DART-E

ลูกชายผมอายุ 4 ขวบ ชอบสร้างของเล่น และเชื่อว่าพ่อต้องสร้างอะไรก็ได้ นี่คือความพยายามของผมที่จะพิสูจน์ให้เขาเห็นว่าเขาคิดถูก

ผมเป็นมือใหม่ในวงการอิเล็กทรอนิกส์, Arduino และการสร้างของเล่นโดยทั่วไป เพราะปกติผมเป็นสายซอฟต์แวร์ โปรเจกต์นี้ช่วยให้ผมและลูกชายได้สำรวจโปรเจกต์ระดับกลางมากขึ้น ที่เราต้องคำนึงถึงแรงดัน (Voltage), กระแส (Current) และแม้แต่ไดโอดป้องกันกระแสย้อนกลับ (Flyback Diode) เพื่อปกป้องวงจรจากโซลินอยด์ที่เราใช้

นอกจากนี้ เรายังได้ใช้เครื่องเลเซอร์คัตเตอร์ xTool ของเราเพื่อสร้างแผงควบคุมและบอร์ดสั่งงานแบบกำหนดเองสำหรับโครง MakerBeam อีกด้วย

ขอบคุณชุมชน Arduino มากๆ โดยเฉพาะเพื่อนๆ ใน Discord ที่ช่วยผมแก้ไขปัญหาต่างๆ ในวงจรได้อย่างละเอียด

ภารกิจ

เราพยายามจะยิงปืนนัดเดียวได้นกหลายตัว

1. เรียนรู้ว่ามุมส่งผลต่อวิถีของกระสุน (ลูกดอก Nerf) อย่างไร
2. บูรณาการองค์ประกอบหลายๆ อย่างเข้าไว้ในโปรเจกต์ Arduino
3. เรียนรู้วิธีเปลี่ยนต้นแบบให้กลายเป็นชิ้นงานสุดท้ายที่ทนทาน สวยงาม และใช้งานได้จริง

ผลลัพธ์

1. เราใช้เวลาและเงินมากกว่าที่คิดไว้เยอะ เพื่อบรรลุเป้าหมายแรกเรื่องการเรียนรู้เกี่ยวกับมุม
2. เราได้เรียนรู้มากกว่าที่จินตนาการได้ ตั้งแต่ไอเดีย ไปจนถึงต้นแบบ และชิ้นงานสุดท้าย
3. เรารักการใช้เครื่องเลเซอร์คัตเตอร์ของเรา :-)

คณิตศาสตร์การยิง: มุมป้อมปืน DART-E

โปรเจกต์ DART-E เปลี่ยนของเล่นลูกดอกโฟมสุดดุให้กลายเป็นเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ ด้วยการติดปืน Nerf ที่ถอดกลไกบางส่วนออกแล้ว ลงบนฐานหมุนสองแกน (Dual-Servo Gimble) นักสร้างสรรค์ต้องนำความรู้จลนศาสตร์ระดับมัธยม (แรงโน้มถ่วง, ความเร็ว, และฟิสิกส์ของมุม) มาประยุกต์ลงในโค้ด C++ โดยตรง เพื่อยิงให้โดนแก้วที่อยู่อีกฝั่งห้องให้ได้

สูตรวิถีกระสุนแบบจลนศาสตร์

กระสุนจะตกเพราะแรงโน้ถ่วงโลก ถ้าแก้วอยู่ห่าง 5 เมตร การยิงในแนวราบ (0 องศา) จะทำให้โดนพื้น

1. ความเร็วปากกระบอกปืน (Muzzle Velocity) ของลูกดอก Nerf ต้องทดสอบและกำหนดค่าตายตัวในโค้ด (เช่น v = 20 m/s)
2. โค้ด Arduino จะใช้สมการจลนศาสตร์หลัก: มุม = 0.5 * arcsin((แรงโน้มถ่วง * ระยะทาง) / ความเร็ว^2)
3. ผู้ใช้หมุนโพเทนชิออมิเตอร์ หรือป้อนสตริงระยะทางเข้า Serial Console (เช่น Target: 7 meters)
4. โปรเซสเซอร์ Arduino จะคำนวณค่า arcsin() อย่างรวดเร็วเพื่อชดเชยแรงโน้มถ่วงที่ระยะทางนั้น
5. มันจะสั่งให้ เซอร์โวปรับมุมเงย (Elevation Servo) หมุนขึ้นไปที่ 14.5 องศาพอดี!

ระบบเซอร์โวและโซลินอยด์โครงสร้าง

ปืนดาร์ตโฟมเนี่ย เวลายิงมันมีแรงสะท้อนกลับทางกลไกโครตเยอะเลยนะ

• เซอร์โวพลาสติกสีฟ้า SG90 ตัวจิ๋วเนี่ย เกียร์ในตัวมันจะกร่อนแหลกราญทันทีที่ลั่นไก
• น้องต้องยึดปืนตัวหลักเข้ากับ เซอร์โว MG996R เกียร์โลหะตัวเบิ้ม เท่านั้น
• ระบบลั่นไกอิเล็กทรอนิกส์: ห้ามดึงไกด้วยมือเด็ดขาด! มันจะพังการปรับมุมทั้งหมดเลย
• ให้ถอดไกพลาสติกเดิมออกให้หมด แล้วติดตั้ง โซลินอยด์แบบดึง-ผลัก 12V เข้าไปแทน
• เมื่อการคำนวณทางคณิตศาสตร์เสร็จสิ้น Arduino จะสั่งให้รีเลย์ 5V ทำงาน รีเลย์ก็จะปล่อยไฟ 12V เข้าไปในโซลินอยด์ตัวหนักๆ ทันที ทำให้แกนโลหะของมันพุ่งไปข้างหน้าอย่างรุนแรง กระแทกเข้าไปในกลไกล็อคห้องบรรจุลูกดอก ปล่อยลูกโฟมออกไปโดนเป้าหมายอย่างแม่นยำ

ศาสตร์วิศวกรรมจลนศาสตร์ที่ต้องมี

• Arduino Uno/Mega: คอมพิวเตอร์คำนวณวิถีกระสุน
• เซอร์โวแรงบิดสูง MG996R คู่ พร้อมขายึด Pan/Tilt
• แอคชูเอเตอร์โซลินอยด์แบบเส้นตรง 12V หรือโมดูลรีเลย์ 5V ตัวหนัก
• ปืน Nerf ที่ถูกดัดแปลงโครงสร้างกลไกอย่างหนัก (หรือจะสร้างปืนแบบ Flywheel ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เองก็ได้)

ข้อมูลเทคนิคเพิ่มเติม

โค้ดและรายละเอียดเทคนิคทั้งหมดเก็บอยู่ใน GitHub repository ของโปรเจคนี้

รุ่นพี่ชอบฟีดแบ็กและคำถามนะ อย่าเกรงใจ ถามมาได้เต็มที่เลย!