Autonomni stolni nogomet: 5 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:38

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

Korak 1: Sastavljanje upravljačke ploče motora

Priložene slike su shema cijelog kruga, kao i slika 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 sporedna napomena, svi ovdje korišteni dijelovi bili su kroz rupu, pa se dijelovi mogu sastaviti na proto ploči/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 u tome nema prednosti osim mala plava ploča implementira PWM upravljačko kolo, koje je u osnovi samo taktirani PIC-12F s nekim specijaliziranim kodom.

Korak 2: Sklop servo motora

Koriste se dvije različite vrste servomotora. Prvo, bočno kretanje kontrolira skupina od četiri servo servera visokog okretnog momenta: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. Ova četiri uređaja rade na jednoj serijskoj liniji i pružaju nevjerojatnu funkcionalnost. Visoki okretni moment omogućuje servo pogone na takav način da osigurava veliku tangencijalnu brzinu za bočno kretanje. Uspjeli smo pronaći set zupčanika i staza od 3,5 inča koji će s njima ići od Grainger 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 unutarnje najlonske zupčanike koji se lako skidaju ako pokušate izmijeniti servo. Vrijedilo bi novca pronaći rotirajući servo za 180 stupnjeva koji ima ovu vrstu kutne brzine. Cijeli sustav 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 sučeljavanja s gotovo bilo kojom površinom. Trajnije rješenje bilo bi izraditi aluminijske držače kako bi sve držali zajedno. Vijaci koji drže PWM servo pogone na mjestu su standardni strojni vijci (#10s) sa šesterokutnim maticama koje ih drže s druge strane. Metrički strojni vijci od 1 mm, duljine 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

Posljednji korak je instalirati sav softver koji se koristi na stroju. To se sastoji od nekoliko pojedinačnih dijelova koda:> Kôd pokrenut na računalu za obradu slike> Kôd pokrenut na mikrokontroleru PIC-18F> Kôd pokrenut na svakom od mikrokontrolera PIC-12F Postoje dva preduvjeta za instaliranje na obradu slike PC. Obrada slike vrši se putem Java Media Framework -a (JMF), koji je dostupan putem Sun -a ovdje. Također dostupan putem Sun -a, Java Communication API koristi se za komunikaciju s upravljačkom pločom motora, preko serijskog porta na računalu. Ljepota korištenja Jave je u tome što bi se ona * trebala * izvoditi na bilo kojem operativnom sustavu, iako smo koristili Ubuntu, linux distribuciju. Suprotno uvriježenom mišljenju, brzina obrade u Javi nije loša, osobito u osnovnom petlji (koja analiza vida prilično koristi). Kao što se vidi na snimci zaslona, i lopta i protivnički igrači prate se pri svakom ažuriranju kadra. Osim toga, obris tablice nalazi se vizualno, zbog čega je za izradu vizualnog obrisa korištena traka slikara plave boje. Golovi se registriraju kada računalo ne može locirati loptu 10 uzastopnih okvira, što obično znači da je lopta pala u gol s površine za igru. Kada se to dogodi, softver pokreće zvučni bajt kako bi bodrio samog sebe ili bukao protivnika, ovisno o smjeru cilja. Bolji sustav, iako nismo imali vremena za njegovu implementaciju, bio bi korištenje jednostavnog para infracrvenih odašiljača/senzora za otkrivanje loptice 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. Kodovi PIC-18F i PIC-12F distribuiraju se s 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 krivotvorilo je inženjersko ili prodajno osoblje tvrtke Philips. Umjesto toga, svaka jeftina web kamera bila bi dovoljna, sve dok je podržava operacijski sustav. Za više informacija o korištenju web kamera pod Linuxom, pogledajte ovu stranicu. Izmjerili smo udaljenost potrebnu žarišnom duljinom web kamere da stane cijeli stol za mali nogomet u okvir. Za ovaj model fotoaparata taj se broj pokazao 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 prekrivene 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. Sigurnosnu kopiju većine sadržaja web stranice možete pronaći ovdje, na mom osobnom web host -u. To uključuje završno izvješće, koje ima marketinšku analizu, kao i stvari koje bismo promijenili, naše izvorne ciljeve i popis onih specifikacija koje su zapravo postignute. Projekt NIJE zamišljen kao najkonkurentniji igrač na svijetu. To je dobar alat za prikaz 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 inženjera elektrotehnike/računala u Georgia Tech -u kao viši projektni projekt. Mašinski inženjeri nisu dobili nikakvu pomoć niti su korištena sredstva trećih strana. Bio je to izvrstan proces učenja za sve nas i pristojno korištenje vremena za starije dizajne. Željela bih se zahvaliti> dr. Jamesu Hamblenu, našem savjetniku za odsjek, na stalnoj pomoći u tehničkim strategijama> dr. Jennifer Michaels, vodeća profesorica, jer nas nisu obeshrabrili u pokušaju ambicioznijeg projekta> Jamesa Steinberga i Edgara Jonesa, viših administratora laboratorija za dizajn, za stalnu pomoć u 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.