Die ultimative Bier-Pong-Maschine - PongMate CyberCannon Mark III - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Einführung

Die PongMate CyberCannon Mark III ist die neueste und fortschrittlichste Beer-Pong-Technologie, die jemals an die Öffentlichkeit verkauft wurde. Mit der neuen CyberCannon kann jeder zum gefürchtetsten Spieler am Beer-Pong-Tisch werden. Wie ist das möglich? Nun, die CyberCannon Mark III kombiniert ein hochmodernes Abschusssystem, ein zusätzliches Flugsteuerungssystem und ein Zielkalibrierungssystem, um sicherzustellen, dass jeder Tischtennisball mit der höchstmöglichen Genauigkeit geschossen wird. So funktioniert das:

Das Launching System des PongMate besteht aus einem Lade- und Schussmechanismus, der von deutschen und amerikanischen Spitzeningenieuren entwickelt wurde und maximale Effizienz auf dem Tisch garantiert. Ball aufladen, Knopf drücken und schießen. Der SG90 180-Grad-Servo sorgt dafür, dass der Ball für einen optimalen Schuss genau in Position geschoben wird. Damit dir auf der Party nie der Saft ausgeht und du deinen Streak am Laufen hältst, läuft das Startsystem der PongMate CyberCannon Mark III nicht mit 2, sondern mit 4, sondern mit 6 wiederaufladbaren AA-Batterien, die bis zu 9V und 6600 mA, um beide DC-Motoren zu versorgen.

Das Auxiliary FlightControl System verwendet modernste Sensor- und Lasertechnologie, um die optimale Flugbahn für den Tischtennisball zu berechnen. Mithilfe des Beschleunigungssensors und der Flugzeitsensoren kann die PongMate CyberCannon Mark III die genaue Position des Benutzers in Bezug auf die Zielschale berechnen.

Um den Benutzer visuell zur richtigen Aufnahmehöhe und -winkel zu führen, ist das Zielkalibrierungssystem mit einer Schwerkraftstufe und einer 5-LED-Schnittstelle ausgestattet, um sicherzustellen, dass die richtige Position vor dem Start erreicht wurde.

Die PongMate CyberCannon Mark III ist kein rein technisches Stück Technik. Tausende Stunden Forschung wurden in die ergonomische Gestaltung des Produkts investiert. Handgenähte italienische Klettbänder sind in die massive Holzgrundplatte integriert und passen sich jeder Armgröße an. Unter dem Auxiliary FlightControl System ist ein robuster Abzugsgriff angebracht, der auch nach ein paar Pints Stuttgarts feinstem Halt für einen stabilen Griff sorgt.

Wenn du also gut im Bierpong sein willst, wenn du im Siegerteam sein willst und alle auf der Party beeindrucken willst, dann brauchst du die PongMate CyberCannon Mark III und du verpasst keinen Schuss wieder.

Schritt 1: Hardware und Elektronik

Unten finden Sie alle Hardware, elektronischen Komponenten und Werkzeuge, die zum Erstellen der PongMate CyberCannon Mark III erforderlich sind. Der Abschnitt Elektronik ist in vier Unterabschnitte unterteilt – Steuereinheit, Startsystem, Hilfsflugsteuerungssystem und Zielkalibrierungssystem – um zu zeigen, welche Komponenten für die verschiedenen Teile der CyberCannon erforderlich sind. Links zu Kaufoptionen für alle elektronischen Komponenten wurden bereitgestellt; Wir unterstützen jedoch keinen der verlinkten Einzelhändler.

Hardware

15-20cm PVC-Abflussrohr (Ø 50 mm)

4x Kabelbinder

600x400mm Sperrholzplatte (4mm)

1x Türscharnier

1m Klettverschluss

12cm PVC-Rohr (Ø 20 mm)

Holzkleber

Sekundenkleber

Isolierband

8x M3 Holzschrauben

8x M2 Holzschrauben

2x M4 50mm Schraube

2x Waschmaschine

4x M4 18mm Gewindehülse

2x M4 Schraubenmutter

Elektronik

Steuergerät

Arduino Uno

Mini-Breadboard

Überbrückungsdrähte

Batteriehalterpaket

2x Batterieanschlusskabel

6x wiederaufladbare AA-Batterien (je 1,5V)

9v Blockbatterie

Druckknopfschalter

Startsystem

2x DC-Motor 6-12V

L293D Motortreiber-IC

Servomotor

Launcher-Taste

2x Moosgummiräder (45mm)

2x Reduziermuffe (Ø 2 mm)

Zusätzliches FlightControl-System

MPU-6050 Beschleunigungsmesser

VL53L1X Flugzeitsensor (ToF)

ANGEEK 5V KY-008 650nm Lasersensormodul

Zielkalibrierungssystem

2D-Schweregrad

5x 8bit WS2812 RGB-LEDs

Europlatine (Löten) oder Steckbrett

Werkzeuge

Teppichmesser

Sah

Schraubenzieher

Nadel & Faden

Lötkolben & Lötzinn*

*Breadboard ist eine Alternative zum Löten.

Extras

2x Tischtennisbälle

20x Rote Pokale

Bier (oder Wasser)

Schritt 2: Logik

Die Logik hinter der PongMate CyberCannon Mark III besteht darin, die Beziehung zwischen den Systemvariablen und der Geschwindigkeit des Gleichstrommotors zu vereinfachen, um jeden Tischtennisball in der richtigen Entfernung zu schießen. Wäre die CyberCannon ein stationärer Werfer mit festem Winkel, dann wäre die Berechnung der Gleichstrommotordrehzahl eine relativ einfache Beziehung zwischen dem Werferabstand zum Becher und der Leistung, die den Motoren zugeführt wird. Da es sich bei der CyberCannon jedoch um eine am Handgelenk befestigte Maschine handelt, müssen bei der Berechnung der DC-Motordrehzahl neben der horizontalen Entfernung auch der vertikale Abstand vom Werfer zum Becher und der Werferwinkel berücksichtigt werden. Die richtige Lösung für ein System aus vier Variablen zu finden, wobei uns nur Versuch und Irrtum zur Verfügung steht, wäre eine äußerst schwierige und langwierige Aufgabe. Angenommen, wir konnten diese Korrelation jedoch finden, würden die geringfügigen Inkonsistenzen der Träger- und Sensormesswerte immer noch eine ausreichende Ungenauigkeit in unserem System erzeugen, sodass es nicht sinnvoll ist, der Berechnung der DC-Motordrehzahl so viel Präzision hinzuzufügen. Letztendlich haben wir entschieden, dass es am besten ist, so viele Variablen wie möglich zu eliminieren, damit die DC-Motordrehzahl durch Versuch und Irrtum vernünftig bestimmt werden kann und für den Benutzer verständliche Ergebnisse liefert. Für den Benutzer ist es beispielsweise viel einfacher zu verstehen, dass die Drehzahl des Gleichstrommotors mit zunehmendem horizontalem Abstand zunimmt und mit abnehmendem horizontalem Abstand abnimmt. Wenn die Gleichung für die Gleichstrommotordrehzahl zu viele Variablen hätte, wäre es nicht intuitiv, wie die Gleichstrommotordrehzahl berechnet wird.

Auch hier sind die Hauptvariablen in unserem System der horizontale Abstand, der vertikale Abstand, der Startwinkel und die Gleichstrommotorgeschwindigkeit. Um möglichst konsistente Ergebnisse zu erzielen, haben wir uns entschieden, den vertikalen Abstand und den Werferwinkel aus der Berechnung der DC-Motordrehzahl zu eliminieren, indem wir diese Variablen festlegen. Indem wir den Benutzer mit dem Aiming Calibration System auf die richtige Höhe und den richtigen Winkel führen, konnten wir den vertikalen Abstand und den Launcher-Winkel festlegen. Insbesondere wird der korrekte vertikale Abstand angezeigt, wenn die mittleren drei LEDs der fünf LED-Schnittstelle grün leuchten, und der richtige Startwinkel wird angezeigt, wenn die Blasen auf der zweiachsigen Schwerkraftebene zwischen den schwarzen Linien zentriert sind. Zu diesem Zeitpunkt sind die einzigen verbleibenden Variablen der horizontale Abstand und die Gleichstrommotordrehzahl. Die horizontale Distanz muss jedoch aus Sensordaten berechnet werden, da die horizontale Distanz nicht direkt gemessen werden kann. Stattdessen kann der direkte Abstand vom Werfer zum Becher und der Winkel zur horizontalen Ebene gemessen und zur Berechnung der horizontalen Entfernung verwendet werden. Wir haben den VL53L1X ToF-Sensor verwendet, um den Abstand vom Launcher zum Becher zu messen und den MPU-6050 Accelerometer, um den Winkel von der horizontalen Ebene zu messen. Die Mathematik hinter dieser Berechnung ist sehr einfach und kann im angehängten Bild zu diesem Abschnitt gesehen werden. Grundsätzlich ist die einzige Formel, die benötigt wird, um den horizontalen Abstand aus diesen beiden Sensormesswerten zu berechnen, das Sinusgesetz.

Nachdem der horizontale Abstand berechnet wurde, bleibt nur noch die Korrelation zwischen diesem Abstand und der DC-Motordrehzahl zu finden, die wir durch Versuch und Irrtum gelöst haben. Eine grafische Darstellung dieser Werte ist im angehängten Bild zu sehen. Wir erwarteten, dass die Beziehung zwischen horizontalem Abstand und Gleichstrommotordrehzahl linear sein würde, waren jedoch überrascht, dass sie tatsächlich einer Kurve folgte, die einer Kubikwurzelfunktion ähnlicher war. Nach der Bestimmung wurden diese Werte in das Arduino-Skript hartcodiert. Die endgültige Implementierung all dieser Teile ist in diesem Video hier zu sehen, wo sich die LED-Schnittstelle ändert, um die relative Höhe zum Ziel anzuzeigen, und die Gleichstrommotordrehzahl sich mit den unterschiedlichen Eingangswerten der Sensoren ändert.

Schritt 3: Hardware-Konstruktion

Das Schöne an der Hardware-Konstruktion der PongMate CyberCannon Mark III ist, dass Sie entweder zu Hause schnell und grob damit umgehen können oder mit einer CNC-Maschine oder einem 3D-Drucker stabil und präzise arbeiten können. Wir entschieden uns für die erste Option und verwendeten einen Kastenschneider, um die 4 mm Sperrholzplatten für unser Design zu schneiden; Wir haben jedoch ein CNC-Teileblatt bereitgestellt, wenn Sie diese Option nutzen möchten. Die Schichten des Sperrholzes wurden so gestaltet, dass die verschiedenen Komponenten der CyberCannon möglichst gut integriert werden können. Zum Beispiel hat die Grundplatte des Launching Systems Aussparungen für Arduino, Batterien, Steckbrett und Klettbänder, während die Grundplatte des Auxiliary FlightControl Systems Aussparungen hat, die einen Tunnel für die Sensordrähte bilden und die Schrauben verbergen, mit denen die Auslösegriff. Sobald Sie alle Teile aus den Sperrholzplatten ausgeschnitten haben, können Sie sie zusammenkleben, um die Grundplatten der CyberCannon zu bilden. Beim Kleben ist es uns wichtig, wirklich zu prüfen, ob alles richtig ausgerichtet ist und empfehlen auch, beim Trocknen mit Klemmen oder ein paar Büchern Druck auszuüben. Bevor Sie zerbrechlichere Komponenten wie das Abschussrohr und die Elektronik anbringen, empfehlen wir Ihnen, die Klettbänder anzunähen, da Sie möglicherweise die Grundplatte umdrehen müssen, um die Bänder einzuführen und das Nähen zu erleichtern. Das Abschussrohr sollte geschnitten werden, um die Räder, die Sie kaufen können, aufzunehmen und den Servomotor richtig zu betätigen, um den Ball in die Räder zu drücken. Wir empfehlen, die Räder etwas matschig zu machen, damit sie näher beieinander platziert werden können als der Durchmesser des Tischtennisballs, was für einen kraftvolleren und gleichmäßigeren Schlag sorgt. In diesem Sinne ist es auch wichtig, dass die DC-Motoren fest sitzen und sich nicht bewegen, wenn der Ball zwischen die Räder gequetscht wird; Andernfalls verliert der Ball an Kraft und Konsistenz. Wir empfehlen auch, dass Sie sicherstellen, dass die von Ihnen gekauften Schrauben alle in die Löcher Ihrer elektronischen Komponenten passen, damit Sie sie nicht beschädigen und dass es keine Schraubenkonflikte zwischen den verschiedenen Teilen gibt, die Sie in die Basis schrauben Platten. Unabhängig davon, wie präzise Sie bei der Hardwarekonstruktion der CyberCannon sein möchten, der beste Weg, um Fortschritte zu erzielen, besteht darin, einfach mit dem Bauen zu beginnen und die winzigen Details herauszufinden.

Schritt 4: Elektronikmontage

Die Elektronikmontage mag im Vergleich zum Hardwareaufbau auf den ersten Blick wie ein einfacher Schritt erscheinen; Diese Phase sollte jedoch nicht unterschätzt werden, da sie äußerst wichtig ist. Ein verlegtes Kabel kann die Funktionsfähigkeit der CyberCannon beeinträchtigen oder sogar einige elektrische Komponenten zerstören. Der beste Weg, um die Elektronikmontage durchzuführen, besteht darin, einfach dem Schaltplan in den beigefügten Bildern zu folgen und zu überprüfen, dass Sie die Stromversorgungs- und Erdungskabel niemals verwechseln. Es ist wichtig zu beachten, dass wir die DC-Motoren mit sechs wiederaufladbaren 1,5-V-AA-Batterien betrieben haben anstelle einer 9-V-Blockbatterie wie der Rest der Elektronik, da wir festgestellt haben, dass die sechs AA-Batterien den Gleichstrommotoren eine gleichmäßigere Leistung lieferten. Sobald Sie die Elektronikmontage abgeschlossen haben, müssen Sie nur noch den Arduino-Code hochladen und Ihre PongMate CyberCannon Mark III ist betriebsbereit.

Schritt 5: Arduino-Code

Vorausgesetzt, Sie haben alles richtig eingerichtet, ist der beigefügte Arduino-Code alles, was Sie benötigen, bevor die CyberCannon einsatzbereit ist. Am Anfang der Datei haben wir Kommentare geschrieben, die alle Beispiele und Bibliotheken erklären, die wir verwendet haben, um den Code für die verschiedenen elektronischen Komponenten zu implementieren. Diese Ressourcen können bei der Recherche sehr nützlich sein, wenn Sie weitere Informationen oder ein besseres Verständnis der Funktionsweise dieser Komponenten wünschen. Nach diesen Kommentaren finden Sie die Variablendefinitionen für alle Komponenten, die in unserem Skript verwendet werden. Hier können Sie viele hartcodierte Werte wie die Drehzahlwerte des DC-Motors ändern, die Sie beim Kalibrieren Ihrer DC-Motoren mit dem horizontalen Abstand tun müssen. Wenn Sie bereits Erfahrung mit Arduino haben, wissen Sie, dass die beiden Hauptteile eines Arduino-Skripts die Funktionen setup() und loop() sind. Die Setup-Funktion kann in dieser Datei mehr oder weniger ignoriert werden, mit Ausnahme des VL53L1X ToF-Sensorcodes, der eine Zeile hat, in der der Distanzmodus des Sensors auf Wunsch geändert werden kann. Bei der Schleifenfunktion werden die Entfernungs- und Winkelwerte von den Sensoren gelesen, um die horizontale Entfernung und andere Variablen zu berechnen. Wie bereits erwähnt, werden diese Werte dann verwendet, um die DC-Motordrehzahl und die LED-Werte zu bestimmen, indem zusätzliche Funktionen außerhalb der Schleifenfunktion aufgerufen werden. Ein Problem, auf das wir stießen, war, dass die von den Sensoren gelieferten Werte aufgrund von Inkonsistenzen innerhalb der elektrischen Komponenten selbst erheblich variieren würden. Ohne die CyberCannon zu berühren, würden sich beispielsweise sowohl die Distanz- als auch die Winkelwerte so stark ändern, dass die Drehzahl des Gleichstrommotors zufällig oszilliert. Um dieses Problem zu beheben, haben wir einen gleitenden Durchschnitt implementiert, der die aktuelle Entfernung und den aktuellen Winkel durch Mittelwertbildung über die letzten 20 Sensorwerte berechnet. Dadurch wurden die Probleme, die wir mit Sensorinkonsistenzen hatten, sofort behoben und unsere LED- und DC-Motorberechnungen geglättet. Es sollte erwähnt werden, dass dieses Skript keineswegs perfekt ist und definitiv ein paar Bugs hat, die noch ausgearbeitet werden müssen. Als wir beispielsweise die CyberCannon testeten, fror der Code nach dem Zufallsprinzip ungefähr ein von drei Mal ein, als wir sie eingeschaltet hatten. Wir haben den Code ausgiebig durchgesehen, konnten das Problem jedoch nicht finden; Seien Sie also nicht beunruhigt, wenn Ihnen dies passiert. Wenn Sie jedoch das Problem mit unserem Code finden, teilen Sie uns dies bitte mit!

Schritt 6: Zerstöre den Wettbewerb

Wir hoffen, dass dieses Instructable Ihnen ein klares Tutorial bietet, um eine eigene CyberCannon zu bauen, und bitten Sie nur, Ihre Freunde zu schonen, wenn Sie sie auf der nächsten Party spielen!

Grant Galloway & Nils Opgenorth