La máquina definitiva de Beer Pong - PongMate CyberCannon Mark III: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Introducción

El PongMate CyberCannon Mark III es la pieza más nueva y avanzada de la tecnología Beer Pong que se haya vendido al público. Con el nuevo CyberCannon, cualquier persona puede convertirse en el jugador más temido en la mesa de beer pong. ¿Cómo es esto posible? Bueno, el CyberCannon Mark III combina un sistema de lanzamiento de última generación, un sistema de control de vuelo auxiliar y un sistema de calibración de puntería para garantizar que cada pelota de ping pong sea lanzada con la mayor precisión posible. Así es como funciona:

El sistema de lanzamiento de PongMate consiste en un mecanismo de carga y disparo que fue diseñado por ingenieros alemanes y estadounidenses de alto nivel y garantiza la máxima eficiencia en la mesa. Carga la pelota, presiona el botón y dispara. El SG90 servo de 180 grados asegurará que la pelota se empuje con precisión en su posición para un tiro óptimo. Para asegurarse de que nunca se quede sin energía en la fiesta y mantenga su racha, el sistema de lanzamiento del PongMate CyberCannon Mark III funciona no con 2, ni con 4, pero eso es correcto con 6 baterías AA recargables, cronometrando hasta 9V y 6600 mA, para alimentar ambos motores de CC.

El sistema auxiliar de control de vuelo utiliza tecnología láser y de detección de última generación para calcular la trayectoria óptima de la pelota de ping pong. Con la ayuda del acelerómetro y los sensores de tiempo de vuelo, el PongMate CyberCannon Mark III puede calcular la posición exacta del usuario con respecto a la copa objetivo.

Para guiar visualmente al usuario hacia la altura y el ángulo de disparo correctos, el sistema de calibración de puntería está diseñado con un nivel de gravedad y una interfaz de 5 LED para garantizar que se haya alcanzado la posición adecuada antes del lanzamiento.

El PongMate CyberCannon Mark III no es puramente una pieza técnica de ingeniería. Se invirtieron miles de horas de investigación en el diseño ergonómico del producto. Las correas de velcro italianas cosidas a mano están integradas en la placa base de madera maciza y se ajustan para adaptarse a cualquier tamaño de brazo. Un robusto mango de gatillo se adjunta debajo del sistema auxiliar de control de vuelo para proporcionar un agarre estable, incluso después de algunas pintas de los mejores de Stuttgart.

Entonces, si quieres ser bueno en el beer pong, si quieres estar en el equipo ganador y si quieres impresionar a todos en la fiesta, entonces necesitas el PongMate CyberCannon Mark III, y nunca te perderás una oportunidad. de nuevo.

Paso 1: hardware y electrónica

A continuación, puede encontrar todo el hardware, los componentes electrónicos y las herramientas necesarias para crear el PongMate CyberCannon Mark III. La sección Electrónica se divide en cuatro subsecciones: Unidad de control, Sistema de lanzamiento, Sistema de control de vuelo auxiliar y Sistema de calibración de puntería, para mostrar qué componentes son necesarios para las diferentes partes del CyberCannon. Se han proporcionado enlaces a opciones de compra para todos los componentes electrónicos; sin embargo, no respaldamos específicamente a ninguno de los minoristas vinculados.

Hardware

Desagüe de PVC de 15-20cm (Ø 50 mm)

4x brida para cables

Hoja de madera contrachapada de 600x400 mm (4 mm)

1x bisagra de puerta

Cierre de velcro de 1 m

Tubo de PVC de 12 cm (Ø 20 mm)

Pegamento de madera

Super pegamento

Cinta electrica

Tornillos para madera 8x M3

Tornillos para madera 8x M2

2x perno M4 de 50 mm

2x lavadora

Manguito roscado 4x M4 18 mm

2x tuerca de perno M4

Electrónica

Unidad de control

Arduino Uno

Mini tablero

Cables de puente

Paquete de soporte de batería

2x cable conector de batería

6 pilas AA recargables (1,5 V cada una)

Batería del bloque 9v

Interruptor de botón de presión

Sistema de lanzamiento

2x Motor de CC 6-12 V

IC del controlador del motor L293D

Servo motor

Botón lanzador

2x ruedas de goma espuma (45 mm)

2x Vasos de reducción (Ø 2 mm)

Sistema de control de vuelo auxiliar

Acelerómetro MPU-6050

Sensor de tiempo de vuelo (ToF) VL53L1X

Módulo de sensor láser ANGEEK 5V KY-008 650nm

Apuntar sistema de calibración

Nivel de gravedad 2D

5 LED RGB WS2812 de 8 bits

Europlatine (soldadura) o protoboard

Instrumentos

Cortador de cajas

Vio

Destornillador

Hilo de aguja

Soldador y soldador *

* Breadboard es una alternativa a la soldadura.

Extras

2x pelotas de ping pong

20x tazas rojas

Cerveza (o agua)

Paso 2: Lógica

La lógica detrás del PongMate CyberCannon Mark III consiste en simplificar la relación entre las variables del sistema y la velocidad del motor de CC para disparar cada pelota de ping pong a la distancia correcta. Si el CyberCannon fuera un lanzador estacionario con un ángulo fijo, entonces el cálculo de la velocidad del motor de CC sería una relación bastante simple entre la distancia del lanzador a la copa y la potencia que se suministra a los motores. Sin embargo, debido a que el CyberCannon es una máquina montada en la muñeca, entonces la distancia vertical desde el lanzador a la taza y el ángulo del lanzador deberían considerarse además de la distancia horizontal al calcular la velocidad del motor de CC. Encontrar la solución correcta a un sistema de cuatro variables con solo prueba y error a nuestra disposición sería una tarea extremadamente difícil y tediosa. Sin embargo, suponiendo que pudiéramos encontrar esta correlación, las leves inconsistencias de las lecturas del lanzador y del sensor aún producirían suficiente inexactitud dentro de nuestro sistema que no tiene sentido agregar tanta precisión al cálculo de la velocidad del motor de CC. En última instancia, decidimos que sería mejor intentar eliminar tantas variables como fuera posible para que la velocidad del motor de CC pudiera determinarse razonablemente mediante prueba y error y producir resultados comprensibles para el usuario. Por ejemplo, es mucho más fácil para el usuario comprender que la velocidad del motor de CC aumenta a medida que aumenta la distancia horizontal y disminuye a medida que disminuye la distancia horizontal. Si la ecuación para la velocidad del motor de CC tuviera demasiadas variables, entonces no sería intuitivo cómo se calcula la velocidad del motor de CC.

Nuevamente, las principales variables dentro de nuestro sistema son la distancia horizontal, la distancia vertical, el ángulo del lanzador y la velocidad del motor de CC. Para producir los resultados más consistentes, decidimos eliminar la distancia vertical y el ángulo del lanzador del cálculo de la velocidad del motor de CC fijando estas variables. Al guiar al usuario a la altura y el ángulo correctos con el sistema de calibración de puntería, pudimos fijar la distancia vertical y el ángulo del lanzador. Específicamente, la distancia vertical correcta se indica cuando los tres LED del medio de la interfaz de cinco LED se vuelven verdes, y el ángulo correcto del lanzador se indica cuando las burbujas en el nivel de gravedad de dos ejes están centradas entre las líneas negras. En este punto, las únicas variables restantes son la distancia horizontal y la velocidad del motor de CC. Dicho esto, la distancia horizontal debe calcularse a partir de los datos del sensor, ya que la distancia horizontal no se puede medir directamente. En cambio, la distancia directa desde el lanzador a la taza y el ángulo desde el plano horizontal se pueden medir y usar para calcular la distancia horizontal. Usamos el sensor ToF VL53L1X para medir la distancia desde el lanzador a la copa y el acelerómetro MPU-6050 para medir el ángulo desde el plano horizontal. La matemática detrás de este cálculo es muy simple y se puede ver en la imagen adjunta a esta sección. Básicamente, la única fórmula necesaria para calcular la distancia horizontal de estas dos lecturas del sensor es la Ley de los senos.

Una vez calculada la distancia horizontal, lo único que queda por hacer es encontrar la correlación entre esta distancia y la velocidad del motor de CC, que resolvimos mediante prueba y error. Un gráfico de estos valores se puede ver en la imagen adjunta. Esperábamos que la relación entre la distancia horizontal y la velocidad del motor de CC fuera lineal, pero nos sorprendió descubrir que en realidad seguía una curva más similar a una función de raíz cúbica. Una vez determinados, estos valores se codificaron en el script de Arduino. La implementación final de todas estas partes se puede ver en este video aquí, donde la interfaz LED cambia para indicar la altura relativa al objetivo y se puede escuchar la velocidad del motor de CC cambiando con los valores de entrada variables de los sensores.

Paso 3: Construcción del hardware

Lo bueno de la construcción de hardware del PongMate CyberCannon Mark III es que puede ser rápido y brusco con él en casa o ser estable y preciso con una máquina CNC o una impresora 3D. Optamos por la primera opción y utilizamos un cortador de cajas para cortar las láminas de madera contrachapada de 4 mm para nuestro diseño; sin embargo, proporcionamos una hoja de piezas CNC si desea seguir esta opción. Las capas de madera contrachapada se diseñaron para que los diversos componentes del CyberCannon pudieran integrarse tanto como fuera posible. Por ejemplo, la placa base del sistema de lanzamiento tiene cortes para el Arduino, baterías, tablero y correas de velcro, mientras que la placa base del sistema auxiliar de control de vuelo tiene cortes que crean un túnel para los cables del sensor y ocultan los pernos que unen el manija del gatillo. Una vez que haya cortado todas las piezas de las láminas de madera contrachapada, puede pegarlas para formar las placas base del CyberCannon. A la hora de pegar, pensamos que es importante comprobar realmente que todo está alineado correctamente y también sugerimos que utilices pinzas o unos libros para aplicar presión mientras las piezas se secan. Antes de comenzar a unir componentes más frágiles, como el tubo lanzador y los componentes electrónicos, sugerimos coser las correas de velcro, ya que es posible que deba voltear la placa base para insertar las correas y facilitar la costura. El tubo del lanzador debe cortarse para adaptarse a las ruedas que puede comprar y permitir que el servomotor actúe correctamente para empujar la bola hacia las ruedas. Recomendamos que las ruedas estén algo blandas para que se puedan colocar más juntas que el diámetro de la pelota de ping pong, lo que proporciona un golpe más potente y consistente. En esta misma línea, también es importante que los motores de CC estén bien sujetos y no se muevan cuando la bola se aprieta entre las ruedas; de lo contrario, la pelota perderá potencia y consistencia. También le sugerimos que se asegure de que todos los tornillos que ha comprado encajen en los orificios de sus componentes electrónicos para que no los dañe y que verifique que no haya conflictos de tornillos entre las distintas partes que está atornillando en la base. platos. Independientemente de lo preciso que desee ser durante la construcción del hardware del CyberCannon, la mejor manera de avanzar es simplemente comenzar a construir y descubrir los pequeños detalles a lo largo del camino.

Paso 4: Ensamblaje de la electrónica

El ensamblaje de la electrónica puede parecer un paso fácil al principio en comparación con la construcción del hardware; sin embargo, esta fase no debe subestimarse porque es extremadamente importante. Un cable mal colocado podría impedir que CyberCannon funcione correctamente o incluso destruir algunos componentes eléctricos. La mejor manera de realizar el ensamblaje de la electrónica es simplemente seguir el diagrama del circuito provisto en las imágenes adjuntas y verificar que nunca mezcle la fuente de alimentación y los cables de tierra. Es importante tener en cuenta que estábamos haciendo funcionar los motores de CC con seis baterías AA recargables de 1,5 V en lugar de una batería de bloque de 9 V como el resto de los componentes electrónicos porque descubrimos que las seis baterías AA proporcionaban una potencia más constante para los motores de CC. Una vez que haya completado el ensamblaje de la electrónica, todo lo que tiene que hacer es cargar el código Arduino y su PongMate CyberCannon Mark III estará en funcionamiento.

Paso 5: Código Arduino

Suponiendo que haya configurado todo correctamente, el código Arduino adjunto es todo lo que necesita antes de que CyberCannon esté listo para usar. Al principio del archivo, hemos escrito comentarios que explican todos los ejemplos y bibliotecas que usamos para ayudarnos a implementar el código para los diversos componentes electrónicos. Estos recursos pueden ser muy útiles para investigar si desea obtener más información o comprender mejor cómo funcionan estos componentes. Después de estos comentarios, encontrará las definiciones de variables para todos los componentes que se utilizan en nuestro script. Aquí es donde puede cambiar muchos valores codificados como los valores de velocidad del motor de CC, lo que deberá hacer cuando calibre sus motores de CC con la distancia horizontal. Si tiene experiencia previa con Arduino, sabrá que las dos partes principales de un script de Arduino son las funciones setup () y loop (). La función de configuración se puede ignorar más o menos en este archivo con la excepción del código del sensor ToF VL53L1X, que tiene una línea donde el modo de distancia del sensor se puede cambiar si se desea. La función de bucle es donde se leen los valores de distancia y ángulo de los sensores para calcular la distancia horizontal y otras variables. Como mencionamos anteriormente, estos valores se utilizan para determinar la velocidad del motor de CC y los valores de LED llamando a funciones adicionales fuera de la función de bucle. Un problema que encontramos fue que los valores provenientes de los sensores variarían por un margen significativo debido a inconsistencias dentro de los propios componentes eléctricos. Por ejemplo, sin tocar el CyberCannon, los valores de distancia y ángulo variarían lo suficiente como para hacer que la velocidad del motor de CC oscile aleatoriamente. Para solucionar este problema, implementamos un promedio móvil que calcularía la distancia y el ángulo actuales promediando los 20 valores de sensor más recientes. Esto solucionó instantáneamente los problemas que teníamos con las inconsistencias de los sensores y suavizó nuestros cálculos de motores de LED y CC. Cabe mencionar que este script no es de ninguna manera perfecto y definitivamente tiene algunos errores que aún deben resolverse. Por ejemplo, cuando estábamos probando CyberCannon, el código se congelaba aleatoriamente una de cada tres veces que lo activábamos. Hemos examinado el código extensamente pero no hemos podido encontrar el problema; así que no te alarmes si esto te pasa. Dicho esto, si logras encontrar el problema con nuestro código, ¡háznoslo saber!

Paso 6: Destruye la competencia

Esperamos que este Instructable te proporcione un tutorial claro para que construyas tu propio CyberCannon y solo te pidamos que seas fácil con tus amigos cuando los juegues en la próxima fiesta.

Grant Galloway y Nils Opgenorth