שולחן כדור -כדור אוטונומי: 5 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

מטרת הפרויקט העיקרית הייתה להשלים אב -טיפוס עובד לשולחן כדור -כדור אוטונומי (AFT), שבו שחקן אנושי מתמודד מול יריב רובוטי. מנקודת המבט האנושית של המשחק, שולחן הכדורגל דומה מאוד לשולחן רגיל. השחקנים בצד האנושי נשלטים באמצעות סדרה של ארבע ידיות הניתנות להכנס ולחזור ולסובב כדי להזיז את השחקנים באופן לינארי על פני מגרש המשחק ולבעוט בכדור לעבר שער היריב. הצד האוטונומי מורכב מ:> שמונה מנועי סרוו המשמשים למניפולציה של ידיות שולחן הכדורגל את תמונות מצלמת הרשת, ליישם בינה מלאכותית ולתקשר עם המיקרו. מגבלות התקציב לאב טיפוס האטו את הפרויקט וחלקו את הפונקציונליות שלו למינימום. נמצא כי מנועים מתאימים להנעת השחקנים במהירות תחרותית היו יקרים מאוד, ולכן היה צורך להשתמש בסרווס ברמה נמוכה יותר. בעוד יישום מסוים זה היה מוגבל בעלות וזמן, יחס הילוכים גדול יותר יניב רובוט משחק מהיר יותר, אם כי פעולה זו תעלה יותר ממחיר הבסיס של $ 500 (מחיר ללא ספק כוח ומחשב).

שלב 1: הרכבת לוח הבקרה המוטורית

התמונות המצורפות הן סכמטי מעגל מלא וכן תמונה של המוצר הסופי ללוח הבקרה המוטורי. ניתן לרכוש את כל החלקים הנדרשים ברוב חנויות האלקטרוניקה המקוונות הגדולות (כולל Digi-Key ו- Mouser. הערה צדדית, כל החלקים המשמשים כאן היו דרך חור, וכך ניתן להרכיב את החלקים על לוח לוח/לוח. או באמצעות עיצוב PCB המצורף. ניתן ליצור חבילה קטנה בהרבה על ידי שימוש במספר חלקי הר משטח. כאשר יישמנו את העיצוב, חילקנו את פקדי המנוע לשני מעגלים, אם כי אין יתרון לכך מלבד כל תכנית כבלים מסוימת בשימוש. הלוח הכחול הקטן מיישם את מעגלי הבקרה PWM, שהם בעצם רק PIC-12F שעון עם קוד מיוחד.

שלב 2: הרכבה של מנוע סרוו

משתמשים בשני סוגים שונים של סרוו. ראשית, התנועה לרוחב נשלטת על ידי קבוצה של ארבעה סרווס בעלי מומנט גבוה: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. ארבעת אלה פועלים על קו סידורי יחיד ומספקים פונקציונליות מדהימה. המומנט הגבוה מאפשר לכוון את סרוו אלה בצורה המספקת מהירות משיקה גבוהה לתנועה לרוחב. הצלחנו למצוא קבוצה של הילוכים ומסלולים בגודל 3.5 אינץ 'שאפשר ללכת איתם מגריינגר בעלות של כ -10 דולר לכל אחד. הסרווס מספקים הגנה על עומס יתר על המומנט, תוכנית להתייחסות אישית של סרוו, תקשורת מהירה, ניטור טמפרטורה פנימי, תקשורת דו כיוונית וכו 'החיסרון של סרוו אלה הוא שהם יקרים ולא מהירים במיוחד (למרות שההילוך עוזר להם). אז על מנת לקבל תנועה מהירה יותר לבעיטה, משתמשים ב- Hitec HS-81s. מכשירי ה- HS-81 זולים יחסית, בעלי מהירות זוויתית מהירה למדי וקלים לממשק (PWM סטנדרטי). מכשירי HS-81 מסתובבים אך ורק 90 מעלות (אם כי אפשר-ולא מומלץ-לנסות לשנות אותם ל -180 מעלות). בנוסף, יש להם הילוכים ניילון פנימיים המתפשטים בקלות אם אתה מנסה לשנות את הסרוו. זה יהיה שווה את הכסף למצוא סרוו מסתובב של 180 מעלות בעל מהירות זוויתית מסוג זה.המערכת כולה קשורה יחד עם חתיכות של סיבי צפיפות בינונית (MDF) וסיבית בצפיפות גבוהה (HDF). זה נבחר בשל העלות הנמוכה שלו (~ $ 5 עבור גיליון 6'x4 '), קלות החיתוך והיכולת להתממשק עם כמעט כל משטח. פתרון קבוע יותר יהיה מכונת סוגרי אלומיניום בכדי להחזיק הכל יחד. הברגים שמחזיקים את סרוו PWM במקומם הם ברגי מכונה סטנדרטיים (מספר 10) עם אגוזים משושה המחזיקים אותם מהצד השני. ברגי מכונה מטריים באורך 1 מ מ, באורך של כ- 3/4 אינץ ', מחזיקים את ה- AX-12 לתוך ה- MDF שמחבר את שני הסרוויים יחד. מסלול מגירות בעל פעולה כפולה מחזיק את כל המכלול כלפי מטה ותואם את המסלול.

שלב 3: תוכנה

השלב האחרון הוא התקנת כל התוכנות המשמשות במכונה. זה מורכב מכמה פיסות קוד בודדות:> הפעלת הקוד במחשב לעיבוד התמונה> הפעלת הקוד על המיקרו-בקר PIC-18F> הפעלת הקוד על כל אחד מבקרי המיקרו-PIC-12F יש שני תנאים מוקדמים להתקנה על עיבוד התמונה. מחשב. עיבוד התמונה מתבצע באמצעות Java Media Framework (JMF), הזמין דרך Sun כאן. זמין גם באמצעות Sun, ממשק ה- API של תקשורת Java משמש לתקשורת עם לוח הבקרה המוטורי, על פני היציאה הטורית במחשב. היופי בשימוש בג'אווה הוא שהוא * צריך * לפעול בכל מערכת הפעלה, אם כי השתמשנו באובונטו, הפצה של לינוקס. בניגוד לדעה הרווחת, מהירות העיבוד ב- Java אינה רעה במיוחד, במיוחד בלופ בסיסי (אשר ניתוח הראייה משתמש לא מעט). כפי שניתן לראות בצילום המסך, מעקב אחר הכדור וגם את שחקני היריב בכל עדכון מסגרת. בנוסף, קווי המתאר של השולחן ממוקמים מבחינה ויזואלית, וזו הסיבה ששימשו קלטת ציירים כחולים ליצירת קווי מתאר חזותיים. שערים נרשמים כאשר המחשב אינו יכול לאתר את הכדור במשך 10 מסגרות רצופות, בדרך כלל מציין שהכדור נפל לשער, מחוץ למשטח המשחק. כאשר זה קורה, התוכנה יוזמת סאונד-בייט לעודד את עצמו או לבוא ליריב, בהתאם לכיוון המטרה. מערכת טובה יותר, אם כי לא היה לנו זמן ליישם אותה, תהיה שימוש בצמד פולט/חיישן אינפרא אדום פשוט כדי לזהות את הכדור נופל למטרה. כל התוכנות המשמשות בפרויקט זה זמינות בקובץ zip אחד., פה. כדי לאסוף את קוד ה- Java, השתמש בפקודה javac. קוד PIC-18F ו- PIC-12F מופץ בעזרת תוכנת MPLAB של Microchip.

שלב 4: הר מצלמת אינטרנט

נעשה שימוש במצלמת אינטרנט של פיליפס SPC-900NC, אם כי לא מומלץ. המפרט של מצלמה זו זויף על ידי אנשי ההנדסה או המכירות של פיליפס. במקום זאת, כל מצלמת רשת זולה תעשה זאת, כל עוד היא נתמכת על ידי מערכת ההפעלה. למידע נוסף אודות השימוש במצלמות רשת תחת לינוקס, עיין בדף זה ומדדנו את המרחק הנדרש מאורך המוקד של מצלמת הרשת כדי להתאים את כל שולחן הכדורגל במסגרת. עבור דגם מצלמה זה, המספר הזה התברר כקצת יותר מחמישה רגל. השתמשנו במדפי מדפים הזמינים בכל חנות חומרה גדולה לבניית תושבת למצלמה. מדפי המדפים נמשכים כלפי מעלה מכל אחת מארבע פינות השולחן ומחוברים על ידי סוגריים מאלומיניום זוויתי. חשוב מאוד שהמצלמה תהיה מרוכזת וללא סיבוב זוויתי, שכן התוכנה מניחה שציר ה- x ו- y מיושרים לטבלה.

שלב 5: מסקנה

ניתן להוריד את כל קבצי הפרויקטים הקשורים באתר זה. גיבוי של רוב תוכן האתר ניתן למצוא כאן, אצל מארח האינטרנט האישי שלי. זה כולל את הדוח הסופי, הכולל ניתוח שיווקי, כמו גם דברים שהיינו משנים, המטרות המקוריות שלנו ורשימה של אילו מפרט הושגו בפועל. הפרויקט אינו אמור להיות השחקן התחרותי ביותר בעולם. זהו כלי טוב להראות יותר מהשלבים המשמשים בעיצוב חיה כזו, כמו גם אב טיפוס הגון של רובוט מסוג זה שנבנה בעלות נמוכה להפליא. יש עוד רובוטים כאלה בעולם, ובוודאי שרבים מהם היו "מנצחים" את הרובוט הזה. פרויקט זה תוכנן על ידי קבוצה של ארבעה מהנדסי חשמל/מחשבים בג'ורג'יה טק כפרויקט עיצוב בכיר. שום מהנדס מכונות לא קיבל עזרה ולא נעשה שימוש במימון של צד שלישי. זה היה תהליך למידה נהדר לכולנו ושימוש הגון בזמן קורס עיצוב בכיר. ברצוני להודות> ד"ר ג'יימס המבלן, יועץ המדור שלנו, על עזרתו המתמשכת באסטרטגיות טכניות> ד"ר ג'ניפר מייקלס, הפרופסור הראשי, על שלא הרתיענו מאיתנו ניסיון לפרויקט שאפתני יותר> ג'יימס שטיינברג ואדגר ג'ונס, מנהלי הבכירות במעבדות העיצוב, לעזרה מתמדת בהזמנת חלקים, פתרון בעיות ומציאת "הדברים המגניבים" לזרוק לפרויקט בעלות נמוכה ו פונקציונליות גבוהה> וכמובן, שלושת חברי הצוות האחרים שלי, מתוכם, דבר מכל זה לא היה אפשרי: מייקל אייברהארד, אוון טאר ונארדיס ווקר.