao i ostatak elektronike, jer smo otkrili da je šest AA baterija pružalo dosljedniju snagu istosmjernim motorima. Nakon što završite 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 pravilno 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 biblioteke 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 kako 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 manje -više zanemariti u ovoj datoteci, osim 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, ove se vrijednosti tada koriste za određivanje brzine istosmjernog motora i LED vrijednosti pozivanjem dodatnih funkcija izvan funkcije petlje. Jedan problem na koji smo naišli bio je da će se vrijednosti koje dolaze sa senzora razlikovati u značajnoj mjeri zbog nedosljednosti unutar samih električnih komponenti. Na primjer, bez dodirivanja CyberCannona, i udaljenost i kut bi se mijenjali dovoljno da uzrokuju nasumično osciliranje brzine istosmjernog motora. Kako bismo riješili ovaj problem, implementirali smo pokretni 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 DC motora. Treba napomenuti da ova skripta nikako nije savršena i definitivno ima nekoliko grešaka koje još treba razraditi. Na primjer, kada smo testirali CyberCannon, kod bi se nasumično zamrzavao 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