A máquina definitiva de Beer Pong - PongMate CyberCannon Mark III: 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Introdução

O PongMate CyberCannon Mark III é a mais nova e avançada tecnologia de cerveja pong a ser vendida ao público. Com o novo CyberCannon, qualquer pessoa pode se tornar o jogador mais temido da mesa de beer pong. Como isso é possível? Bem, o CyberCannon Mark III combina um Sistema de Lançamento de última geração, Sistema Auxiliar de Controle de Voo e Sistema de Calibração de Mira para garantir que cada bola de pingue-pongue seja atirada com a maior precisão possível. Funciona assim:

O Sistema de Lançamento do PongMate consiste em um mecanismo de carregamento e disparo que foi projetado por engenheiros alemães e americanos de alto nível e garante a máxima eficiência na mesa. Carregue a bola, aperte o botão e atire. O servo SG90 180 graus irá garantir que a bola seja empurrada com precisão para a posição para um tiro ideal. A fim de garantir que você nunca fique sem energia na festa e mantenha sua seqüência, o Sistema de Lançamento do PongMate CyberCannon Mark III funciona não com 2, não com 4, mas com 6 baterias AA recarregáveis, com clock de até 9V e 6600 mA, para alimentar ambos os motores DC.

O Auxiliary FlightControl System utiliza sensores de última geração e tecnologia a laser para calcular a trajetória ideal para a bola de pingue-pongue. Com a ajuda do acelerômetro e dos sensores de tempo de vôo, o PongMate CyberCannon Mark III pode calcular a posição exata do usuário em relação ao copo alvo.

Para guiar visualmente o usuário para a altura e ângulo de tiro corretos, o Sistema de Calibração de Mira é projetado com um nível de gravidade e interface de 5 LEDs para garantir que a posição apropriada seja alcançada antes do lançamento.

O PongMate CyberCannon Mark III não é puramente uma peça técnica de engenharia. Milhares de horas de pesquisa foram investidas no design ergonômico do produto. As tiras de velcro italianas costuradas à mão são integradas à placa de base de madeira maciça e se ajustam a qualquer tamanho de braço. Um robusto punho de gatilho é anexado sob o Auxiliary FlightControl System para fornecer uma pegada estável, mesmo depois de alguns litros do melhor de Stuttgart.

Então, se você quer ser bom no beer pong, se quer estar no time vencedor e se quer impressionar a todos na festa, então você precisa do PongMate CyberCannon Mark III, e você nunca perderá uma chance novamente.

Etapa 1: Hardware e eletrônicos

Abaixo, você pode encontrar todo o hardware, componentes eletrônicos e ferramentas necessárias para criar o PongMate CyberCannon Mark III. A seção Eletrônica é dividida em quatro subseções - Unidade de Controle, Sistema de Lançamento, Sistema Auxiliar de Controle de Voo e Sistema de Calibração de Mira - para mostrar quais componentes são necessários para as diferentes partes do CyberCannon. Links para opções de compra de todos os componentes eletrônicos foram fornecidos; no entanto, não endossamos especificamente nenhum dos varejistas vinculados.

Hardware

Tubo de drenagem de PVC de 15-20 cm (Ø 50 mm)

4x braçadeira de cabo

Folha de madeira compensada de 600x400 mm (4 mm)

1x dobradiça de porta

Velcro de 1 m

Tubo de PVC de 12 cm (Ø 20 mm)

Cola de madeira

Super cola

Fita isolante

8x parafusos de madeira M3

8x parafusos de madeira M2

2 parafusos M4 50 mm

2x arruela

4x manga roscada M4 18 mm

2 porca de parafuso M4

Eletrônicos

Unidade de controle

Arduino Uno

Mini breadboard

Jumper Wires

Pacote de suporte de bateria

2x cabo conector de bateria

6 pilhas AA recarregáveis (1,5 V cada)

Bateria bloco 9v

Botão de pressão

Sistema de lançamento

2x motor DC 6-12V

L293D Motor Driver IC

Servo motor

Botão de inicialização

2 rodas de espuma de borracha (45 mm)

2x Soquete de Redução (Ø 2 mm)

Sistema Auxiliar de Controle de Voo

Acelerômetro MPU-6050

Sensor de tempo de voo (ToF) VL53L1X

Módulo sensor a laser ANGEEK 5V KY-008 650nm

Aiming Calibration System

Nível de gravidade 2D

5 LEDs RGB WS2812 de 8 bits

Europlatine (solda) ou breadboard

Ferramentas

Cortador de caixa

Serra

Chave de fenda

Agulha e linha

Ferro de solda e solda *

* A placa de ensaio é uma alternativa à soldagem.

Extras

2 bolas de pingue-pongue

20 xícaras vermelhas

Cerveja (ou água)

Etapa 2: lógica

A lógica por trás do PongMate CyberCannon Mark III é simplificar a relação entre as variáveis do sistema e a velocidade do motor DC para lançar cada bola de pingue-pongue na distância correta. Se o CyberCannon fosse um lançador estacionário com um ângulo fixo, o cálculo da velocidade do motor DC seria uma relação bastante simples entre a distância do lançador até o copo e a energia fornecida aos motores. No entanto, como o CyberCannon é uma máquina de pulso, a distância vertical do lançador ao copo e o ângulo do lançador precisam ser considerados além da distância horizontal ao calcular a velocidade do motor DC. Encontrar a solução correta para um sistema de quatro variáveis com apenas tentativa e erro à nossa disposição seria uma tarefa extremamente difícil e tediosa. Supondo que pudéssemos encontrar essa correlação, no entanto, as pequenas inconsistências das leituras do iniciador e do sensor ainda produziriam imprecisão suficiente em nosso sistema que não faria sentido adicionar tanta precisão ao cálculo da velocidade do motor DC. Por fim, decidimos que seria melhor tentar eliminar o máximo de variáveis possível para que a velocidade do motor CC pudesse ser razoavelmente determinada por tentativa e erro e produzir resultados compreensíveis para o usuário. Por exemplo, é muito mais fácil para o usuário entender que a velocidade do motor CC aumenta à medida que a distância horizontal aumenta e diminui à medida que a distância horizontal diminui. Se a equação para a velocidade do motor CC tivesse muitas variáveis, não seria intuitivo como a velocidade do motor CC está sendo calculada.

Novamente, as principais variáveis em nosso sistema são a distância horizontal, a distância vertical, o ângulo do lançador e a velocidade do motor DC. Para produzir resultados mais consistentes, decidimos eliminar a distância vertical e o ângulo do lançador do cálculo da velocidade do motor CC fixando essas variáveis. Ao orientar o usuário para a altura e o ângulo corretos com o Sistema de Calibração de Mira, pudemos fixar a distância vertical e o ângulo do lançador. Especificamente, a distância vertical correta é indicada quando os três LEDs do meio da interface de cinco LEDs ficam verdes e o ângulo correto do lançador é indicado quando as bolhas no nível de gravidade de dois eixos estão centralizadas entre as linhas pretas. Neste ponto, as únicas variáveis restantes são a distância horizontal e a velocidade do motor DC. Dito isso, a distância horizontal precisa ser calculada a partir dos dados do sensor, pois a distância horizontal não pode ser medida diretamente. Em vez disso, a distância direta do lançador ao copo e o ângulo do plano horizontal podem ser medidos e usados para calcular a distância horizontal. Usamos o sensor VL53L1X ToF para medir a distância do lançador ao copo e o acelerômetro MPU-6050 para medir o ângulo do plano horizontal. A matemática por trás desse cálculo é muito simples e pode ser vista na imagem anexada a esta seção. Basicamente, a única fórmula necessária para calcular a distância horizontal dessas duas leituras do sensor é a Lei dos Senos.

Uma vez calculada a distância horizontal, a única coisa que resta a fazer é encontrar a correlação entre essa distância e a velocidade do motor DC, que resolvemos por tentativa e erro. Um gráfico desses valores pode ser visto na imagem em anexo. Esperávamos que a relação entre a distância horizontal e a velocidade do motor DC fosse linear, mas ficamos surpresos ao descobrir que, na verdade, ele seguia uma curva mais semelhante a uma função de raiz cúbica. Depois de determinados, esses valores foram codificados no script do Arduino. A implementação final de todas essas partes pode ser vista neste vídeo aqui, onde a interface do LED muda para indicar a altura relativa ao alvo e a velocidade do motor DC pode ser ouvida mudando com os valores de entrada variáveis dos sensores.

Etapa 3: construção de hardware

O que é bom sobre a construção do hardware do PongMate CyberCannon Mark III é que você pode ser rápido e rude com ele em casa ou ser estável e preciso com uma máquina CNC ou impressora 3D. Optamos pela primeira opção e usamos um cortador de caixa para cortar as folhas de compensado de 4 mm para nosso projeto; entretanto, fornecemos a folha de peças do CNC se você desejar seguir esta opção. As camadas do compensado foram projetadas para que os vários componentes do CyberCannon pudessem ser integrados o máximo possível. Por exemplo, a placa de base do Sistema de Lançamento tem recortes para o Arduino, baterias, placa de ensaio e tiras de Velcro, enquanto a placa de base do Sistema FlightControl Auxiliar tem recortes que criam um túnel para os fios do sensor e escondem os parafusos que prendem o punho do gatilho. Depois de ter todas as peças cortadas das folhas de madeira compensada, você pode colá-las para formar as placas de base do CyberCannon. Na hora de colar, achamos que é importante realmente verificar se tudo está alinhado corretamente e também sugerir que você use grampos ou alguns livros para aplicar pressão enquanto as peças secam. Antes de começar a prender componentes mais frágeis, como o tubo lançador e os componentes eletrônicos, sugerimos costurar as tiras de velcro, pois pode ser necessário virar a placa de base para inserir as tiras e facilitar a costura. O tubo lançador deve ser cortado para acomodar as rodas que você pode comprar e permitir que o servo motor atue corretamente para empurrar a bola nas rodas. Recomendamos que as rodas fiquem um pouco flexíveis para que possam ser colocadas mais próximas umas das outras do que o diâmetro da bola de pingue-pongue, o que proporciona um tiro mais potente e consistente. Nessa mesma linha, também é importante que os motores DC sejam firmemente presos e não se movam quando a bola é comprimida entre as rodas; caso contrário, a bola perderá força e consistência. Também sugerimos que você certifique-se de que todos os parafusos que você comprou se encaixem nos orifícios de seus componentes eletrônicos para que você não os danifique e que verifique novamente se não haverá conflito de parafusos entre as várias peças que você está aparafusando na base pratos. Independentemente de quão preciso você deseja ser durante a construção do hardware do CyberCannon, a melhor maneira de progredir é simplesmente começar a construir e descobrir os pequenos detalhes ao longo do caminho.

Etapa 4: Montagem de eletrônicos

A montagem dos componentes eletrônicos pode parecer uma etapa fácil no início em comparação com a construção do hardware; entretanto, esta fase não deve ser subestimada porque é extremamente importante. Um fio mal colocado pode impedir o CyberCannon de funcionar corretamente ou até mesmo destruir alguns componentes elétricos. A melhor maneira de fazer a montagem dos componentes eletrônicos é simplesmente seguir o diagrama de circuito fornecido nas imagens anexas e verificar se você nunca confunde a fonte de alimentação com os fios terra. É importante notar que estávamos operando os motores CC com seis baterias AA recarregáveis de 1,5 V em vez de uma bateria de bloco de 9 V como o resto da eletrônica, porque descobrimos que as seis baterias AA forneciam energia mais consistente para os motores CC. Depois de concluir a montagem dos componentes eletrônicos, tudo o que você precisa fazer é carregar o código do Arduino e seu PongMate CyberCannon Mark III estará instalado e funcionando.

Etapa 5: Código Arduino

Supondo que você tenha configurado tudo corretamente, o código do Arduino anexado é tudo de que você precisa antes que o CyberCannon esteja pronto para uso. No início do arquivo, escrevemos comentários que explicam todos os exemplos e bibliotecas que usamos para nos ajudar a implementar o código para os vários componentes eletrônicos. Esses recursos podem ser muito úteis para pesquisar se você quiser mais informações ou um melhor entendimento de como esses componentes funcionam. Após esses comentários, você encontrará as definições de variáveis para todos os componentes que estão sendo usados em nosso script. É aqui que você pode alterar muitos valores embutidos em código, como os valores de velocidade do motor CC, que você precisará fazer ao calibrar seus motores CC com a distância horizontal. Se você tiver experiência anterior com o Arduino, saberá que as duas partes principais de um script do Arduino são as funções setup () e loop (). A função de configuração pode ser mais ou menos ignorada neste arquivo, com exceção do código do sensor VL53L1X ToF, que tem uma linha onde o modo de distância do sensor pode ser alterado se desejado. A função de loop é onde os valores de distância e ângulo são lidos dos sensores para calcular a distância horizontal e outras variáveis. Como mencionamos anteriormente, esses valores são então usados para determinar a velocidade do motor DC e os valores do LED chamando funções adicionais fora da função de loop. Um problema que encontramos foi que os valores provenientes dos sensores variariam por uma margem significativa devido a inconsistências nos próprios componentes elétricos. Por exemplo, sem tocar no CyberCannon, os valores de distância e ângulo variariam o suficiente para fazer com que a velocidade do motor DC oscilar aleatoriamente. Para corrigir esse problema, implementamos uma média móvel que calcularia a distância e o ângulo atuais calculando a média dos 20 valores de sensor mais recentes. Isso corrigiu instantaneamente os problemas que estávamos tendo com as inconsistências do sensor e suavizou nossos cálculos de LED e motor CC. Deve-se mencionar que este script não é de forma alguma perfeito e definitivamente possui alguns bugs que ainda precisam ser resolvidos. Por exemplo, quando estávamos testando o CyberCannon, o código congelava aleatoriamente cerca de uma em cada três vezes que o ativávamos. Examinamos o código extensivamente, mas não conseguimos encontrar o problema; então, não se assuste se isso acontecer com você. Dito isso, se você conseguir encontrar o problema com nosso código, por favor, avise-nos!

Etapa 6: Destrua a competição

Esperamos que este Instructable forneça um tutorial claro para você construir seu próprio CyberCannon e só pedir que você vá com calma com seus amigos quando os jogar na próxima festa!

Grant Galloway e Nils Opgenorth