La machine à bière ultime - PongMate CyberCannon Mark III : 6 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

introduction

Le PongMate CyberCannon Mark III est la technologie de beer pong la plus récente et la plus avancée jamais vendue au public. Avec le nouveau CyberCannon, n'importe qui peut devenir le joueur le plus redouté à la table de beer pong. Comment est-ce possible? Eh bien, le CyberCannon Mark III combine un système de lancement de pointe, un système de contrôle de vol auxiliaire et un système d'étalonnage de la visée pour garantir que chaque balle de ping-pong est tirée avec la plus grande précision possible. Voilà comment cela fonctionne:

Le système de lancement du PongMate se compose d'un mécanisme de chargement et de tir conçu par des ingénieurs allemands et américains de haut niveau et garantit une efficacité maximale sur la table. Chargez le ballon, appuyez sur le bouton et tirez. Le servo SG90 à 180 degrés garantira que la balle est poussée avec précision en position pour un tir optimal. Afin de vous assurer que vous ne manquerez jamais de jus à la fête et que vous poursuivez votre séquence, le système de lancement du PongMate CyberCannon Mark III ne fonctionne pas sur 2, pas 4, mais c'est juste sur 6 piles AA rechargeables, cadencé jusqu'à 9V et 6600 mA, pour alimenter les deux moteurs à courant continu.

Le système de contrôle de vol auxiliaire utilise une technologie de détection et de laser de pointe pour calculer la trajectoire optimale de la balle de ping-pong. À l'aide de l'accéléromètre et des capteurs de temps de vol, le PongMate CyberCannon Mark III peut calculer la position exacte de l'utilisateur par rapport à la coupe cible.

Pour guider visuellement l'utilisateur vers la hauteur et l'angle de prise de vue corrects, le système de calibrage de visée est conçu avec un niveau de gravité et une interface à 5 LED pour garantir que la position appropriée a été atteinte avant le lancement.

Le PongMate CyberCannon Mark III n'est pas purement une pièce d'ingénierie technique. Des milliers d'heures de recherche ont été investies dans la conception ergonomique du produit. Les sangles Velcro italiennes cousues à la main sont intégrées dans la plaque de base en bois massif et s'adaptent à toutes les tailles de bras. Une poignée de déclenchement robuste est fixée sous le système de contrôle de vol auxiliaire pour offrir une prise en main stable, même après quelques pintes du meilleur de Stuttgart.

Donc, si vous voulez être bon au beer pong, si vous voulez faire partie de l'équipe gagnante et si vous voulez impressionner tout le monde à la fête, alors vous avez besoin du PongMate CyberCannon Mark III, et vous ne manquerez jamais un coup. de nouveau.

Étape 1: Matériel et électronique

Vous trouverez ci-dessous tout le matériel, les composants électroniques et les outils nécessaires pour créer le PongMate CyberCannon Mark III. La section Électronique est divisée en quatre sous-sections - Unité de contrôle, Système de lancement, Système de contrôle de vol auxiliaire et Système d'étalonnage de la visée - pour montrer quels composants sont requis pour les différentes parties du CyberCannon. Des liens vers des options d'achat pour tous les composants électroniques ont été fournis; cependant, nous ne soutenons spécifiquement aucun des détaillants qui sont liés.

Matériel

Tuyau d'évacuation en PVC 15-20cm (Ø 50 mm)

4x serre-câbles

Feuille de contreplaqué 600x400mm (4mm)

1x charnière de porte

Fermeture Velcro 1 m

Tuyau PVC 12 cm (Ø 20 mm)

Colle à bois

Super colle

Ruban électrique

8x vis à bois M3

8x vis à bois M2

2x M4 50mm Boulon

2x Rondelle

4x manchon fileté M4 18mm

2x écrou de boulon M4

Électronique

Unité de contrôle

Arduino Uno

Mini planche à pain

Fils de cavalier

Pack de support de batterie

2x câble de connecteur de batterie

6 piles AA rechargeables (1,5 V chacune)

Batterie de bloc 9v

Interrupteur à bouton-poussoir

Système de lancement

2x DC-Moteur 6-12V

Circuit intégré de pilote de moteur L293D

Servomoteur

Bouton de lancement

2x roues en caoutchouc mousse (45mm)

2x douille de réduction (Ø 2 mm)

Système de contrôle de vol auxiliaire

Accéléromètre MPU-6050

Capteur de temps de vol (ToF) VL53L1X

Module de capteur laser ANGEEK 5V KY-008 650nm

Système d'étalonnage de visée

Niveau de gravité 2D

5 LED RVB 8 bits WS2812

Europlatine (Soudure) ou Breadboard

Outils

Cutter

Vu

Tournevis

Aiguille et Fil

Fer à souder et soudure*

* La planche à pain est une alternative à la soudure.

Suppléments

2x balles de ping-pong

20x tasses rouges

Bière ou eau)

Étape 2: Logique

La logique derrière le PongMate CyberCannon Mark III consiste à simplifier la relation entre les variables du système et la vitesse du moteur à courant continu afin de tirer chaque balle de ping-pong à la bonne distance. Si le CyberCannon était un lanceur stationnaire avec un angle fixe, le calcul de la vitesse du moteur à courant continu serait une relation assez simple entre la distance du lanceur à la coupelle et la puissance fournie aux moteurs. Cependant, étant donné que le CyberCannon est une machine montée au poignet, la distance verticale entre le lanceur et la coupelle et l'angle du lanceur devraient être pris en compte en plus de la distance horizontale lors du calcul de la vitesse du moteur à courant continu. Trouver la bonne solution à un système de quatre variables avec seulement des essais et des erreurs à notre disposition serait une tâche extrêmement difficile et fastidieuse. En supposant que nous puissions trouver cette corrélation, cependant, les légères incohérences des lectures du lanceur et des capteurs produiraient encore suffisamment d'imprécision dans notre système pour qu'il n'ait pas de sens d'ajouter autant de précision au calcul de la vitesse du moteur à courant continu. En fin de compte, nous avons décidé qu'il serait préférable d'essayer d'éliminer autant de variables que possible afin que la vitesse du moteur à courant continu puisse être raisonnablement déterminée par essais et erreurs et produire des résultats compréhensibles pour l'utilisateur. Par exemple, il est beaucoup plus facile pour l'utilisateur de comprendre que la vitesse du moteur à courant continu augmente à mesure que la distance horizontale augmente et diminue à mesure que la distance horizontale diminue. Si l'équation pour la vitesse du moteur à courant continu avait trop de variables, la façon dont la vitesse du moteur à courant continu est calculée ne serait pas intuitive.

Encore une fois, les principales variables au sein de notre système sont la distance horizontale, la distance verticale, l'angle du lanceur et la vitesse du moteur à courant continu. Afin de produire les résultats les plus cohérents, nous avons décidé d'éliminer la distance verticale et l'angle du lanceur du calcul de la vitesse du moteur à courant continu en fixant ces variables. En guidant l'utilisateur à la hauteur et à l'angle corrects avec le système d'étalonnage de visée, nous avons pu fixer la distance verticale et l'angle du lanceur. Plus précisément, la distance verticale correcte est indiquée lorsque les trois LED du milieu de l'interface à cinq LED deviennent vertes, et l'angle correct du lanceur est indiqué lorsque les bulles sur le niveau de gravité à deux axes sont centrées entre les lignes noires. À ce stade, les seules variables restantes sont la distance horizontale et la vitesse du moteur à courant continu. Cela étant dit, la distance horizontale doit être calculée à partir des données du capteur car la distance horizontale ne peut pas être mesurée directement. Au lieu de cela, la distance directe entre le lanceur et la coupelle et l'angle par rapport au plan horizontal peuvent être mesurés et utilisés pour calculer la distance horizontale. Nous avons utilisé le capteur ToF VL53L1X pour mesurer la distance entre le lanceur et la coupelle et l'accéléromètre MPU-6050 pour mesurer l'angle par rapport au plan horizontal. Les mathématiques derrière ce calcul sont très simples et peuvent être vues dans l'image jointe à cette section. Fondamentalement, la seule formule nécessaire pour calculer la distance horizontale à partir de ces deux lectures de capteur est la loi des sinus.

Une fois la distance horizontale calculée, il ne reste plus qu'à trouver la corrélation entre cette distance et la vitesse du moteur à courant continu, que nous avons résolue par essais et erreurs. Un graphique de ces valeurs peut être vu dans l'image ci-jointe. Nous nous attendions à ce que la relation entre la distance horizontale et la vitesse du moteur à courant continu soit linéaire, mais nous avons été surpris de découvrir qu'elle suivait en fait une courbe plus similaire à une fonction racine cubique. Une fois déterminées, ces valeurs ont été codées en dur dans le script Arduino. La mise en œuvre finale de toutes ces pièces peut être vue dans cette vidéo ici, où l'interface LED change pour indiquer la hauteur relative de la cible et la vitesse du moteur à courant continu peut être entendue changer avec les valeurs d'entrée variables des capteurs.

Étape 3: Construction du matériel

Ce qui est bien avec la construction matérielle du PongMate CyberCannon Mark III, c'est que vous pouvez soit être rapide et brutal avec lui à la maison, soit être stable et précis avec une machine CNC ou une imprimante 3D. Nous avons opté pour la première option et utilisé un cutter pour découper les feuilles de contreplaqué de 4 mm pour notre conception; Cependant, nous avons fourni une feuille de pièces CNC si vous souhaitez poursuivre cette option. Les couches du contreplaqué ont été conçues de manière à ce que les différents composants du CyberCannon puissent être intégrés autant que possible. Par exemple, la plaque de base du système de lancement a des découpes pour l'Arduino, les batteries, la planche à pain et les sangles Velcro, tandis que la plaque de base du système de contrôle de vol auxiliaire a des découpes qui créent un tunnel pour les fils du capteur et cachent les boulons qui fixent le poignée de déclenchement. Une fois que vous avez toutes les pièces découpées dans les feuilles de contreplaqué, vous pouvez les coller ensemble pour former les plaques de base du CyberCannon. Lors du collage, nous pensons qu'il est important de bien vérifier que tout est bien aligné et nous vous suggérons également d'utiliser des pinces ou quelques livres pour appliquer une pression pendant que les pièces sèchent. Avant de commencer à attacher des composants plus fragiles comme le tuyau de lancement et l'électronique, nous vous suggérons de coudre les sangles Velcro car vous devrez peut-être retourner la plaque de base afin d'insérer les sangles et de faciliter la couture. Le tuyau du lanceur doit être coupé pour s'adapter aux roues que vous pouvez acheter et permettre au servomoteur de s'actionner correctement pour pousser la balle dans les roues. Nous recommandons que les roues soient quelque peu spongieuses afin qu'elles puissent être placées plus près que le diamètre de la balle de ping-pong, ce qui permet d'obtenir un tir plus puissant et plus cohérent. Dans le même ordre d'idées, il est également important que les moteurs à courant continu soient solidement fixés et ne bougent pas lorsque la balle est coincée entre les roues; sinon, la balle perdra en puissance et en consistance. Nous vous suggérons également de vous assurer que les vis que vous avez achetées s'insèrent toutes dans les trous de vos composants électroniques afin de ne pas les endommager et de vérifier qu'il n'y aura pas de conflits de vis entre les différentes pièces que vous vissez dans la base. plaques. Quelle que soit la précision que vous souhaitez obtenir lors de la construction matérielle du CyberCannon, le meilleur moyen de progresser est simplement de commencer à construire et de comprendre les petits détails en cours de route.

Étape 4: Assemblage électronique

L'assemblage de l'électronique peut sembler une étape facile au premier abord par rapport à la construction matérielle; cependant, cette phase ne doit pas être sous-estimée car elle est extrêmement importante. Un fil égaré pourrait empêcher le CyberCannon de fonctionner correctement ou même détruire certains composants électriques. La meilleure façon de procéder à l'assemblage électronique est de simplement suivre le schéma de circuit fourni dans les images ci-jointes et de vérifier que vous ne mélangez jamais l'alimentation et les fils de terre. Il est important de noter que nous faisions fonctionner les moteurs à courant continu sur six piles AA rechargeables de 1,5 V au lieu d'une pile bloc de 9 V comme le reste de l'électronique, car nous avons constaté que les six piles AA fournissaient une alimentation plus cohérente pour les moteurs à courant continu. Une fois que vous avez terminé l'assemblage électronique, tout ce que vous avez à faire est de télécharger le code Arduino et votre PongMate CyberCannon Mark III sera opérationnel.

Étape 5: Code Arduino

En supposant que vous ayez tout configuré correctement, le code Arduino joint est tout ce dont vous avez besoin avant que le CyberCannon ne soit prêt à être utilisé. Au début du fichier, nous avons écrit des commentaires qui expliquent tous les exemples et bibliothèques que nous avons utilisés pour nous aider à implémenter le code des différents composants électroniques. Ces ressources peuvent être très utiles pour la recherche si vous souhaitez plus d'informations ou une meilleure compréhension du fonctionnement de ces composants. Après ces commentaires, vous trouverez les définitions des variables pour tous les composants utilisés dans notre script. C'est ici que vous pouvez modifier de nombreuses valeurs codées en dur, telles que les valeurs de vitesse du moteur à courant continu, ce que vous devrez faire lorsque vous calibrerez vos moteurs à courant continu avec la distance horizontale. Si vous avez une expérience antérieure avec Arduino, vous saurez que les deux parties principales d'un script Arduino sont les fonctions setup() et loop(). La fonction de configuration peut plus ou moins être ignorée dans ce fichier à l'exception du code du capteur ToF VL53L1X, qui a une ligne où le mode de distance du capteur peut être modifié si vous le souhaitez. La fonction de boucle est l'endroit où les valeurs de distance et d'angle sont lues à partir des capteurs pour calculer la distance horizontale et d'autres variables. Comme nous l'avons mentionné précédemment, ces valeurs sont ensuite utilisées pour déterminer la vitesse du moteur à courant continu et les valeurs des LED en appelant des fonctions supplémentaires en dehors de la fonction de boucle. Un problème que nous avons rencontré était que les valeurs provenant des capteurs variaient d'une marge significative en raison d'incohérences au sein des composants électriques eux-mêmes. Par exemple, sans toucher le CyberCannon, les valeurs de distance et d'angle varieraient suffisamment pour que la vitesse du moteur à courant continu oscille de manière aléatoire. Afin de résoudre ce problème, nous avons implémenté une moyenne mobile qui calcule la distance et l'angle actuels en faisant la moyenne des 20 valeurs de capteur les plus récentes. Cela a instantanément résolu les problèmes que nous rencontrions avec les incohérences des capteurs et a lissé nos calculs de LED et de moteurs à courant continu. Il convient de mentionner que ce script n'est en aucun cas parfait et a certainement quelques bugs qui doivent encore être résolus. Par exemple, lorsque nous testions le CyberCannon, le code se figeait au hasard environ une fois sur trois lorsque nous l'activions. Nous avons parcouru le code de manière approfondie mais n'avons pas été en mesure de trouver le problème; alors, ne vous inquiétez pas si cela vous arrive. Cela étant dit, si vous parvenez à trouver le problème avec notre code, faites-le nous savoir !

Étape 6: Détruisez la concurrence

Nous espérons que cet Instructable vous a fourni un didacticiel clair pour vous permettre de créer votre propre CyberCannon et de vous demander seulement d'y aller doucement avec vos amis lorsque vous les jouez lors de la prochaine fête !

Grant Galloway et Nils Opgenorth