246   222   68    

Делаем свой собственный аэрохоккей с Arduino

Профессиональная аэрохоккейная установка обычно доступна только в серьезных игровых залах из-за сложных систем, которые необходимы для ее работы. Наша цель состояла в том, чтобы создать стол для аэрохоккея своими руками. Используя общедоступные материалы, нам удалось создать экономически эффективный и простой в изготовлении стол для аэрохоккея с использованием Ардуино.

Наш проект использует мощь современных технологий, таких как лазерная резка и 3D-печать, для создания настраиваемой и легко масштабируемой системы, позволяющей создавать игры в соответствии с их требованиями.

Шаг 1. Обзор игрового поля

Чтобы придумать концепцию стола для аэрохоккея, мы сначала разработали его на Fusion 360. Мы настроили наше игровое поле под разумные размеры, упрощая его настройку и сохраняя при этом игровой фактор. Вот несколько особенностей нашей системы:

  • Используя современные технологии были созданы различные детали, такие как игровое поле и биты для игры. Благодаря современной точности лазерной резки и 3D-печати компоненты имеют чистый внешний вид и довольно долговечны.
  • Электронный счетчик облегчает отслеживание счета и обеспечивает отображение трехзначных чисел.
  • В конструкции используется "пылесос", благодаря которому подается воздух, что снижает силу трения шайбы и бит.
  • Встроенные светодиодные полосы улучшают игровое пространство и добавляют более эстетический вид.
  • Использование обычных бытовых материалов резко снижает стоимость сборки этой игры.
  • Форм-фактор облегчает монтаж на столе или на полу, а также позволяет удобно его хранить.

Шаг 2. Принципы аэрохоккея

Принципы аэрохоккея очень похожи на обычный хоккей с шайбой, основные отличия:

  • Аэрохоккей (воздушный хоккей) - игра, в которую можно играть на столе, тогда как хоккей - игра, требующая большой арены/поля.
  • В хоккей играют как команда из 6 человек, в то время как в воздушный хоккей обычно играют в одиночку.
  • И, наконец, в хоккее шайба плавно скользит по игровому полю, используя слой льда, тогда как в воздушном хоккее создается воздушная подушка, по существу, шайба левитирует в миллиметрах над игровым полем, а трение уменьшается. Это делает игру чрезвычайно динамичной и приятной.

Подъем шайбы над игровым полем, созданный для левитации, достигается созданием крошечных отверстий по всему игровому полю в решетке, которая продувает воздух под высоким давлением из-под стола. Воздух проходит через эти отверстия и выходит с высокой скоростью, противодействуя весу шайбы, заставляя ее плавать на слое разреженного воздуха.

Шаг 3. Необходимые материалы

Ниже приведен список всех компонентов, необходимых для создания собственного стола для аэрохоккея. Все детали легко найти в большинстве магазинов.

ОБОРУДОВАНИЕ

  • Фанера (60 мм) - размеры 80 см на 50 см
  • Планка из сосны 2,5 см на 10 см и 20 см длиной
  • Нить 3D печати - PLA или ABS
  • Резьбовая вставка M3 - 8 штук
  • Болт М3 длиной 2,5 см - 8 штук
  • Шуруп по дереву 6 см длиной - 12 штук
  • Шуруп по дереву 2,5 см длиной - 30 штук
  • Акрил

ЭЛЕКТРОНИКА

  • Arduino Uno
  • Кнопка - 2 штуки
  • ЖК дисплей
  • Светодиодная лента (RGB)
  • Провода-перемычки
  • 12В адаптер

Общая стоимость составила около 50 долларов, что по сравнению с покупкой реального хоккея - намного меньше.

Шаг 4. 3D-печать

Мы использовали 3D-принтер, чтобы сделать несколько нестандартных деталей. Поскольку большинство деталей не требовало особой прочности, мы напечатали их на PLA, который мы рекомендуем, так как его также легко распечатать. Список ниже содержит общее количество деталей и их технические характеристики. Все файлы STL находятся в архиве, который вы также можете скачать ниже, что позволит вам внести необходимые изменения в случае необходимости.

  • Биты 2 штуки, заполнение 20% (один цвет для каждого игрока)
  • Ворота 2 штуки, заполнение 20% (один цвет для каждого игрока)
  • Угловые вставки 2 штуки, заполнение 40%
  • Угловые вставки (зеркальные) 2 штуки, 40% заполнения
  • Отделение для электроники, заполнение 20%
  • Акриловая прокладка 12 штук, заполнение 20%

На печать деталей ушло 48 часов, и они были выполнены на принтере Ender 3. Архив с файлами ниже:

Шаг 5. Лазерная резка деталей

Игровое поле должно иметь сетку из 1 мм отверстий. Это было бы утомительным сделать его вручную, поэтому мы решили использовать мощь лазерной резки. Следующий список содержит несколько деталей, которые были вырезаны лазером. Прилагаемый ниже файл содержит 2D-чертежи всех деталей для лазерной резки.

  • Игровое поле, белая 2 мм
  • Рассеивающая панель - 2 штуки, белая 2 мм
  • Верхняя панель - 2 штуки, белая 2 мм
  • База игроков - 2 штуки, оранжевый и синий 2 мм (один цвет для каждой команды)
  • Шайба, черная 2 мм

Шаг 6. Постобработка

Детали, напечатанные на 3D-принтере требуют небольшой постобработки. Используйте плоскогубцы, чтобы аккуратно удалить материал подложки и отшлифовать оставшиеся куски пластика. После лазерной резки игрового поля мы поняли, что несколько воздушных отверстий все еще заблокированы. Если кто-то сталкивается с подобными проблемами, вы можете легко использовать острое шило. Держите лист против источника света, чтобы вы знали, какие отверстия заблокированы.

Шаг 7. Делаем корпус

Каркас стола для аэрохоккея изготовлен из сосны 2,5 на 10 см. Внутренний размер рамки или размер игрового поля составляет 80 см на 50 см. Используя циркулярную пилу и направляющую, мы вырезаем четыре куска дерева, два длиной 80 см и два длиной 54 см (так как ширина будет перекрывать длину). После этого слегка отшлифуем края, чтобы поверхность была гладкой и ровной.

Шаг 8. Резка деревянных вставок

Чтобы прикрепить акриловое игровое поле к раме, мы сделали деревянные распорки, чтобы поддерживать его снизу. Из оставшейся сосновой древесины вырезаем 12 полос шириной 1,5 см. Затем, используя ножовку, разрезаем их пополам, чтобы получить 24 бруска. Эти бруски не только поддерживают игровое поле, но и обеспечивают правильное расстояние для крепления нижней панели фанеры.

Шаг 9. Склейка вставок

Верхняя поверхность акрилового игрового поля находится ровно на 2 см ниже верхней части рамы. Поскольку распорки должны поддерживать акрил снизу, нарисуйте линию в 2,2 см от вершины, учитывая толщину акрила 2 мм. Оставляя около 5 см с обеих сторон, склейте распорки на одинаковом расстоянии друг от друга. На досках по длине приклейте 5 вставок и по ширине досок приклейте 4. Мы использовали обычный древесный клей, чтобы приклеить бруски, следя за тем, чтобы они идеально совмещались по линии, а затем зажимаем их на ночь.

Шаг 10. Скрепляем раму

Мы использовали три винта на одно соединение, чтобы скрепить раму. Разметьте по ширине доски с обеих сторон и отцентрируйте три равноотстоящих отверстия. Мы использовали 5-миллиметровое долото, чтобы создать пилотное отверстие на обоих кусках дерева, и утопили отверстие, чтобы позволить головке винта уйти заподлицо. Убедитесь, что части соединены правильно, исправьте любые недостатки. Это важно, поскольку игровое поле должно плотно прилегать к раме, так как промежутки будут создавать утечки воздуха, ведь благодаря воздуху наша шайба в аэрохоккее левитирует.

Шаг 11. Отверстия для ворот

Официально ширина ворот в аэрохоккее в 3 раза больше диаметра шайбы. Таким образом, на двух отрезках ширины рамы мы пометили прямоугольники длиной 15 см на 1 см, на сантиметр ниже верхней поверхности и убедились, что ворота отцентрированы. Затем мы сделали два отверстия под лобзик, чтобы сделать прорезы. Зачистите края, чтобы удалить любой оставшийся материал.

Шаг 12. Установка игрового поля

Нанесите достаточное количество клея на деревянные блоки и поместите акриловый лист на них внутри рамы. После этого положите немного дополнительного веса по краям, пока клей не затвердеет. Затем с помощью уровня убедитесь, что по всему столу поверхность ровная и горизонтальная.

Важно, чтобы игровое поле было идеально выровнено, поскольку мелкие углубления могут привести к тому, что шайба не будет скользить по этим областям.

Шаг 13. Заделываем стыки

Чтобы убедиться, что весь воздух будет выходить только из отверстий игрового поля, необходимо изолировать все стыки. Используйте пистолет с горячим клеем или силиконовый гель (используется для герметизации аквариумов), чтобы заделать любые утечки вдоль акриловой панели.

Шаг 14. Делаем нижнюю панель

Нижняя панель имеет те же размеры, что и игровое поле. Для нижней части мы взяли часть фанеры толщиной 5 мм оставшуюся от прошлого проекта, хотя можно выбрать любую древесину, которая обеспечивает достаточную прочность. Чтобы воздух попадал в игровое поле, мы вырезаем отверстие размером с наш адаптер в середине основания. В нашем случае это 5 см в диаметре, но всё зависит от используемого вентилятора. Мы использовали лобзик, чтобы вырезать отверстие, а затем очистили поверхность дремелью.

Шаг 15. Устанавливаем нижнюю панель

Теперь, когда нижняя панель готова, можно перевернуть раму для аэрохоккея. Нанесите клей на все деревянные блоки и поместите на них нижнюю панель. В качестве меры предосторожности мы решили вкрутить несколько винтов, чтобы сделать соединение еще крепче. Затем с помощью клеевого пистолета заклеили все зазоры между панелью и рамой.

Шаг 16. Добавление светодиодных держателей

Разверните светодиодную ленту по длине игрового поля и обрежьте ее до ближайшей «метки отреза» на полосе. Затем равномерно распределите пять держателей с прорезью вверх и приклейте их на место. Дайте деталям склеиться за ночь с помощью зажимов, а затем вставьте светодиоды в соответствующие отверстия на отпечатках.

Шаг 17. Пайка светодиодов

Две светодиодные ленты, расположенные на двух краях стола, соединены последовательно, используя четыре провода (+12 В, красный, зеленый, синий), чтобы по существу сформировать длинную светодиодную ленту. Припаяйте провода на одном конце одной полоски, затем пропустите их через отверстие в акриловой панели и выньте из другого отверстия на противоположной стороне. Паяем этот конец провода ко второй светодиодной полосе. Затем подключаемся к блоку контроллера с помощью перемычек. После блок контроллера крепится к нижней деревянной панели с помощью винтов.

Шаг 18. Установка рассеивающих панелей и угловых вставок

Боковая рассеивающая панель приклеена к 3-й напечатанной вставке с помощью клея. После устанавливаем верхнюю панель, отметьте пять крепежных отверстий и просверлите пилотные отверстия. Затем поместите 3D-печатные угловые защитные элементы на верхнюю акриловую панель и вставьте пять винтов, чтобы закрепить все на месте. Угловые элементы имеют два боковых монтажных отверстия и могут быть добавлены при необходимости. Эта система позволяет легко демонтировать верхнюю панель в будущем, если потребуется доступ к светодиодным полосам.

Шаг 19. Добавляем ворота

Ворота могут быть установлены с обеих сторон, в нашем случае одно синие, а другие оранжевые. Мы заметили, что если повесить ворота слегка ниже прорези, то шайба не отскакивает назад. Поместите ворота ниже щели на толщину шайбы и используйте четыре монтажных отверстия для крепления ворот.

Шаг 20. Собираем биты

Чтобы усилить биты, напечатанные на PLA, мы прикрепили 2-миллиметровые лазерные диски. Это не только продлевает срок службы битка, но и лучше воздействует на шайбу (акрил против акрила). Мы использовали древесный клей и капли цианакрилатного клея, чтобы соединить детали.

Шаг 21. Система подачи воздуха

Для системы подачи воздуха мы решили, что было бы удобно, если бы вход для воздуходувки был бы на стороне рамы. Для этого нам нужно было добавить дополнительное колено, чтобы отклонить поток воздуха снизу в сторону.

Компоненты, необходимые для этой системы: адаптер с 3D-печатью, крышка с 3D-печатью, фитинг из ПВХ на 90 градусов и труба из ПВХ, соответствующая длине 20 см. Начните с проделывания отверстия в боковой раме, соответствующего размеру печатного адаптера. Плотно надеваем напечатанный колпачок на фитинг из ПВХ. Затем закрепляем адаптер и фитинг ПВХ с помощью винтов на раме. После этого вы можете вставить трубу ПВХ, чтобы соединить оба разъема. В нашем случае подгонка не привела к утечкам воздуха, но при необходимости можно уплотнить соединения тефлоновой лентой.

Шаг 22. Отсек для электроники

Коробка требует добавления резьбовых вставок, чтобы можно было легко снять крышку. Для этого разогрейте паяльник и утопите резьбовые вставки заподлицо с поверхностью. Добавьте нажимные выключатели с обеих сторон и вставьте ЖК-дисплей в гнездо.

Шаг 23. Подключение компонентов к Arduino

Чтобы установить счетчик, отметьте два отверстия на внутренней стороне коробки. Затем просверлите отверстия в деревянной раме и закрепите ее двумя шурупами. Чтобы пропустить силовые кабели в Arduino, просверлите еще одно отверстие в раме, совмещенное с тем, которое имеется в коробке. Затем вы можете пропустить провода и закрепить соединения. Проводка состоит из подключения экрана и двух кнопок к Arduino. Следуйте схеме подключения, приведенной выше.

Экран <-> Arduino:

VCC <-> 5v
GND <-> GND
SDA <-> A4
SCL <-> A5

Кнопка № 1 <-> Arduino:

Один конец <-> GND
Другой <-> D4

Кнопка № 2 <-> Arduino:

Один конец <-> GND
Другой <-> D5

Шаг 24. Подключение источника питания

Наш стол для аэрохоккея требует питания в двух местах, кроме самой воздуходувки, которая будет иметь собственный источник энергии. Один источник для системы подсчета очков, а другой для системы освещения, оба могут работать от 12 В постоянного тока. Чтобы добиться этого, мы создали простую систему распределения питания, которая потребляет входное напряжение 12 В от адаптера и разделяет его на две части. Один, который будет питать Arduino, а другой, который будет питать светодиодные полосы. Мы использовали разъемы питания для создания системы распределения питания. Следуйте схеме подключения, прилагаемой выше. Как только это будет сделано, один из концов приведёт в действие Arduino:

+V <-> Arduino Vin
GND <-> Arduino GND

А другой конец может быть подключен к электронной коробке светодиодной ленты.

Шаг 25. Загружаем код

Программу для системы начисления баллов можно скачать ниже. Мы сделали порт для программирования в нашем отсеке электроники, чтобы можно было легко загружать или изменять код. Подключите Arduino к своему компьютеру и используйте Arduino IDE для загрузки программы.

Приведенные выше рисунки показывают, что ЖК-дисплей меняет цвет на цвет команды победителя. С каждым нажатием кнопки счет увеличивается на единицу, и на дисплее могут отображаться трехзначные цифры.

Важно! Убедитесь, что Arduino не подключен к источнику питания 12 В при подключении к компьютеру! Это может повредить вашу плату Arduino.

26. Финальный результат

Аэрохоккейный стол готов. Прикрепите воздуходувку (пылесос) сбоку и включите питание. Шайба должна начать плавать по полю. Теперь можно начать играть.

Хотя вначале мы скептически относились к тому, сработает ли наш стол для воздушного хоккея с приводом от вентилятора или пылесоса, но результаты превзошли наши ожидания. После нескольких недель игры мы с радостью можем сказать, что детали выдержали и что дизайн прошел испытание. На видео выше можно увидеть финальный вариант аэрохоккея, сделанного на основе Ардуино.

Ардуино+