„Ultimate Beer Pong Machine“- „PongMate CyberCannon Mark III“: 6 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Įvadas

„PongMate CyberCannon Mark III“yra naujausia ir pažangiausia alaus teniso technologija, kuri kada nors buvo parduodama visuomenei. Su naujuoju „CyberCannon“bet kuris žmogus gali tapti labiausiai bijomu žaidėju prie alaus teniso stalo. Kaip tai įmanoma? Na, „CyberCannon Mark III“sujungia pažangiausią paleidimo sistemą, pagalbinę skrydžio valdymo sistemą ir tikslinę kalibravimo sistemą, kad kiekvienas stalo teniso kamuoliukas būtų iššautas kuo tiksliau. Štai kaip tai veikia:

„PongMate“paleidimo sistemą sudaro pakrovimo ir šaudymo mechanizmas, sukurtas aukščiausio lygio vokiečių ir amerikiečių inžinierių ir garantuoja maksimalų efektyvumą ant stalo. Įkelkite kamuolį, paspauskite mygtuką ir šaudykite. SG90 180 laipsnių servo sistema užtikrins, kad kamuolys būtų tiksliai nustumtas į vietą optimaliam smūgiui. Kad vakarėlyje niekada nepritrūktų sulčių ir tęstumėte seriją, „PongMate CyberCannon Mark III“paleidimo sistema veikia ne su 2, o ne su 4, bet tai veikia su 6 įkraunamomis AA baterijomis. 9V ir 6600 mA, tiekiama tiek DC varikliams.

Pagalbinė „FlightControl“sistema naudoja pažangiausias jutimo ir lazerio technologijas, kad apskaičiuotų optimalią stalo teniso kamuoliuko trajektoriją. Pasinaudodamas pagreičio matuokliu ir skrydžio laiko jutikliais, „PongMate CyberCannon Mark III“gali apskaičiuoti tikslią vartotojo padėtį tikslinės taurės atžvilgiu.

Siekiant vizualiai nukreipti naudotoją į teisingą fotografavimo aukštį ir kampą, taikymo kalibravimo sistema suprojektuota su gravitacijos lygiu ir 5 šviesos diodų sąsaja, užtikrinančia, kad prieš paleidžiant buvo pasiekta tinkama padėtis.

„PongMate CyberCannon Mark III“nėra vien tik techninė inžinerija. Į ergonomišką gaminio dizainą buvo investuota tūkstančiai valandų tyrimų. Rankomis susiuvami itališki velcro dirželiai yra integruoti į medžio masyvo pagrindo plokštę ir prisitaiko prie bet kokio rankos dydžio. Po papildoma „FlightControl“sistema pritvirtinta tvirta paleidimo rankena, užtikrinanti stabilų sukibimą, net po kelių pintų geriausių Štutgarto.

Taigi, jei norite gerai mokėti alaus tenisą, jei norite būti nugalėtojų komandoje ir jei norite sužavėti visus vakarėlio dalyvius, jums reikia „PongMate CyberCannon Mark III“ir niekada nepraleisite nė karto vėl.

1 žingsnis: Aparatūra ir elektronika

Žemiau rasite visą techninę įrangą, elektroninius komponentus ir įrankius, reikalingus „PongMate CyberCannon Mark III“sukurti. Elektronikos skyrius yra padalintas į keturis poskyrius-valdymo blokas, paleidimo sistema, pagalbinė skrydžio valdymo sistema ir taikymo kalibravimo sistema-siekiant parodyti, kurie komponentai reikalingi skirtingoms „CyberCannon“dalims. Pateiktos nuorodos į visų elektroninių komponentų pirkimo galimybes; tačiau mes konkrečiai nepatvirtiname nė vieno iš susietų mažmenininkų.

Techninė įranga

15-20 cm PVC kanalizacijos vamzdis (Ø 50 mm)

4x kabelių kaklaraištis

600x400 mm faneros lakštas (4 mm)

1x durų vyriai

1 m velcro užsegimas

12 cm PVC vamzdis (Ø 20 mm)

Medienos klijai

Super klijai

Elektrinė juosta

8x M3 mediniai varžtai

8x M2 mediniai varžtai

2x M4 50 mm varžtas

2x skalbyklė

4x M4 18 mm srieginė rankovė

2x M4 varžtų veržlė

Elektronika

Valdymo blokas

Arduino Uno

Mini duonos lenta

Trumpieji laidai

Akumuliatoriaus laikiklis

2x akumuliatoriaus jungties kabelis

6x įkraunamos AA baterijos (po 1,5V)

9v blokavimo akumuliatorius

Paspaudimo mygtuko jungiklis

Paleidimo sistema

2x nuolatinės srovės variklis 6-12V

L293D variklio vairuotojo IC

Servo variklis

Paleidimo mygtukas

2x guminiai ratai (45 mm)

2x redukcinis lizdas (Ø 2 mm)

Pagalbinė „FlightControl“sistema

Akselerometras MPU-6050

VL53L1X Skrydžio laiko (ToF) jutiklis

ANGEEK 5V KY-008 650nm lazerio jutiklio modulis

Tikslinė kalibravimo sistema

2D gravitacijos lygis

5x 8 bitų WS2812 RGB šviesos diodai

„Europlatine“(litavimas) arba „Breadboard“

Įrankiai

Dėžutės pjaustytuvas

Pjūklas

Atsuktuvas

Adata ir siūlas

Lituoklis ir lydmetalis*

*Duonos lenta yra litavimo alternatyva.

Priedai

2x stalo teniso kamuoliukų

20 kartų raudonos taurės

Alus (arba vanduo)

2 žingsnis: logika

„PongMate CyberCannon Mark III“logika yra supaprastinti sistemos kintamųjų ir nuolatinės srovės variklio greičio santykį, kad kiekvienas stalo teniso kamuoliukas būtų nušautas teisingu atstumu. Jei „CyberCannon“būtų stacionarus paleidimo įrenginys su fiksuotu kampu, nuolatinės srovės variklio greičio apskaičiavimas būtų gana paprastas ryšys tarp paleidimo įrenginio atstumo iki puodelio ir varikliams tiekiamos galios. Tačiau kadangi „CyberCannon“yra ant riešo montuojama mašina, apskaičiuojant nuolatinės srovės variklio greitį, be horizontalaus atstumo reikia atsižvelgti ir į vertikalų atstumą nuo paleidimo priemonės iki puodelio. Rasti teisingą keturių kintamųjų sistemos, kurioje būtų tik bandymai ir klaidos, sprendimą būtų labai sudėtinga ir nuobodu užduotis. Darant prielaidą, kad mums pavyko rasti šią koreliaciją, tačiau nedideli paleidimo ir jutiklių rodmenų neatitikimai mūsų sistemoje vis tiek sukels pakankamai netikslumų, todėl nėra prasmės tiek daug tikslumo apskaičiuoti nuolatinės srovės variklio greičiui. Galiausiai nusprendėme, kad geriausia būtų pabandyti pašalinti kuo daugiau kintamųjų, kad nuolatinės srovės variklio greitį būtų galima pagrįstai nustatyti bandymų ir klaidų būdu ir gauti vartotojui suprantamus rezultatus. Pavyzdžiui, vartotojui daug lengviau suprasti, kad nuolatinės srovės variklio greitis didėja didėjant horizontaliam atstumui ir mažėja mažėjant horizontaliam atstumui. Jei nuolatinės srovės variklio greičio lygtyje būtų per daug kintamųjų, tai nebūtų intuityvu, kaip apskaičiuojamas nuolatinės srovės variklio greitis.

Vėlgi, pagrindiniai mūsų sistemos kintamieji yra horizontalus atstumas, vertikalus atstumas, paleidimo kampas ir nuolatinės srovės variklio greitis. Norėdami gauti nuosekliausius rezultatus, mes nusprendėme pašalinti vertikalų atstumą ir paleidimo kampą iš nuolatinės srovės variklio greičio apskaičiavimo, nustatydami šiuos kintamuosius. Nukreipdami naudotoją į teisingą aukštį ir kampą naudodami taikymo kalibravimo sistemą, mes sugebėjome nustatyti vertikalų atstumą ir paleidimo kampą. Konkrečiai, teisingas vertikalus atstumas nurodomas, kai viduriniai trys penkių šviesos diodų sąsajos šviesos diodai užsidega žaliai, o teisingas paleidimo kampas nurodomas, kai dviejų ašių gravitacijos lygio burbuliukai yra centre tarp juodų linijų. Šiuo metu vieninteliai likę kintamieji yra horizontalus atstumas ir nuolatinės srovės variklio greitis. Be to, horizontalus atstumas turi būti apskaičiuojamas pagal jutiklių duomenis, nes horizontalaus atstumo negalima tiesiogiai išmatuoti. Vietoj to, galima išmatuoti tiesioginį atstumą nuo paleidimo įrenginio iki puodelio ir kampą nuo horizontalios plokštumos, kad būtų galima apskaičiuoti horizontalų atstumą. Mes naudojome VL53L1X ToF jutiklį atstumui nuo paleidimo priemonės iki puodelio matuoti ir MPU-6050 akselerometru kampui nuo horizontalios plokštumos matuoti. Šio skaičiavimo matematika yra labai paprasta ir ją galima pamatyti pridedamame šio skyriaus paveikslėlyje. Iš esmės vienintelė formulė, reikalinga horizontaliam atstumui nuo šių dviejų jutiklių rodmenų apskaičiuoti, yra sinusų dėsnis.

Apskaičiavus horizontalų atstumą, belieka rasti koreliaciją tarp šio atstumo ir nuolatinės srovės variklio greičio, kurį išsprendėme bandydami ir suklydę. Šių verčių schemą galima pamatyti pridedamame paveikslėlyje. Tikėjomės, kad ryšys tarp horizontalaus atstumo ir nuolatinės srovės variklio greičio bus tiesinis, tačiau nustebome sužinoję, kad jis iš tikrųjų sekė kreivę, labiau panašią į kubo šaknies funkciją. Nustačius šias vertes, jie buvo sunkiai užkoduoti Arduino scenarijuje. Galutinį visų šių dalių įgyvendinimą galima pamatyti šiame vaizdo įraše, kur šviesos diodų sąsaja keičiasi, nurodydama santykinį aukštį iki tikslo, o nuolatinės srovės variklio greitis gali būti keičiamas keičiantis kintančioms jutiklių įvesties vertėms.

3 žingsnis: Aparatūros kūrimas

„PongMate CyberCannon Mark III“aparatinės įrangos konstrukcija yra maloni tuo, kad galite greitai ir grubiai dirbti su juo namuose arba būti pastovūs ir tikslūs naudodami CNC mašiną ar 3D spausdintuvą. Mes pasirinkome pirmąjį variantą ir panaudojome dėžutės pjaustytuvą, kad supjaustytume 4 mm faneros lakštus pagal mūsų dizainą; tačiau, jei norite pasinaudoti šia galimybe, mes pateikėme CNC dalių lapą. Faneros sluoksniai buvo suprojektuoti taip, kad būtų galima kiek įmanoma integruoti įvairius „CyberCannon“komponentus. Pavyzdžiui, paleidimo sistemos pagrindinėje plokštėje yra „Arduino“, baterijų, duonos lentos ir „Velcro“diržų išpjovos, o pagalbinės „FlightControl“sistemos pagrindo plokštėje yra išpjovos, kurios sukuria tunelį jutiklių laidams ir slepia varžtus, pritvirtinančius paleidimo rankena. Kai visi gabalai bus iškirpti iš faneros lakštų, galite juos klijuoti, kad suformuotumėte „CyberCannon“pagrindo plokštes. Klijuojant, manome, kad svarbu tikrai patikrinti, ar viskas teisingai išdėstyta, taip pat siūlome spaustukais ar keliomis knygelėmis spausti, kol gabalėliai išdžiūsta. Prieš pradėdami tvirtinti trapesnius komponentus, tokius kaip paleidimo vamzdis ir elektronika, siūlome siūti Velcro diržus, nes gali prireikti apversti pagrindo plokštę, kad būtų galima įdėti diržus ir palengvinti siuvimą. Paleidimo vamzdis turi būti nupjautas taip, kad atitiktų ratus, kuriuos galite įsigyti, ir leisti servo varikliui tinkamai veikti, kad įstumtų rutulį į ratus. Rekomenduojame, kad ratai būtų šiek tiek trapūs, kad juos būtų galima pastatyti arčiau vienas kito nei stalo teniso kamuoliuko skersmuo, todėl smūgis yra galingesnis ir nuoseklesnis. Taip pat svarbu, kad nuolatinės srovės varikliai būtų tvirtai pritvirtinti ir nejudėtų, kai kamuolys suspaudžiamas tarp ratų; priešingu atveju kamuolys praras galią ir nuoseklumą. Taip pat siūlome įsitikinti, kad visi įsigyti varžtai telpa į jūsų elektroninių komponentų skyles, kad nepažeistumėte jų ir dar kartą patikrintumėte, ar tarp skirtingų dalių, kurias įsukate į pagrindą, nebus varžtų lėkštės. Nepriklausomai nuo to, koks tikslus norite būti „CyberCannon“techninės įrangos kūrimo metu, geriausias būdas pasiekti pažangos yra tik pradėti kurti ir išsiaiškinti smulkias detales.

4 žingsnis: elektronikos surinkimas

Elektronikos surinkimas iš pradžių gali atrodyti lengvas žingsnis, palyginti su aparatūros konstrukcija; tačiau šio etapo nereikėtų nuvertinti, nes jis yra nepaprastai svarbus. Vienas netinkamas laidas gali neleisti „CyberCannon“tinkamai veikti arba netgi sugadinti kai kuriuos elektros komponentus. Geriausias būdas atlikti elektronikos surinkimą yra tiesiog sekti pridėtose nuotraukose pateiktą schemą ir dar kartą patikrinti, ar niekada nesumaišote maitinimo šaltinio ir įžeminimo laidų. Svarbu pažymėti, kad nuolatinės srovės varikliai buvo varomi naudojant šešias 1,5 V įkraunamas AA baterijas, o ne vieną 9 V bloko bateriją, kaip ir visa kita elektronika, nes nustatėme, kad šešios AA baterijos nuolatinės srovės varikliams suteikė pastovesnę galią. Baigę elektronikos surinkimą, jums tereikia įkelti „Arduino“kodą ir „PongMate CyberCannon Mark III“bus paleistas.

5 žingsnis: „Arduino“kodas

Darant prielaidą, kad viską nustatėte teisingai, pridėtas „Arduino“kodas yra viskas, ko jums reikia, kad „CyberCannon“būtų paruoštas naudoti. Failo pradžioje parašėme komentarus, kuriuose paaiškinami visi pavyzdžiai ir bibliotekos, kurias naudojome padėdami įdiegti įvairių elektroninių komponentų kodą. Šie ištekliai gali būti labai naudingi tyrimams, jei norite gauti daugiau informacijos arba geriau suprasti, kaip šie komponentai veikia. Po šių komentarų rasite visų mūsų scenarijuje naudojamų komponentų kintamųjų apibrėžimus. Čia galite pakeisti daug koduotų verčių, pvz., Nuolatinės srovės variklio greičio reikšmes, kurias turėsite padaryti, kai kalibruosite nuolatinės srovės variklius pagal horizontalų atstumą. Jei turite ankstesnės patirties su „Arduino“, žinosite, kad dvi pagrindinės „Arduino“scenarijaus dalys yra sąrankos () ir ciklo () funkcijos. Šiame faile daugiau ar mažiau gali būti ignoruojama sąrankos funkcija, išskyrus VL53L1X ToF jutiklio kodą, kuriame yra viena eilutė, kurioje, jei reikia, galima pakeisti jutiklio atstumo režimą. Ciklo funkcija yra ta, kur atstumo ir kampo reikšmės nuskaitomos iš jutiklių, kad būtų galima apskaičiuoti horizontalų atstumą ir kitus kintamuosius. Kaip jau minėjome anksčiau, šios vertės naudojamos nustatant nuolatinės srovės variklio greitį ir šviesos diodų reikšmes, iškviečiant papildomas funkcijas už ciklo funkcijos ribų. Viena problema, su kuria susidūrėme, buvo ta, kad iš jutiklių gaunamos vertės labai skirsis dėl pačių elektros komponentų neatitikimų. Pavyzdžiui, neliesdami „CyberCannon“, tiek atstumo, tiek kampo reikšmės pakistų tiek, kad nuolatinės srovės variklio greitis svyruotų atsitiktinai. Norėdami išspręsti šią problemą, mes įdiegėme slenkantį vidurkį, kuris apskaičiuotų dabartinį atstumą ir kampą, apskaičiuodamas 20 paskutinių jutiklių verčių vidurkį. Tai akimirksniu išsprendė problemas, su kuriomis susidūrėme dėl jutiklių neatitikimų, ir išlygino mūsų LED ir nuolatinės srovės variklių skaičiavimus. Reikėtų paminėti, kad šis scenarijus anaiptol nėra tobulas ir tikrai turi keletą klaidų, kurias dar reikia išsiaiškinti. Pavyzdžiui, kai bandėme „CyberCannon“, kodas atsitiktinai užšaldė maždaug vieną iš trijų kartų, kai jį įjungėme. Mes išsamiai peržiūrėjome kodą, bet nepavyko rasti problemos; todėl nesijaudinkite, jei tai atsitiks jums. Nepaisant to, jei jums pavyko rasti mūsų kodo problemą, praneškite mums!

6 žingsnis: sunaikinkite konkursą

Tikimės, kad šis „Instructable“suteikė jums aiškią pamoką, kaip sukurti savo „CyberCannon“, ir paprašysime tik, kad nesugadintumėte savo draugų, kai žaisite juos kitame vakarėlyje!

Grantas Galloway ir Nilsas Opgenorthas