Autonomni stoni fudbal: 5 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:09

Glavni cilj projekta bio je dovršiti radni prototip za autonomni stoni fudbal (AFT), gdje se ljudski igrač suočava s robotskim protivnikom. Iz ljudske perspektive igre, stol za mali nogomet je vrlo sličan običnom stolu. Igračima (ima) na ljudskoj strani upravlja se nizom od četiri ručke koje se mogu pomicati i izvlačiti i rotirati za linearno pomicanje igrača po igralištu i za izbacivanje lopte prema protivničkom golu. Autonomna strana sastoji se od:> Osam servo motora koji se koriste za rukovanje ručkama stola za stolni fudbal> Mikrokontroler za aktiviranje servo motora i komunikaciju s računarom> Web kamera postavljena iznad glave za praćenje lopte i igrača> Računar za obradu slike web kamere, implementiraju umjetnu inteligenciju i komuniciraju s mikrokontrolerom Ograničenja budžeta za prototip su usporila projekat i svela njegovu funkcionalnost na minimum. Utvrđeno je da su odgovarajući motori za kretanje igrača konkurentnom brzinom vrlo skupi, pa su morali biti korišteni servo motori niže klase. Iako je ova posebna implementacija bila ograničena troškovima i vremenom, veći prijenosni omjer donio bi bržeg robota koji se igra to bi koštalo više od 500 USD osnovne cijene (cijena bez napajanja i računara).

Korak 1: Sastavljanje upravljačke ploče motora

Priložene slike predstavljaju shemu cijelog kola, kao i sliku konačnog proizvoda za upravljačku ploču motora. Svi ovi potrebni dijelovi mogu se kupiti u većini velikih internetskih prodavaonica elektronike (uključujući Digi-Key i Mouser. Kao napomenu, svi dijelovi koji su ovdje korišteni bili su kroz rupe, pa se dijelovi mogu sastaviti na protoboard-u/matičnoj ploči), ili pomoću priloženog dizajna PCB -a. Mnogo manji paket mogao bi se stvoriti korištenjem brojnih dijelova za površinsko montiranje. Kada smo implementirali dizajn, podijelili smo kontrole motora u 2 kruga, iako to nema nikakve prednosti osim Mala plava ploča implementira PWM upravljačko kolo, koje je u osnovi samo taktirani PIC-12F sa nekim specijaliziranim kodom.

Korak 2: Sklop servo motora

Koriste se dvije različite vrste servomotora. Prvo, bočno kretanje kontrolira grupa od četiri servo servera visokog okretnog momenta: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. Ova četiri uređaja rade na jednoj serijskoj liniji i pružaju zadivljujuću funkcionalnost. Veliki okretni moment omogućuje servo pogone na takav način da osiguraju veliku tangencijalnu brzinu za bočno kretanje. Uspjeli smo pronaći set zupčanika od 3,5 inča i gusjenica koje bismo mogli ponijeti s njima od Grainger -a po cijeni od oko 10 USD za svaki. Servo motori pružaju zaštitu od preopterećenja okretnim momentom, individualnu shemu adresiranja servo servera, brzu komunikaciju, nadzor unutarnje temperature, dvosmjernu komunikaciju itd. Nedostatak ovih servo servera je to što su skupi i nisu jako brzi (iako im prijenos pomaže). Dakle, kako bi se ubrzalo kretanje za udaranje, koriste se Hitec HS-81. HS-81 su relativno jeftini, imaju pristojno veliku kutnu brzinu i lako se povezuju (standardni PWM). HS-81 se, međutim, okreću samo za 90 stupnjeva (iako je moguće-i ne preporučuje se-pokušati ih izmijeniti na 180 stupnjeva). Osim toga, imaju unutrašnje najlonske zupčanike koji se lako skidaju ako pokušate izmijeniti servo. Vrijedilo bi novca da se pronađe rotirajući servo motor za 180 stepeni koji ima ovu vrstu kutne brzine. Cijeli sistem je povezan komadima ploča od vlaknaste ploče srednje gustoće (MDF) i ploča od vlakana visoke gustoće (HDF). Ovo je odabrano zbog niske cijene (~ 5 USD za list dimenzija 6'x4 '), jednostavnosti rezanja i mogućnosti povezivanja s gotovo bilo kojom površinom. Trajnije rješenje bi bilo izrada aluminijskih držača kako bi se sve držalo zajedno. Vijci koji drže PWM servo pogone na mjestu su standardni mašinski vijci (#10s) sa šesterokutnim maticama koje ih drže s druge strane. Metrički strojni vijci od 1 mm, dužine oko 3/4 , drže AX-12 u MDF-u koji povezuje dva servo motora zajedno. Traka s ladicama dvostrukog djelovanja drži cijeli sklop dolje i u skladu s gusjenicom.

Korak 3: Softver

Zadnji korak je instaliranje softvera koji se koristi na uređaju. Sastoji se od nekoliko pojedinačnih dijelova koda:> Kôd pokrenut na računaru za obradu slike> Kôd pokrenut na PIC-18F mikrokontroleru> Kôd pokrenut na svakom od PIC-12F mikrokontrolera Postoje dva preduvjeta za instaliranje na obradu slike PC. Obrada slike se vrši putem Java Media Framework -a (JMF), koji je dostupan putem Sun -a ovdje. Takođe dostupan preko Sun -a, Java Communication API se koristi za komunikaciju sa upravljačkom pločom motora, preko serijskog porta na računaru. Ljepota korištenja Jave je u tome što bi se * trebala * izvoditi na bilo kojem operativnom sistemu, iako smo koristili Ubuntu, linux distribuciju. Suprotno uvriježenom mišljenju, brzina obrade u Javi nije loša, posebno u osnovnom petlji (koja analiza vida prilično koristi). Kao što se vidi na snimku zaslona, i lopta i protivnički igrači prate se pri svakom ažuriranju kadra. Osim toga, obris tablice nalazi se vizualno, zbog čega je traka plavih slikara korištena za stvaranje vizualnog obrisa. Golovi se registruju kada računar ne može locirati loptu 10 uzastopnih okvira, što obično znači da je lopta pala u gol sa površine za igru. Kada se to dogodi, softver pokreće zvučni bajt kako bi bodrio samog sebe ili bukao protivnika, ovisno o smjeru cilja. Bolji sistem, iako nismo imali vremena za njegovu implementaciju, bio bi korištenje jednostavnog para infracrvenih odašiljača/senzora za otkrivanje lopte koja pada u gol. Sav softver koji se koristi u ovom projektu dostupan je u jednoj zip datoteci, ovdje. Za sastavljanje Java koda upotrijebite naredbu javac. PIC-18F i PIC-12F kôd se distribuira sa Microchip-ovim MPLAB softverom.

Korak 4: Montiranje web kamere

Korištena je web kamera Philips SPC-900NC, iako se to ne preporučuje. Specifikacije za ovu kameru lažiralo je inženjersko ili prodajno osoblje kompanije Philips. Umjesto toga, svaka jeftina web kamera bi to učinila, sve dok je operativni sistem podržava. Za više informacija o korištenju web kamera pod Linuxom, pogledajte ovu stranicu. Izmjerili smo udaljenost potrebnu žižnom daljinom web kamere da stane cijeli sto za stolni fudbal u okvir. Za ovaj model kamere, pokazalo se da je taj broj nešto više od 5 stopa. Koristili smo police za police koji su dostupni u bilo kojoj većoj željezariji za izradu nosača za kameru. Police se protežu prema gore od svakog od četiri ugla stola i međusobno su ukrštene aluminijskim nosačima pod kutom. Vrlo je važno da je kamera centrirana i da nema kutnu rotaciju, jer softver pretpostavlja da su osi x i y poravnate s tablicom.

Korak 5: Zaključak

Sve povezane projektne datoteke mogu se preuzeti na ovoj web stranici. Sigurnosna kopija većine sadržaja web lokacije može se pronaći ovdje, na mom ličnom web host -u. Ovo uključuje završni izvještaj, koji ima marketinšku analizu, kao i stvari koje bismo promijenili, naše prvobitne ciljeve i popis onih specifikacija koje su zapravo postignute. Projekt NIJE zamišljen kao najkonkurentniji igrač na svijetu. To je dobar alat za prikazivanje više koraka koji su korišteni pri projektiranju takve zvijeri, kao i pristojan prototip ove vrste robota izgrađen za nevjerojatno niske troškove. U svijetu postoje i drugi takvi roboti i zasigurno bi mnogi od njih "pobijedili" ovog robota. Ovaj projekt osmislila je grupa od četiri elektroinženjera/inženjera računara u Georgia Tech -u kao stariji dizajnerski projekt. Mašinski inženjeri nisu dobili nikakvu pomoć niti su korištena sredstva trećih strana. Bio je to odličan proces učenja za sve nas i pristojno korištenje vremena za više dizajnerske tečajeve. Želim se zahvaliti> dr. James Hamblenu, našem savjetniku za odsjek, za njegovu stalnu pomoć u tehničkim strategijama> dr Jennifer Michaels, vodeća profesorica, jer nas nisu obeshrabrili u pokušaju ambicioznijeg projekta> James Steinberg i Edgar Jones, viši administratori dizajnerske laboratorije, za stalnu pomoć pri naručivanju dijelova, rješavanju problema i pronalaženju "kul stvari" koje bismo po niskoj cijeni ubacili u projekt visoka funkcionalnost> I naravno, ostala tri člana mog tima, od kojih ništa od ovoga ne bi bilo moguće: Michael Aeberhard, Evan Tarr i Nardis Walker.