The Air Hockey

Le Air Hockey est un jeu de société dans lequel deux joueurs s’affrontent en envoyant un palet dans le but adverse à l’aide de poussoirs en plastique. Le principe du Air Hockey est d’insuffler de l’air par dessous le plateau de jeu, percé de petits trous. L’air, sous haute pression, élève le palet de quelques millimètres afin de réduire les frottements et ainsi assure une excellente fluidité du jeu.

Objectifs

L’objectif de ce projet est de reproduire un Air Hockey avec le matériel disponible à EirLab. Nous voulons réaliser un Air Hockey de petite taille, facilement installable sur une table, et pleinement fonctionnel. Il est également prévu d’y intégrer un système électronique de comptage des points.

Partie 1 : Analyse d’un Air Hockey

Le Air Hockey est un jeu qui se joue sur la partie supérieure d’une boîte vide dans laquelle de l’air est injecté. Les trous présents sur la partie supérieure de cette boîte permettent la création d’un coussin d’air limitant les frottements du palet sur la table.

En général, les dimensions d’une table standard de Air Hockey sont de 240×180 cm. Cependant, pour des raisons de coûts et de méthodes de fabrication, nous avons choisi de limiter la dimension de notre table à 100×60 cm.

Dans notre système, le plateau de jeu sera surélevé de quelques dizaines de centimètres pour permettre l’installation du système de soufflerie en dessous. Voici un schéma simplifié de notre système :

Ainsi, notre choix de dimensions et de disposition du système permettra de créer une table de Air Hockey performante et pratique, tout en restant accessible en termes de coûts de fabrication.

Partie 2 : Modélisation du projet

Pour ce projet, notre première étape a été de modéliser les différentes pièces sur OnShape. Nous avons débuté par la création d’une table de Air Hockey, accompagnée d’un stick creux et d’un palet, afin de réaliser une première version de notre concept.

Pour soutenir la structure de la table, nous avons prévu l’utilisation de deux pieds, tandis que le plateau de jeu sera maintenu par deux lattes horizontales. Ce dernier est doté de trous de 0,09 cm de diamètre, espacés d’1 cm pour permettre la circulation de l’air. Pour récupérer facilement le palet, nous avons ajouté deux modules en bois sur les côtés.

L’ensemble de la table sera fabriqué en MDF découpé à la découpeuse laser. Seul le plateau de jeu sera en PMMA (plastique). Voici ci-dessous différentes vues de la modélisation de notre projet sur Onshape :

Vue sur l’intérieur de l’une des boîtes de réception

Vue de face du air hockey (sans la protection avant)

Après avoir achevé la modélisation de la table de Air Hockey, nous avons pû obtenir une vue en éclaté de notre table de Air Hockey (voir le plan ci-dessous).

Pour la fabrication de notre table de Air Hockey, nous avons opté pour une découpe à la découpeuse laser pour les planches en MDF et le plateau en PMMA. Ce choix de méthode de découpe nous permettra d’obtenir des découpes nettes et précises, et de garantir une qualité de finition optimale.

En parallèle, nous avons également décidé d’utiliser une imprimante 3D pour la fabrication du palet et des sticks. En imprimant les palets et les sticks, nous pouvons ajuster facilement la taille et la forme pour optimiser la prise en main et corriger d’éventuels problèmes.

Partie 3 : Assemblage

Après avoir découpé les différentes planches de la table de Air Hockey à l’aide de notre découpeuse laser, nous avons entamé la phase d’assemblage. Nous avons opté pour l’utilisation de la colle à bois pour fixer les différentes parties de la table. Cette méthode d’assemblage offre une excellente adhérence et garantit une solidité accrue de la structure.

Nous avons cependant choisi de ne pas coller le plateau de jeu afin de nous permettre un accès facile à l’intérieur de la « chambre à air ». Ce choix nous permettra d’installer facilement le système de soufflerie.

Photo du montage des pieds et des boîtes de réceptions

Photo du montage intermédiaire avec les pieds et la boîte

En plus de la colle à bois, nous avons également utilisé du mastic pour réaliser des joints afin de renforcer la solidité de la structure et d’éviter les fuites d’air.

Pour la fixation des modules de ramassage de palet, nous avons opté pour la visserie. Cette solution nous permettra de retirer facilement les modules en cas de besoin.

Partie 4 : Soufflerie

Conformément à nos plans initiaux, nous avons installé la turbine en dessous de la chambre à air, ce qui permettra une distribution uniforme de l’air sur toute la surface du plateau de jeu. Pour ce faire, nous avons modélisé un adaptateur spécifique qui permettra une fixation solide et stable de la turbine. (voir image ci-dessous)

Pour le système de soufflerie, nous nous sommes tourné vers une turbine utilisée en tant normal pour de l’aéromodélisme. Ce type de turbine utilise un moteur brushless qui doit être alimenter par un ESC « Electronic Speed Controller « . Il s’agit d’un dispositif électronique qui permet de contrôler la vitesse de rotation d’un moteur électrique, généralement utilisé dans les applications de modélisme (voitures, drones, avions, bateaux, etc.). L’ESC agit comme un convertisseur de courant continu (DC) en courant alternatif (AC), en modulant la tension et la fréquence envoyées au moteur.

Pour contrôler un ESC avec un Arduino, il faut tout d’abord passer par une phase d’initialisation de l’ESC, puis lui envoyer un signal PWM (modulation de largeur d’impulsion) à l’ESC. Le signal PWM est un signal numérique qui permet de moduler la largeur d’une impulsion électrique en fonction d’un signal de commande. En pratique, le signal PWM est envoyé par une broche de sortie numérique de l’Arduino, qui génère des signaux PWM. Nous utilisons une carte Arduino Nano pour cette partie. (voir schéma électrique ci-dessous)

L’ESC permet aussi d’alimenter nos deux cartes arduinos en convertissant l’alimentation fourni en entrée (que ce soit une batterie LiPo ou une alimention externe) vers une alimentation pouvant alimenter nos cartes. (voir l’ESC sur l’image ci-dessous ou le schéma électrique total dans les ressources)

Après installation, la performance de notre système de soufflerie a été testée avec différents types de palets pour déterminer lequel fonctionnait le mieux avec notre turbine. Nous avons utilisé des palets en bois, en PMMA et en PLA imprimé en 3D, afin d’analyser leur comportement en termes de légèreté, de stabilité et d’élévation.

Les résultats ont été concluants : le palet en PLA, qui présente une conception en partie creuse, s’est avéré être le plus léger de tous et s’élève facilement grâce à notre système de soufflerie. En conséquence, nous avons constaté que la puissance de la turbine était largement suffisante pour soulever le palet en PLA, ce qui nous a permis de réduire considérablement la puissance nécessaire au fonctionnement de notre table de Air Hockey et le bruit lors de son fonctionnement.

Nous avons donc opté pour l’utilisation du palet en PLA imprimé en 3D pour nos parties de Air Hockey.

Partie 5 : Calcul et affichage du score

Pour pouvoir compter les points lors d’une partie de Air Hockey, nous avons développé un système de détection de lumière. Nous avons opté pour une carte Arduino Micro, qui a été programmée pour recevoir les informations des deux lasers et des deux capteurs de lumière installés sur chaque but. Ce système nous permet de compter avec précision les points marqués lors d’une partie.

Au départ, nous avions testé l’utilisation de LEDs infra-rouges pour détecter le passage du palet dans le but, mais nous avons constaté que leur lumière était trop diffuse et ne permettait pas d’obtenir une mesure précise de l’intensité lumineuse lorsque le palet passe dans le but. Nous avons alors choisi de travailler avec des lasers, car leur lumière est plus directionnelle et permet une mesure plus précise.

Nous avons également mis en place un montage avec des photorésistances qui permet de détecter l’entrée du palet dans le but. Cette méthode nous permet de détecter la présence du palet grâce à une variation de la résistance électrique de la photorésistance. (voir montage électrique ci-dessous)

Ainsi, le laser émet en continu sur la photorésistance, nous mesurons une tension nulle tant que la photorésistance est éclairée par le laser (la photorésistance étant alors équivalente à un fil). Si la photorésistance ne capte plus le laser, typiquement lorsque le palet passe devant le laser, nous mesurons une tension positive (la photorésistance étant alors équivalente à une résistance). Nous devons ainsi détecter lorsque la tension est dépasser un seuil de tension pour mettre à jour le score. Une fois le score mis à jour, nous l’affichons à l’aide un afficheur 7 segments 4 digits.

Pour le faire fonctionner, il est nécessaire de configurer un à un chacun des digits. Pour cela, il faut commencer par mettre le pin du digit que l’on veut configurer à 1 et les autres à 0 (les pins des digits sont les pins D1 à D4). Ensuite, on doit configurer à 1 les pins correspondant aux segments que l’on veut afficher. Il y en a 8, disposés de la façon suivante :

Ainsi, par exemple, pour afficher un « 7 » sur le digit 1, il est nécessaire de mettre »D1 », »G », »E » et »C » à 1 et tous les autres pins à 0. Pour configurer le digit suivant, on recommence en ajoutant un délai entre les deux configurations de digits.

Conclusion

Le projet est terminé et fonctionnel. Des améliorations sont toujours possibles, comme le fait de n’utiliser qu’une seule carte arduino pour l’ensemble du projet, utiliser une carte avec un module wifi pour pouvoir améliorer l’expérience utilisateur et apporter de nouvelles fonctionnalités, intégrer un système sonore qui réagit au but…

Le projet a été conçu pour qu’il soit modulaire et pour faciliter l’ajout de ces améliorations ou même pour faciliter la réparation. (Nous joignons ci-dessous toutes les ressources utiles à ces fins)

N’hésitez pas à venir au fablab pour tester notre jeu ou pour tenter d’en faire une meilleure version !

Photos du projet fini

Ressources

Composant	Référence du produit	Nombre
Afficheur 7 segments 4 digits	3461 AS	1
Turbine		1
Photorésistance LDR 5mm GL5516	SKUTM1258095	2
Emetteur laser 650nm KY-008‎ 5V	70981873111-2	2
Commutateur on/off à pression 12 V	0810671	1
FLYCOLOR 30A Brushless ESC 2-4S	B09MDYS235	1
Résistance 1k Ohm	CF1/4W-1K	2
Résistance 220 Ohm	DZ-ZCDZ1-4WB1-220R-100	4