Avtonomna miza za nogomet: 5 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:08

Glavni cilj projekta je bil dokončati delujoč prototip avtonomne mize za nogomet (AFT), kjer se človeški igralec sooči z robotskim nasprotnikom. S človeškega vidika igre je miza za namizni nogomet zelo podobna običajni mizi. Igralce (-e) na človeški strani nadzorujejo s pomočjo štirih ročajev, ki jih je mogoče premikati navzven in navzven ter vrtiti, da se igralci premikajo linearno po igrišču in žogico brcajo proti nasprotnikovim vratom. Avtonomno stran sestavlja:> osem servo motorjev, ki se uporabljajo za manipulacijo ročajev mize za namizni nogomet> mikrokrmilnik za aktiviranje servo motorjev in komunikacijo z računalnikom> nadgrajena spletna kamera za sledenje žogi in igralcem> računalnik za obdelavo slike spletne kamere, implementiranje umetne inteligence in komunikacija z mikrokrmilnikom Omejitve proračuna za prototip so nekoliko upočasnile projekt in zmanjšale njegovo funkcionalnost na minimum. Ustrezni motorji za premikanje igralcev s konkurenčno hitrostjo so bili zelo dragi, zato je bilo treba uporabiti nižje servomotorje. Čeprav je bila ta izvedba omejena s stroški in časom, bi večje prestavno razmerje prineslo hitrejšega robota, čeprav to bi stalo več kot 500 USD osnovne cene (cena brez napajanja in računalnika).

1. korak: Sestavljanje nadzorne plošče motorja

Priložene slike so shema celotnega vezja in slika končnega izdelka za krmilno ploščo motorja. Vse te potrebne dele je mogoče kupiti v večini večjih spletnih trgovin z elektroniko (vključno z Digi-Key in Mouser. Kot stransko opombo so vsi deli, ki so bili uporabljeni tukaj, narejeni skozi luknjo, zato jih je mogoče sestaviti na prototipu/plošči ali z uporabo priložene zasnove tiskanega vezja. Veliko manjši paket bi lahko ustvarili z uporabo številnih delov za površinsko montažo. Ko smo izvedbo zasnovali, smo krmilnike motorja razdelili na 2 vezja, čeprav pri tem ni nobene prednosti majhna modra plošča izvaja krmilno vezje PWM, ki je v bistvu le taktni PIC-12F z neko specializirano kodo.

Korak: Sklop motorja servo motorja

Uporabljata se dve različni vrsti servomotorjev. Najprej bočno gibanje nadzira skupina štirih servomotorjev z visokim navorom: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. Ti štirje delujejo na eni sami serijski liniji in ponujajo neverjetno funkcionalnost. Visok navor omogoča, da so ti servomotorji usmerjeni tako, da zagotavljajo visoko tangencialno hitrost pri stranskem gibanju. Od Graingerja smo lahko našli komplet 3,5 -palčnih zobnikov in gosenic, ki so stali skupaj z njimi za približno 10 USD. Servokrmilniki zagotavljajo zaščito pred preobremenitvijo navora, individualno shemo naslavljanja servomotorjev, hitro komunikacijo, nadzor notranje temperature, dvosmerno komunikacijo itd. Slaba stran teh servomotorjev je, da so dragi in niso zelo hitri (čeprav jim zobniki pomagajo). Zato za hitrejše gibanje pri brcanju uporabljamo Hitec HS-81. HS-81 so relativno poceni, imajo spodobno hitro kotno hitrost in so enostavni za vmesnik (standardni PWM). HS-81 pa se vrtijo le za 90 stopinj (čeprav jih je mogoče-in ni priporočljivo-poskusiti spremeniti na 180 stopinj). Poleg tega imajo notranje najlonske zobnike, ki se zlahka odstranijo, če poskušate spremeniti servo. Vreden denar bi bil, če bi našli 180-stopinjski rotirajoči servo motor s to vrsto kotne hitrosti. Celoten sistem je povezan z kosi vlaknene plošče srednje gostote (MDF) in vlaknene plošče visoke gostote (HDF). To je bilo izbrano zaradi nizkih stroškov (~ 5 USD za list velikosti 6'x4 '), enostavnosti rezanja in sposobnosti vmesnika s skoraj vsako površino. Trajnejša rešitev bi bila izdelava aluminijastih nosilcev, da bi vse držali skupaj. Vijaki, ki držijo servomotorje PWM na mestu, so standardni strojni vijaki (#10s) s šestrobimi maticami, ki jih držijo na drugi strani. 1 mm metrični strojni vijaki, dolgi približno 3/4 , držijo AX-12 v MDF-ju, ki povezuje dva servomotorja skupaj. Dvojno vodilo predala drži celoten sklop navzdol in v skladu s tirom.

3. korak: Programska oprema

Zadnji korak je namestitev vse programske opreme, ki se uporablja na napravi. To je sestavljeno iz nekaj posameznih delov kode:> Koda, ki se izvaja na računalniku za obdelavo slik> Koda se izvaja na mikrokrmilniku PIC-18F> Koda se izvaja na vsakem od mikrokrmilnikov PIC-12F Obstajata dva pogoja za namestitev na obdelavo slik Osebni računalnik. Obdelava slik poteka prek Java Media Framework (JMF), ki je na voljo prek Sun tukaj. Java Communications API, ki je na voljo tudi prek Sun, se uporablja za komunikacijo z nadzorno ploščo motorja prek serijskih vrat na računalniku. Lepota uporabe Jave je v tem, da bi se morala * izvajati v katerem koli operacijskem sistemu, čeprav smo uporabili Ubuntu, distribucijo za Linux. V nasprotju s splošnim mnenjem hitrost obdelave v Javi ni slaba, zlasti pri osnovnem zvijanju (ki ga analiza vida precej uporablja). Kot je razvidno iz posnetka zaslona, se pri vsaki posodobitvi okvirja spremljata žoga in nasprotniki. Poleg tega je obris tabele vizualno nameščen, zato so za ustvarjanje vizualnega orisa uporabili trak modrih slikarjev. Goli se zabeležijo, ko računalnik ne more najti žoge 10 zaporednih okvirjev, kar običajno pomeni, da je žoga padla v gol z igralne površine. Ko se to zgodi, programska oprema sproži zvočni bajt, ki bodri bodri bodisi bodri nasprotnika, odvisno od smeri cilja. Boljši sistem, čeprav nismo imeli časa za izvedbo, bi bil, če bi uporabili preprost par infrardečih oddajnikov/senzorskih parov, da bi zaznali, kako žoga pade v gol. Vsa programska oprema, uporabljena v tem projektu, je na voljo v eni datoteki zip, tukaj. Za sestavo kode Java uporabite ukaz javac. Kodi PIC-18F in PIC-12F se distribuirata s programsko opremo MPLAB Microchip.

4. korak: Nosilec za spletno kamero

Uporabljena je bila spletna kamera Philips SPC-900NC, čeprav ni priporočljiva. Tehnične podatke za to kamero je ponaredilo inženirsko ali prodajno osebje podjetja Philips. Namesto tega bi vsaka poceni spletna kamera delovala, če jo podpira operacijski sistem. Za več informacij o uporabi spletnih kamer v sistemu Linux si oglejte to stran. Izmerili smo razdaljo, ki jo goriščna razdalja spletne kamere prilega celotni mizi za namizni nogomet v okvir. Za ta model fotoaparata se je izkazalo, da je ta številka nekaj več kot 5 čevljev. Za izdelavo nosilca za kamero smo uporabili police, ki so na voljo v kateri koli večji trgovini s strojno opremo. Regali segajo navzgor od vsakega od štirih vogalov mize in so navzkrižno pritrjeni z aluminijastimi nosilci pod kotom. Zelo pomembno je, da je kamera centrirana in nima kotnega vrtenja, saj programska oprema predvideva, da sta osi x in y poravnani s tabelo.

5. korak: Zaključek

Vse povezane projektne datoteke lahko prenesete s tega spletnega mesta. Varnostno kopijo večine vsebine spletnega mesta najdete tukaj, na mojem osebnem spletnem gostitelju. To vključuje končno poročilo, ki vsebuje trženjsko analizo, pa tudi stvari, ki bi jih spremenili, naše prvotne cilje in seznam, kaj so bile dejansko dosežene. Projekt NI mišljen kot najbolj konkurenčen igralec na svetu. To je dobro orodje za prikaz več korakov, uporabljenih pri oblikovanju takšne zveri, pa tudi dostojen prototip te vrste robota, zgrajenega po neverjetno nizkih stroških. Na svetu obstajajo še drugi takšni roboti in zagotovo bi jih veliko "premagalo" tega robota. Ta projekt je oblikovala skupina štirih inženirjev elektrotehnike/računalništva pri Georgia Tech kot višji projektni projekt. Strojni inženirji niso prejeli nobene pomoči in niso uporabili sredstev tretjih oseb. To je bil odličen učni proces za vse nas in dostojno izrabo časa višjih oblikovalskih tečajev. Rad bi se zahvalil> dr. Jamesu Hamblenu, našemu svetovalcu za oddelek, za njegovo stalno pomoč pri tehničnih strategijah> dr. Jennifer Michaels, vodilno profesorico, ker nas niso odvrnili od poskusa bolj ambicioznega projekta> Jamesa Steinberga in Edgarja Jonesa, višjih skrbnikov oblikovalskih laboratorijev, za stalno pomoč pri naročanju delov, odpravljanju napak in iskanju »kul stvari«, ki bi jih po nizki ceni vrgli v projekt in visoka funkcionalnost> In seveda drugi trije člani moje ekipe, od katerih nič od tega ne bi bilo mogoče: Michael Aeberhard, Evan Tarr in Nardis Walker.