sciencetalk

Voor een project dienen wij een voetbaltafel volledig te automatiseren, zodat deze kan winnen van een professionele speler. Verder dienen we we de voetbaltafel ook zelf te ontwerpen. 
Het ontwerp is al grotendeels af, maar we zitten nog met enkele praktische problemen. 
 
Korte schets:
Een expert speelt met een maximale snelheid van ongeveer 15,5 m/s. Wensen wij dit balletje tegen te kunnen houden (m = 0,0112 kg), bekomen we een impulskracht van 940 Newton, wat resulteert in een houdmoment van 94 Nm. (Berekend met formules van 'Timo resistance des materiaux' en controle met eindige elementen methode). Verder wensen we zelf een balletje af te kunnen schieten met 15,5 m/s, waaruit een kortstondig toerental van 2121 tpm volgt. De 'voetbalmannetjes' zouden we 3D-printen met gebruik van glasvezel. (Hier weten we geen exacte details van, enkel dat de E-modules = 36 GPa.
 
Allereerst betwijfelen we of we dit houdmoment en dit toerental realistisch is, zeker met het gegeven dat servo-motoren dit praktisch niet aankunnen. 
 
Aangezien we ook dienen te winnen van een expert, moeten we de locatie van het balletje opmeten met een camera. Deze locatie dient dan verwerkt te worden (we opteren momenteel voor Python), waarna de motoren aangestuurd moeten worden. 

We hebben echter geen idee hoe krachtig onze processor zal moeten zijn voor deze beeldverwerking. Zou een Raspberry Pi dit aankunnen, of zullen we toch gebruik moeten maken van een externe computer? 
 
Alvast hartelijk bedankt voor jullie hulp!
 
In bijlage enkele gemaakte berekeningen + het document van 'Timo resistance des materiaux'
 

De processor is minder relevant dan het goed schrijven van de code.
 
Dus kan de software snel genoeg bepalen waar de poppetjes moeten gaan staan?    Tegenover:    Kan de processor de software draaien?
 
Daar komt nog eens de insteltijd/bewegingstijd van de actuatoren bij.
 
 
Om te winnen zul je niet slechts een poppetje voor het traject van de bal moeten plaatsen. Maar eigenlijk de bal aannemen, zodat jij er controle over hebt. Want als het slechts terug kaatst, wordt je er nog niet veel beter van.
 
 
Ik moet zeggen, dat ik het geen realistisch project vind. Als je dit nog niet eerder hebt gedaan, dan ga je eerst iets maken dat gewon leuk speelt. En zo bouw je het uit en leg je de lat steeds hogen. Nu wil je een trouwjurk maken, zonder dat je een knoop kan aanzetten.

Het mechanische aspect lijkt me hier al heel moeilijk: er komen grote krachten bij kijken, het fysiek bouwen van een tafel die zelf speelt is al lastig genoeg, ongeacht of dat met enige intelligentie werkt. Bedenk wel dat goede spelers ook instaat zijn 'effect' te geven aan het balletje, waardoor de reactie heel anders kan verlopen dat je puur op basis van snelheid en postie alleen zou mogen verwachten. 
 
Het is zoiets als proberen ping-pong te spelen tegen een pro: zelfs als je altijd het balletje weet te raken verlies je alsnog grandioos. Een goede tegenspeler heeft snel genoeg door hoe de machine reageert en welke zaken de software niet goed afhandelt. Je zou het zo goed kunnen maken dat bijvoorbeeld je keeper iedere inkomende bal tegen weet te houden. Maar zodra je tegenspeler dat weet komen de ballen via de zijkant je doel in, want daar kan de keeper fysiek niet bij om ze te blokkeren. 

Als de afstand centrum draaistang-voetje voetballer 12 cm is, dan moet dat voetje een cirkel met een omtrek van 2*0,12*pi = 0,75 m beschrijven, en bij 15,5 m/s dus 20,5 omwentelingen per seconde = 1233 rpm maken. Vervolgens hangt het van de verhouding van de massa van de poppetjes, stang en motor versus die van het balletje af hoeveel snelheid het balletje meekrijgt.
 
Maar los hiervan, ben ik eveneens van mening dat jullie het doel onrealistisch hoog stellen. Niet alleen zal je de vier stangen van een krachtige en snelle servomotor moeten voorzien, bovendien zal je per stang een mechanisch schuifmechanisme moeten maken. Alleen deze combinatie al is technisch behoorlijk pittig. Daarboven komt dan nog de bepaald niet eenvoudige positiemeting en aansturing en de bijbehorende mijns inziens behoorlijk complexe software.
 
Jullie hadden al een ontwerp dat grotendeels af is. Kan je dat laten zien, zodat wij hier enig inzicht krijgen in jullie vaardigheden?

jorw schreef: Wensen wij dit balletje tegen te kunnen houden (m = 0,0112 kg), bekomen we een impulskracht van 940 Newton, wat resulteert in een houdmoment van 94 Nm. 

 
94 Nm is het koppel waarop je een gemiddelde wielbout moet aandraaien, klopt het wel dat zo'n balletje met 940 N afkomt?