Автономна маса за футбол: 5 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

Основната цел на проекта беше да завърши работещ прототип за автономна маса за футбол (AFT), където човек играч се изправя срещу роботизиран противник. От човешка гледна точка на играта, футболната маса е много подобна на обикновена маса. Играчът (ите) от човешката страна се управляват чрез поредица от четири дръжки, които могат да се преместват навътре и навън и да се завъртат, за да преместват играчите линейно през игровото поле и да ритат топката към вратата на противника. Автономната страна се състои от:> осем серво мотора, използвани за манипулиране на дръжките на масата за футбол> микроконтролер за активиране на серво моторите и комуникация с компютъра> уеб камера, монтирана над главата за проследяване на топката и играчите> компютър за обработка изображенията от уеб камерата, внедряване на изкуствен интелект и комуникация с микроконтролера Бюджетните ограничения за прототипа забавиха проекта до известна степен и запазиха функционалността му до минимум. Установено е, че подходящите двигатели за придвижване на играчите на конкурентна скорост са много скъпи, така че трябваше да се използват сервомотори от по-нисък клас. това би струвало повече от базовата цена от 500 долара (цена без захранване и компютър).

Стъпка 1: Сглобяване на платката за управление на двигателя

Приложените изображения са схема на пълна верига, както и картина на крайния продукт за платката за управление на двигателя. Всички тези необходими части могат да бъдат закупени в повечето големи онлайн магазини за електроника (включително Digi-Key и Mouser. Като странична бележка, всички използвани тук части са били през отвор и по този начин частите могат да бъдат сглобени на протоборд/макет), или с помощта на приложената конструкция на печатна платка. Много по -малък пакет може да бъде създаден чрез използване на редица части за повърхностно монтиране. Когато внедрихме дизайна, разделихме контролите на двигателя на 2 вериги, въпреки че няма предимство да го направите, освен всяка отделна използвана схема за окабеляване. Малката синя дъска реализира схемата за управление на ШИМ, която по същество е просто часовник PIC-12F с някакъв специализиран код.

Стъпка 2: Монтаж на серво мотор

Използват се два различни типа серво. Първо, страничното движение се контролира от група от четири сервомотора с голям въртящ момент: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. Тези четири работят на една серийна линия и осигуряват невероятна функционалност. Високият въртящ момент позволява на тези сервомотори да бъдат насочени по такъв начин, че да осигури висока тангенциална скорост за странично движение. Успяхме да намерим комплект от 3,5 -инчови предавки и писти, които да отидем с тях от Grainger на цена от около $ 10 за всеки. Сервомоторите осигуряват защита от претоварване с въртящ момент, индивидуална схема за адресиране на серво, бърза комуникация, вътрешен мониторинг на температурата, двупосочна комуникация и т.н. Така че, за да получите по-бързо движение за ритане, се използват Hitec HS-81. HS-81 са сравнително евтини, имат прилично бърза ъглова скорост и са лесни за взаимодействие (стандартна ШИМ). HS-81 обаче се въртят само на 90 градуса (въпреки че е възможно-и не се препоръчва-да се опитате да ги промените на 180 градуса). Освен това те имат вътрешни найлонови зъбни колела, които лесно се отстраняват, ако се опитате да промените серво. Струва си парите да се намери въртящо се на 180 градуса серво, което има този тип ъглова скорост. Цялата система е свързана заедно с парчета влакна от средна плътност (MDF) и влакна от висока плътност (HDF). Това беше избрано заради ниската си цена (~ 5 долара за лист 6'x4 '), лекотата на рязане и възможността за взаимодействие с почти всяка повърхност. По -трайно решение би било да се изработят алуминиеви скоби, които да държат всичко заедно. Винтовете, които държат PWM сервомоторите на място, са стандартни машинни винтове (#10s) с шестостенни гайки, които ги държат от другата страна. 1 мм метрични винтове за машина, с дължина около 3/4 , държат AX-12 в MDF, който свързва двата сервомотора заедно. Релсовото чекмедже с двойно действие държи целия монтаж надолу и в съответствие с релсата.

Стъпка 3: Софтуер

Последната стъпка е да инсталирате целия софтуер, използван на машината. Това се състои от няколко отделни парчета код:> Кодът, изпълнен на компютъра за обработка на изображения> Кодът, изпълнен на микроконтролера PIC-18F> Кодът, изпълнен на всеки от микроконтролерите PIC-12F Има две предпоставки за инсталиране на обработката на изображения НАСТОЛЕН КОМПЮТЪР. Обработката на изображения се извършва чрез Java Media Framework (JMF), която е достъпна чрез Sun тук. Също така достъпен чрез Sun, Java Communications API се използва за комуникация с платката за управление на двигателя, през серийния порт на компютъра. Красотата на използването на Java е, че тя * трябва * да работи на всяка операционна система, въпреки че използвахме Ubuntu, дистрибуция на Linux. Противно на общоприетото мнение, скоростта на обработка в Java не е много лоша, особено в основния цикъл (който анализ на зрението използва доста малко). Както се вижда на екрана, както топката, така и противниковите играчи се проследяват при всяка актуализация на кадъра. В допълнение, очертанията на таблицата са разположени визуално, поради което лентата със сини художници е използвана за създаване на визуален контур. Головете се регистрират, когато компютърът не може да локализира топката за 10 последователни рамки, което обикновено показва, че топката е попаднала във вратата, извън игралната повърхност. Когато това се случи, софтуерът инициира звуков байт, за да развесели себе си или да освиркне противника, в зависимост от посоката на целта. По -добра система, въпреки че нямахме време да я приложим, би била да използваме обикновена двойка инфрачервени излъчватели/сензори за откриване на топката, попадаща в целта., тук. За да компилирате Java кода, използвайте командата javac. Кодът PIC-18F и PIC-12F се разпространява със софтуера MPLAB на Microchip.

Стъпка 4: Монтаж на уеб камера

Използвана е уеб камера Philips SPC-900NC, въпреки че не се препоръчва. Спецификациите за тази камера са фалшифицирани или от инженерния, или от търговския персонал на Philips. Вместо това всяка евтина уеб камера би се справяла, стига да се поддържа от операционната система. За повече информация относно използването на уеб камери под Linux, разгледайте тази страница. Измерихме разстоянието, необходимо от фокусното разстояние на уеб камерата, за да побере цялата маса за футбол в рамката. За този модел камера този номер се оказа малко над 5 фута. Използвахме стелажни рафтове, налични от всеки голям магазин за хардуер, за да изградим стойка за камерата. Стелажите за стелажи се простират нагоре от всеки от четирите ъгъла на масата и са напречно напречени от ъглови алуминиеви скоби. Много е важно камерата да е центрирана и да няма ъглово завъртане, тъй като софтуерът приема, че оста x и y са подравнени към таблицата.

Стъпка 5: Заключение

Всички свързани файлове на проекта могат да бъдат изтеглени на този сайт. Резервно копие на по -голямата част от съдържанието на сайта можете да намерите тук, в моя личен уеб хост. Това включва окончателния доклад, който има маркетингов анализ, както и неща, които бихме променили, нашите първоначални цели и списък на това какви характеристики всъщност са постигнати. Проектът НЕ е предназначен да бъде най -конкурентният играч в света. Това е добър инструмент за показване на повече от стъпките, използвани при проектирането на такъв звяр, както и приличен прототип на този тип роботи, създаден за невероятно ниска цена. В света има и други такива роботи и със сигурност много от тях биха „победили“този робот. Този проект е проектиран от група от четирима електротехнически/компютърни инженери в Georgia Tech като старши дизайнерски проект. Никакви машинни инженери не са получили помощ и не е използвано финансиране от трети страни. Това беше чудесен учебен процес за всички нас и достойно използване на курса за старши дизайнер. Бих искал да благодаря на> д -р Джеймс Хамблен, наш съветник, за неговата постоянна помощ в техническите стратегии> д -р Дженифър Майкълс, водещ професор, за това, че не ни обезкуражиха да опитаме по -амбициозен проект> Джеймс Стайнбърг и Едгар Джоунс, старшите администратори на дизайнерските лаборатории, за постоянна помощ при поръчване на части, отстраняване на неизправности и намирането на „готините неща“, които да се хвърлят в проекта на ниска цена и висока функционалност> И разбира се, останалите трима членове на моя екип, от които нищо от това не би било възможно: Майкъл Еберхард, Евън Тар и Нардис Уокър.