The Ultimate Beer Pong Machine - PongMate CyberCannon Mark III: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Introduksjon

PongMate CyberCannon Mark III er den nyeste og mest avanserte ølpongteknologien som noen gang har blitt solgt til publikum. Med den nye CyberCannon kan enhver person bli den mest fryktede spilleren ved ølpongbordet. Hvordan er dette mulig? CyberCannon Mark III kombinerer et topp moderne lanseringssystem, hjelpeflykontrollsystem og målkalibreringssystem for å sikre at hver pingpongball blir skutt med høyest mulig nøyaktighet. Slik fungerer det:

PongMates lanseringssystem består av en laste- og skytemekanisme som er designet av tyske og amerikanske ingeniører på toppnivå og garanterer maksimal effektivitet på bordet. Last ballen, trykk på knappen og skyte. SG90 180 graders servo vil sikre at ballen skyves nøyaktig på plass for et optimalt skudd. For å være sikker på at du aldri går tom for juice på festen og holde rekken i gang, kjører lanseringssystemet til PongMate CyberCannon Mark III på ikke 2, ikke 4, men det er riktig på 6 oppladbare AA -batterier, opp til 9V og 6600 mA, for å drive begge DC-motorene.

Auxiliary FlightControl System bruker toppmoderne sensing- og laserteknologi for å beregne den optimale banen for bordtennisballen. Ved hjelp av akselerometeret og tidspunktet for flygsensorer kan PongMate CyberCannon Mark III beregne den nøyaktige posisjonen til brukeren i forhold til målkoppen.

For å visuelt veilede brukeren til riktig skytehøyde og vinkel, er Aiming Calibration System designet med et tyngdekraftnivå og 5 LED -grensesnitt for å sikre at riktig posisjon er oppnådd før lansering.

PongMate CyberCannon Mark III er ikke rent teknisk ingeniørarbeid. Tusenvis av timer med forskning ble investert i produktets ergonomiske design. Håndsydde italienske borrelåsbånd er integrert i den solide tømmerbunnen og justeres for å passe enhver armstørrelse. Et robust triggerhåndtak er festet under Auxiliary FlightControl System for å gi et stabilt grep, selv etter noen få halvliter av Stuttgarts fineste.

Så hvis du vil være god på ølpong, hvis du vil være med på vinnerlaget, og hvis du vil imponere alle på festen, trenger du PongMate CyberCannon Mark III, og du vil aldri gå glipp av et skudd en gang til.

Trinn 1: Maskinvare og elektronikk

Nedenfor finner du all maskinvare, elektroniske komponenter og verktøy som trengs for å lage PongMate CyberCannon Mark III. Elektronikkdelen er delt inn i fire underseksjoner-Kontrollenhet, lanseringssystem, hjelpeflykontrollsystem og målkalibreringssystem-for å vise hvilke komponenter som kreves for de forskjellige delene av CyberCannon. Lenker til innkjøpsalternativer for alle de elektroniske komponentene er gitt; Vi godkjenner imidlertid ikke noen av forhandlerne som er knyttet.

Maskinvare

15-20 cm PVC-avløpsrør (Ø 50 mm)

4x kabelbinder

600x400mm kryssfinerark (4mm)

1x dørhengsel

1 m borrelås

12 cm PVC -rør (Ø 20 mm)

Tre lim

Superlim

Elektrisk tape

8x M3 treskruer

8x M2 treskruer

2x M4 50 mm bolt

2x vaskemaskin

4x M4 18 mm gjenget erme

2x M4 boltemutter

Elektronikk

Kontrollenhet

Arduino Uno

Mini brødbrett

Jumper Wires

Batteriholderpakke

2x batterikontaktkabel

6x oppladbare AA -batterier (1,5V hver)

9v blokkbatteri

Trykknappbryter

Lanseringssystem

2x DC-motor 6-12V

L293D Motordriver IC

Servo motor

Launcher -knapp

2x skumgummihjul (45mm)

2x reduksjonsuttak (Ø 2 mm)

Hjelpeflykontrollsystem

MPU-6050 akselerometer

VL53L1X Time of Flight (ToF) sensor

ANGEEK 5V KY-008 650nm lasersensormodul

Målrettet kalibreringssystem

2D Gravity-Level

5x 8 -biters WS2812 RGB -lysdioder

Europlatine (lodding) eller brødbrett

Verktøy

Boksåpner

Sag

Skrutrekker

Nål og tråd

Loddejern og loddetinn*

*Brødbrett er et alternativ til lodding.

Tillegg

2x pingpongballer

20x røde kopper

Øl (eller vann)

Trinn 2: Logikk

Logikken bak PongMate CyberCannon Mark III handler om å forenkle forholdet mellom systemets variabler og likestrømsmotorhastigheten for å skyte hver pingpongball i riktig avstand. Hvis CyberCannon var en stasjonær bærerakett med en fast vinkel, ville beregningen for likestrømsmotorhastigheten være et ganske enkelt forhold mellom oppskytningsavstanden til koppen og kraften som tilføres motorene. Fordi CyberCannon er en håndleddsmontert maskin, må imidlertid den vertikale avstanden fra bæreraketten til koppen og oppskytningsvinkelen vurderes i tillegg til den horisontale avstanden når du beregner likestrømsmotorhastigheten. Det ville være ekstremt vanskelig og kjedelig oppgave å finne den riktige løsningen på et system med fire variabler med bare prøving og feiling. Forutsatt at vi var i stand til å finne denne sammenhengen, ville imidlertid de små inkonsekvensene i lanseringen og sensoravlesningene fremdeles gi nok unøyaktighet i systemet vårt til at det ikke er fornuftig å tilføre så mye presisjon til DC -motorhastighetsberegningen. Til syvende og sist bestemte vi oss for at det ville være best å prøve å eliminere så mange variabler som mulig, slik at DC -motorhastigheten kan bestemmes rimelig gjennom prøving og feiling og gi forståelige resultater for brukeren. For eksempel er det mye lettere for brukeren å forstå at likestrømsmotorhastigheten øker etter hvert som den horisontale avstanden øker og minker når den horisontale avstanden avtar. Hvis ligningen for likestrømsmotorhastighet hadde for mange variabler, ville det ikke være intuitivt hvordan likestrømsmotorhastigheten beregnes.

Igjen er hovedvariablene i systemet vårt den horisontale avstanden, vertikal avstand, oppskytningsvinkel og likestrømsmotorhastighet. For å få de mest konsistente resultatene bestemte vi oss for å eliminere den vertikale avstanden og oppskytningsvinkelen fra DC -motorhastighetsberegningen ved å fikse disse variablene. Ved å veilede brukeren til riktig høyde og vinkel med Aiming Calibration System, klarte vi å fikse den vertikale avstanden og oppskytningsvinkelen. Spesielt angis riktig vertikal avstand når de tre midterste lysdiodene i de fem LED-grensesnittene blir grønne, og riktig oppskytningsvinkel indikeres når boblene på toakset tyngdekraftnivå er sentrert mellom de svarte linjene. På dette tidspunktet er de eneste gjenværende variablene den horisontale avstanden og likestrømsmotorhastigheten. Når det er sagt, må den horisontale avstanden beregnes ut fra sensordata siden den horisontale avstanden ikke kan måles direkte. I stedet kan den direkte avstanden fra bæreraketten til koppen og vinkelen fra horisontalplanet måles og brukes til å beregne den horisontale avstanden. Vi brukte VL53L1X ToF-sensor til å måle avstanden fra bæreraketten til koppen og MPU-6050 akselerometer for å måle vinkelen fra horisontalplanet. Matematikken bak denne beregningen er veldig enkel og kan sees på vedlagte bilde til denne delen. I utgangspunktet er den eneste formelen som trengs for å beregne den horisontale avstanden fra disse to sensoravlesningene Sines Law.

Når den horisontale avstanden er beregnet, er det eneste som gjenstår å finne sammenhengen mellom denne avstanden og likestrømsmotorhastigheten, som vi løste ved å prøve og feile. Et plott av disse verdiene kan sees på det vedlagte bildet. Vi forventet at forholdet mellom horisontal avstand og likestrømsmotorhastighet ville være lineært, men vi ble overrasket over å finne ut at den faktisk fulgte en kurve som lignet mer på en kube rotfunksjon. Når de var bestemt, ble disse verdiene hardkodet i Arduino-skriptet. Den endelige implementeringen av alle disse delene kan sees i denne videoen her, hvor LED -grensesnittet endres for å indikere den relative høyden til målet og DC -motorhastigheten kan høres endres med de forskjellige inngangsverdiene fra sensorene.

Trinn 3: Konstruksjon av maskinvare

Det som er fint med maskinvarekonstruksjonen til PongMate CyberCannon Mark III er at du enten kan være rask og grov med den hjemme eller være stabil og presis med en CNC -maskin eller 3D -skriver. Vi valgte det første alternativet og brukte en boksekutter til å kutte 4 mm kryssfinerplater for vårt design; Vi leverte imidlertid CNC -delerark hvis du vil forfølge dette alternativet. Lagene på kryssfiner ble designet slik at de forskjellige komponentene i CyberCannon kunne integreres så mye som mulig. For eksempel har grunnplaten til lanseringssystemet utsnitt for Arduino, batterier, brødbrett og borrelåsbånd, mens bunnplaten til hjelpeflykontrollsystemet har utsparinger som skaper en tunnel for sensortrådene og skjuler boltene som fester utløserhåndtak. Når du har kuttet alle bitene fra kryssfinerplatene, kan du lime dem sammen for å danne grunnplatene til CyberCannon. Når vi limer, synes vi det er viktig å virkelig kontrollere at alt er stilt opp riktig, og foreslå også at du bruker klemmer eller noen få bøker for å påføre trykk mens bitene tørker. Før du begynner å feste mer skjøre komponenter som lanseringsrøret og elektronikk, foreslår vi at du syr på borrelåsstroppene, siden du kanskje må snu bunnplaten for å sette inn stroppene og gjøre det enklere å sy. Oppskytningsrøret skal kuttes for å passe til hjulene du kan kjøpe, og tillate at servomotoren fungerer korrekt for å skyve ballen inn i hjulene. Vi anbefaler at hjulene er litt squishy slik at de kan plasseres nærmere hverandre enn diameteren på pingpongballen, noe som gir et kraftigere og mer konsekvent skudd. På samme måte er det også viktig at likestrømsmotorene er godt festet og ikke beveger seg når ballen presses mellom hjulene; Ellers mister ballen kraft og konsistens. Vi foreslår også at du sørger for at skruene du har kjøpt alle passer i hullene på de elektroniske komponentene dine, slik at du ikke skader dem, og at du dobbeltsjekker at det ikke vil være skruekonflikter mellom de forskjellige delene du skruer inn i basen tallerkener. Uansett hvor presis du vil være under maskinvarekonstruksjonen til CyberCannon, er den beste måten å gjøre fremgang på, bare å begynne å bygge og finne ut de små detaljene underveis.

Trinn 4: Elektronikkmontering

Elektronikkmonteringen kan virke som et enkelt skritt i første omgang sammenlignet med maskinvarekonstruksjonen; Imidlertid bør denne fasen ikke undervurderes fordi den er ekstremt viktig. En feilplassert ledning kan forhindre CyberCannon i å fungere skikkelig eller til og med ødelegge noen elektriske komponenter. Den beste måten å gå om elektronikkmonteringen på er å bare følge kretsdiagrammet på de vedlagte bildene og dobbeltsjekke at du aldri blander sammen strømtilførsel og jordledninger. Det er viktig å merke seg at vi kjørte likestrømsmotorene på seks 1,5V oppladbare AA -batterier i stedet for et 9V blokkbatteri som resten av elektronikken fordi vi fant ut at de seks AA -batteriene ga mer jevn strøm til likestrømsmotorene. Når du har fullført elektronikkmonteringen, er det bare å laste opp Arduino -koden, og PongMate CyberCannon Mark III vil være i gang.

Trinn 5: Arduino -kode

Forutsatt at du har konfigurert alt riktig, er den vedlagte Arduino -koden alt du trenger før CyberCannon er klar til bruk. I begynnelsen av filen har vi skrevet kommentarer som forklarer alle eksemplene og bibliotekene vi brukte for å hjelpe oss med å implementere koden for de forskjellige elektroniske komponentene. Disse ressursene kan være svært nyttige å forske på hvis du vil ha mer informasjon eller en bedre forståelse av hvordan disse komponentene fungerer. Etter disse kommentarene finner du variabeldefinisjonene for alle komponentene som brukes i skriptet vårt. Det er her du kan endre mange hardkodede verdier som likestrømsmotorhastighetsverdiene, som du må gjøre når du kalibrerer likestrømsmotorene med den horisontale avstanden. Hvis du har tidligere erfaring med Arduino, vet du at de to hoveddelene i et Arduino -skript er oppsett () og loop () funksjonene. Oppsettfunksjonen kan mer eller mindre ignoreres i denne filen med unntak av VL53L1X ToF -sensorkoden, som har en linje hvor avstandsmodusen til sensoren kan endres hvis ønskelig. Sløyfefunksjonen er hvor avstands- og vinkelverdiene leses fra sensorene for å beregne den horisontale avstanden og andre variabler. Som vi nevnte tidligere, blir disse verdiene deretter brukt til å bestemme likestrømsmotorhastigheten og LED -verdiene ved å kalle tilleggsfunksjoner utenfor sløyfefunksjonen. Et problem vi møtte var at verdiene som kom fra sensorene ville variere med en betydelig margin på grunn av inkonsekvenser i de elektriske komponentene selv. For eksempel, uten å berøre CyberCannon, ville både avstands- og vinkelverdiene variere nok til at DC -motorhastigheten svingte tilfeldig. For å fikse dette problemet implementerte vi et rullende gjennomsnitt som ville beregne gjeldende avstand og vinkel ved å gjennomsnitte de 20 siste sensorverdiene. Dette løste umiddelbart problemene vi hadde med sensorinkonsekvenser og utjevnet våre LED- og DC -motorberegninger. Det skal nevnes at dette skriptet på ingen måte er perfekt og definitivt har noen få feil som fortsatt må utredes. Når vi for eksempel testet CyberCannon, ville koden tilfeldigvis fryse omtrent en av tre ganger vi slo den på. Vi har sett gjennom koden grundig, men har ikke klart å finne problemet. så ikke vær bekymret hvis dette skjer med deg. Når det er sagt, vennligst gi oss beskjed hvis du klarer å finne problemet med koden vår!

Trinn 6: Ødelegg konkurransen

Vi håper at denne instruksjonsboken ga deg en klar opplæring for å bygge en egen CyberCannon og bare be deg om å gå lett på vennene dine når du spiller dem på neste fest!

Grant Galloway & Nils Opgenorth