The Ultimate Beer Pong Machine - PongMate CyberCannon Mark III: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

introduzione

Il PongMate CyberCannon Mark III è il pezzo più nuovo e avanzato della tecnologia Beer Pong mai venduto al pubblico. Con il nuovo CyberCannon, chiunque può diventare il giocatore più temuto al tavolo del beer pong. Com'è possibile? Bene, il CyberCannon Mark III combina un sistema di lancio all'avanguardia, un sistema ausiliario di controllo del volo e un sistema di calibrazione della mira per garantire che ogni pallina da ping pong venga sparata con la massima precisione possibile. Ecco come funziona:

Il sistema di lancio di PongMate è costituito da un meccanismo di caricamento e sparo che è stato progettato da ingegneri tedeschi e americani di alto livello e garantisce la massima efficienza sul tavolo. Carica la palla, premi il pulsante e spara. Il servo a 180 gradi SG90 assicurerà che la palla venga spinta con precisione in posizione per un tiro ottimale. Per assicurarti di non rimanere mai a corto di energia alla festa e continuare la tua serie positiva, il sistema di lancio del PongMate CyberCannon Mark III funziona non con 2, non con 4, ma proprio con 6 batterie AA ricaricabili, con un clock fino a 9V e 6600 mA, per alimentare entrambi i motori DC.

Il sistema Auxiliary FlightControl utilizza sensori all'avanguardia e tecnologia laser per calcolare la traiettoria ottimale per la pallina da ping pong. Con l'aiuto dell'accelerometro e dei sensori del tempo di volo, il PongMate CyberCannon Mark III può calcolare l'esatta posizione dell'utente rispetto alla tazza bersaglio.

Per guidare visivamente l'utente all'altezza e all'angolo di tiro corretti, il sistema di calibrazione della mira è progettato con un livello di gravità e un'interfaccia a 5 LED per garantire che sia stata raggiunta la posizione appropriata prima del lancio.

Il PongMate CyberCannon Mark III non è puramente un pezzo tecnico di ingegneria. Migliaia di ore di ricerca sono state investite nel design ergonomico del prodotto. I cinturini in velcro italiano cuciti a mano sono integrati nella piastra di base in legno massello e si adattano a qualsiasi dimensione del braccio. Una robusta maniglia del grilletto è fissata sotto il sistema ausiliario di controllo del volo per fornire una presa stabile, anche dopo qualche pinta del miglior prodotto di Stoccarda.

Quindi, se vuoi essere bravo a beer pong, se vuoi essere nella squadra vincente e se vuoi impressionare tutti alla festa, allora hai bisogno del PongMate CyberCannon Mark III, e non perderai mai un colpo ancora.

Passaggio 1: hardware ed elettronica

Di seguito, puoi trovare tutto l'hardware, i componenti elettronici e gli strumenti necessari per creare il PongMate CyberCannon Mark III. La sezione Elettronica è divisa in quattro sottosezioni - Unità di controllo, Sistema di lancio, Sistema ausiliario di controllo del volo e Sistema di calibrazione di mira - per mostrare quali componenti sono necessari per le diverse parti del CyberCannon. Sono stati forniti collegamenti alle opzioni di acquisto per tutti i componenti elettronici; tuttavia, non approviamo specificamente nessuno dei rivenditori collegati.

Hardware

Tubo di scarico in PVC da 15-20 cm (Ø 50 mm)

4x fascette per cavi

Foglio di compensato 600x400mm (4mm)

1x cerniera per porta

Chiusura in velcro da 1 m

Tubo in PVC da 12 cm (Ø 20 mm)

Colla per legno

Super colla

Nastro elettrico

8x viti per legno M3

8 viti per legno M2

2 bulloni M4 da 50 mm

2x Rondella

4x manicotto filettato M4 da 18 mm

2x M4 Bullone Dado

Elettronica

Unità di controllo

Arduino Uno

Mini tagliere

Cavi per ponticelli

Pacchetto portabatterie

2x cavo connettore batteria

6 batterie AA ricaricabili (1,5 V ciascuna)

Batteria a blocco 9v

Interruttore a pulsante

Avvio del sistema

2x motore CC 6-12V

L293D driver motore IC

Servomotore

Pulsante di avvio

2x ruote in gommapiuma (45 mm)

2x Riduzione Presa (Ø 2 mm)

Sistema ausiliario di controllo del volo

Accelerometro MPU-6050

Sensore del tempo di volo (ToF) VL53L1X

Modulo sensore laser ANGEEK 5V KY-008 650nm

Sistema di calibrazione di puntamento

Livello di gravità 2D

5 LED RGB WS2812 a 8 bit

Europlatine (Saldatura) o Breadboard

Utensili

Taglierino

Sega

Cacciavite

Ago e filo

Saldatore e saldatore*

*Breadboard è un'alternativa alla saldatura.

Extra

2x palline da ping pong

20 tazze rosse

Birra (o Acqua)

Passaggio 2: logica

La logica alla base del PongMate CyberCannon Mark III consiste nel semplificare la relazione tra le variabili del sistema e la velocità del motore CC per sparare a ciascuna pallina da ping pong alla distanza corretta. Se il CyberCannon fosse un lanciatore fisso con un angolo fisso, il calcolo per la velocità del motore CC sarebbe una relazione abbastanza semplice tra la distanza del lanciatore dalla tazza e la potenza fornita ai motori. Tuttavia, poiché il CyberCannon è una macchina montata sul polso, la distanza verticale dal lanciatore alla tazza e l'angolo del lanciatore dovrebbero essere considerati oltre alla distanza orizzontale quando si calcola la velocità del motore CC. Trovare la soluzione corretta per un sistema di quattro variabili con solo prove ed errori a nostra disposizione sarebbe un compito estremamente difficile e noioso. Supponendo che fossimo in grado di trovare questa correlazione, tuttavia, le leggere incongruenze delle letture del lanciatore e del sensore produrrebbero ancora abbastanza imprecisioni all'interno del nostro sistema che non ha senso aggiungere così tanta precisione al calcolo della velocità del motore CC. Alla fine, abbiamo deciso che sarebbe stato meglio cercare di eliminare quante più variabili possibili in modo che la velocità del motore CC potesse essere ragionevolmente determinata attraverso tentativi ed errori e produrre risultati comprensibili per l'utente. Ad esempio, è molto più facile per l'utente capire che la velocità del motore CC aumenta all'aumentare della distanza orizzontale e diminuisce al diminuire della distanza orizzontale. Se l'equazione per la velocità del motore CC avesse troppe variabili, non sarebbe intuitivo come viene calcolata la velocità del motore CC.

Ancora una volta, le principali variabili all'interno del nostro sistema sono la distanza orizzontale, la distanza verticale, l'angolo del lanciatore e la velocità del motore CC. Per produrre i risultati più coerenti, abbiamo deciso di eliminare la distanza verticale e l'angolo del lanciatore dal calcolo della velocità del motore CC fissando queste variabili. Guidando l'utente all'altezza e all'angolazione corrette con il sistema di calibrazione della mira, siamo stati in grado di fissare la distanza verticale e l'angolo del lanciatore. In particolare, la distanza verticale corretta è indicata quando i tre LED centrali dell'interfaccia a cinque LED diventano verdi e l'angolo corretto del lanciatore è indicato quando le bolle sul livello di gravità a due assi sono centrate tra le linee nere. A questo punto, le uniche variabili rimaste sono la distanza orizzontale e la velocità del motore CC. Detto questo, la distanza orizzontale deve essere calcolata dai dati del sensore poiché la distanza orizzontale non può essere misurata direttamente. Invece, la distanza diretta dal lanciatore alla tazza e l'angolo dal piano orizzontale possono essere misurati e usati per calcolare la distanza orizzontale. Abbiamo utilizzato il sensore ToF VL53L1X per misurare la distanza dal lanciatore alla tazza e l'accelerometro MPU-6050 per misurare l'angolo dal piano orizzontale. La matematica dietro questo calcolo è molto semplice e può essere vista nell'immagine allegata a questa sezione. Fondamentalmente, l'unica formula necessaria per calcolare la distanza orizzontale da queste due letture del sensore è la legge dei seni.

Una volta calcolata la distanza orizzontale, l'unica cosa che resta da fare è trovare la correlazione tra questa distanza e la velocità del motore CC, che abbiamo risolto usando tentativi ed errori. Un grafico di questi valori può essere visto nell'immagine allegata. Ci aspettavamo che la relazione tra la distanza orizzontale e la velocità del motore CC fosse lineare, ma siamo rimasti sorpresi nello scoprire che in realtà seguiva una curva più simile a una funzione di radice cubica. Una volta determinati, questi valori sono stati codificati nello script Arduino. L'implementazione finale di tutte queste parti può essere vista in questo video qui, dove l'interfaccia LED cambia per indicare l'altezza relativa al bersaglio e la velocità del motore CC può essere ascoltata cambiare con i valori di ingresso variabili dai sensori.

Passaggio 3: costruzione dell'hardware

La cosa bella della costruzione hardware del PongMate CyberCannon Mark III è che puoi essere veloce e ruvido con esso a casa o essere stabile e preciso con una macchina CNC o una stampante 3D. Abbiamo optato per la prima opzione e abbiamo utilizzato un taglierino per tagliare i fogli di compensato da 4 mm per il nostro disegno; tuttavia, abbiamo fornito il foglio delle parti CNC se desideri perseguire questa opzione. Gli strati del compensato sono stati progettati in modo che i vari componenti del CyberCannon potessero essere integrati il più possibile. Ad esempio, la piastra di base del sistema di lancio ha ritagli per Arduino, batterie, breadboard e cinturini in velcro, mentre la piastra di base del sistema ausiliario di controllo del volo ha ritagli che creano un tunnel per i cavi del sensore e nascondono i bulloni che fissano il maniglia del grilletto. Una volta ritagliati tutti i pezzi dai fogli di compensato, puoi incollarli insieme per formare le piastre di base del CyberCannon. Quando si incolla, pensiamo che sia importante controllare davvero che tutto sia allineato correttamente e suggerire anche di utilizzare morsetti o alcuni libri per esercitare una pressione mentre i pezzi si asciugano. Prima di iniziare ad attaccare componenti più fragili come il tubo di avvio e l'elettronica, ti suggeriamo di cucire le cinghie in velcro poiché potrebbe essere necessario capovolgere la piastra di base per inserire le cinghie e facilitare la cucitura. Il tubo di lancio dovrebbe essere tagliato per ospitare le ruote che è possibile acquistare e consentire al servomotore di attivarsi correttamente per spingere la palla nelle ruote. Raccomandiamo che le ruote siano leggermente morbide in modo che possano essere posizionate più vicine tra loro rispetto al diametro della pallina da ping pong, che fornisce un tiro più potente e coerente. Allo stesso modo, è anche importante che i motori CC siano fissati saldamente e non si muovano quando la palla viene schiacciata tra le ruote; in caso contrario, la palla perderà potenza e consistenza. Ti suggeriamo inoltre di assicurarti che le viti che hai acquistato entrino tutte nei fori dei tuoi componenti elettronici in modo da non danneggiarli e di ricontrollare che non ci siano conflitti di viti tra le varie parti che stai avvitando nella base piatti. Indipendentemente da quanto vuoi essere preciso durante la costruzione dell'hardware del CyberCannon, il modo migliore per fare progressi è semplicemente iniziare a costruire e capire i piccoli dettagli lungo il percorso.

Passaggio 4: assemblaggio dell'elettronica

L'assemblaggio dell'elettronica può sembrare a prima vista un passo facile rispetto alla costruzione dell'hardware; tuttavia, questa fase non è da sottovalutare perché estremamente importante. Un cavo fuori posto potrebbe impedire al CyberCannon di funzionare correttamente o addirittura distruggere alcuni componenti elettrici. Il modo migliore per procedere con l'assemblaggio dell'elettronica è semplicemente seguire lo schema elettrico fornito nelle immagini allegate e ricontrollare di non confondere mai i fili di alimentazione e terra. È importante notare che stavamo facendo funzionare i motori CC su sei batterie AA ricaricabili da 1,5 V anziché una batteria a blocco da 9 V come il resto dell'elettronica perché abbiamo scoperto che le sei batterie AA fornivano una potenza più coerente per i motori CC. Una volta completato l'assemblaggio dell'elettronica, tutto ciò che devi fare è caricare il codice Arduino e il tuo PongMate CyberCannon Mark III sarà attivo e funzionante.

Passaggio 5: codice Arduino

Supponendo che tu abbia impostato tutto correttamente, il codice Arduino allegato è tutto ciò di cui hai bisogno prima che CyberCannon sia pronto per l'uso. All'inizio del file, abbiamo scritto commenti che spiegano tutti gli esempi e le librerie che abbiamo usato per aiutarci a implementare il codice per i vari componenti elettronici. Queste risorse possono essere molto utili per la ricerca se desideri ulteriori informazioni o una migliore comprensione di come funzionano questi componenti. Dopo questi commenti, troverai le definizioni delle variabili per tutti i componenti utilizzati nel nostro script. Qui è dove è possibile modificare molti valori codificati come i valori di velocità del motore CC, che sarà necessario eseguire quando si calibrano i motori CC con la distanza orizzontale. Se hai precedenti esperienze con Arduino, saprai che le due parti principali di uno script Arduino sono le funzioni setup() e loop(). La funzione di configurazione può essere più o meno ignorata in questo file ad eccezione del codice del sensore VL53L1X ToF, che ha una riga in cui è possibile modificare la modalità di distanza del sensore, se lo si desidera. La funzione loop è dove i valori di distanza e angolo vengono letti dai sensori per calcolare la distanza orizzontale e altre variabili. Come accennato in precedenza, questi valori vengono quindi utilizzati per determinare la velocità del motore CC e i valori dei LED chiamando funzioni aggiuntive al di fuori della funzione loop. Un problema che abbiamo riscontrato è stato che i valori provenienti dai sensori variavano di un margine significativo a causa di incongruenze all'interno dei componenti elettrici stessi. Ad esempio, senza toccare il CyberCannon, i valori della distanza e dell'angolo varierebbero abbastanza da far oscillare casualmente la velocità del motore CC. Per risolvere questo problema, abbiamo implementato una media mobile che calcolasse la distanza e l'angolo attuali facendo la media sui 20 valori del sensore più recenti. Questo ha risolto istantaneamente i problemi che stavamo riscontrando con le incongruenze dei sensori e ha smussato i calcoli dei nostri LED e del motore CC. Va detto che questo script non è affatto perfetto e ha sicuramente alcuni bug che devono ancora essere risolti. Ad esempio, quando stavamo testando il CyberCannon, il codice si bloccava in modo casuale circa una volta su tre che lo accendevamo. Abbiamo esaminato a fondo il codice ma non siamo stati in grado di trovare il problema; quindi, non allarmarti se questo accade a te. Detto questo, se riesci a trovare il problema con il nostro codice, faccelo sapere!

Passaggio 6: distruggi la concorrenza

Speriamo che questo Instructable ti abbia fornito un tutorial chiaro per costruire un tuo CyberCannon e ti chiediamo solo di andarci piano con i tuoi amici quando li giocherai alla prossima festa!

Grant Galloway e Nils Opgenorth