Itsenäinen jalkapallopöytä: 5 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:04

Projektin päätavoitteena oli saada valmiiksi toimiva prototyyppi autonomiselle jalkapallopöydälle (AFT), jossa ihmispelaaja kohtaa robotti -vastustajan. Pelin inhimillisestä näkökulmasta foosball -pöytä on hyvin samanlainen kuin tavallinen pöytä. Ihmisen puolella olevia pelaajia ohjataan neljän kahvan avulla, joita voidaan siirtää sisään ja ulos ja kiertää, jotta pelaajat voivat siirtyä lineaarisesti pelikentän poikki ja potkia palloa vastustajan maalia kohti. Itsenäinen puoli koostuu seuraavista:> Kahdeksan servomoottoria, joita käytetään jalkapallo-pöydän kahvojen käsittelyyn> Mikrokontrolleri, joka aktivoi servomoottorit ja kommunikoi tietokoneen kanssa verkkokameran kuvat, tekoälyn toteuttaminen ja kommunikointi mikrokontrollerin kanssa Prototyypin budjettirajoitukset hidastivat projektia jonkin verran ja pitivät sen toiminnallisuuden minimissä. Oikeiden moottoreiden kuljettaminen pelaajia kilpailukykyisellä nopeudella osoittautui erittäin kalliiksi, joten piti käyttää alemman tason servoja. tämä maksaisi enemmän kuin 500 dollarin perushinta (hinta ilman virtalähdettä ja tietokonetta).

Vaihe 1: Moottorin ohjauskortin kokoaminen

Liitteenä olevat kuvat ovat täydellistä piirikaaviota sekä kuva moottorin ohjauskortin lopputuotteesta. Kaikki nämä vaaditut osat voidaan ostaa useimmista suurimmista elektroniikkakaupoista (mukaan lukien Digi-Key ja Mouser. Sivuhuomautuksena: kaikki tässä käytetyt osat olivat läpireiän läpi, joten osat voidaan koota prototyynylevylle/leipälevylle tai käyttämällä liitettyä piirilevyrakennetta. Paljon pienempi paketti voitaisiin luoda käyttämällä useita pinta -asennettavia osia. Pieni sininen kortti toteuttaa PWM-ohjauspiirin, joka on pohjimmiltaan vain kellotettu PIC-12F, jolla on erikoiskoodi.

Vaihe 2: Servomoottorin kokoonpano

Servoja käytetään kahta eri tyyppiä. Ensinnäkin sivuttaisliikettä ohjaa neljän suuren vääntömomentin servo-ryhmä: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. Nämä neljä toimivat yhdellä sarjalinjalla ja tarjoavat hämmästyttäviä toimintoja. Suuren vääntömomentin ansiosta näitä servoja voidaan suunnata siten, että ne tarjoavat suuren tangentiaalisen nopeuden sivuttaisliikkeelle. Löysimme joukon 3,5 tuuman hammaspyöriä ja -teitä Graingerilta niiden hintaan noin 10 dollaria. Servot tarjoavat vääntömomentin ylikuormitussuojan, yksilöllisen servo-osoitemallin, nopean tiedonsiirron, sisäisen lämpötilan valvonnan, kaksisuuntaisen tiedonsiirron jne. Näiden servojen haittapuoli on se, että ne ovat kalliita eivätkä kovin nopeita (vaikka vaihteisto auttaa niitä). Joten nopeamman potkuliikkeen saamiseksi käytetään Hitec HS-81 -laitteita. HS-81: t ovat suhteellisen halpoja, niillä on kohtuullisen nopea kulmanopeus ja ne on helppo liittää (vakio PWM). HS-81 kääntyy kuitenkin vain 90 astetta (vaikka on mahdollista-eikä suositeltavaa-yrittää muuttaa niitä 180 asteeseen). Lisäksi niissä on sisäiset nailonvaihteet, jotka irrotetaan helposti, jos yrität muuttaa servoa. Olisi rahan arvoista löytää 180 astetta pyörivä servo, jolla on tämäntyyppinen kulmanopeus. Tämä valittiin edullisten kustannustensa (~ 5 dollaria 6'x4 'arkin), helppokäyttöisyyden ja kyvyn ansiosta liittyä lähes mihin tahansa pintaan. Pysyvämpi ratkaisu olisi koneistaa alumiinikannattimet pitämään kaikki yhdessä. Ruuvit, jotka pitävät PWM -servot paikallaan, ovat vakiokoneen ruuveja (#10s), joissa kuusiomutterit pitävät niitä toiselta puolelta. 1 mm: n metriset koneen ruuvit, noin 3/4 tuumaa, pitävät AX-12: n MDF: ssä, joka yhdistää kaksi servoa yhteen. Kaksitoiminen laatikkokisko pitää koko kokoonpanon alaspäin ja linjassa radan kanssa.

Vaihe 3: Ohjelmisto

Viimeinen vaihe on asentaa kaikki koneeseen käytetyt ohjelmistot. Tämä koostuu muutamista yksittäisistä koodiosista:> Koodi suoritetaan kuvankäsittely-PC: llä> Koodi suoritetaan PIC-18F-mikrokontrollerilla> Koodi suoritetaan jokaisella PIC-12F-mikrokontrollerilla Kuvankäsittelyyn on asennettava kaksi edellytystä PC. Kuvankäsittely tapahtuu Java Media Frameworkin (JMF) kautta, joka on saatavana Sunin kautta täältä. Myös Sunin kautta saatavana oleva Java Communications API -sovellusliittymää käytetään tiedonsiirtoon moottorin ohjauskortille tietokoneen sarjaportin kautta. Javan käytön kauneus on, että sen * pitäisi * toimia missä tahansa käyttöjärjestelmässä, vaikka käytimme Ubuntua, linux -jakelua. Toisin kuin yleinen mielipide, Javan prosessointinopeus ei ole liian huono, etenkin perussilmukoinnissa (jota visioanalyysi käyttää melko vähän). Kuten kuvakaappauksesta nähdään, sekä palloa että vastustajia seurataan jokaisessa kehyspäivityksessä. Lisäksi taulukon ääriviivat sijaitsevat visuaalisesti, minkä vuoksi visuaalisen ääriviivan luomiseen käytettiin sinistä maalarinteippiä. Maalit rekisteröidään, kun tietokone ei löydä palloa 10 peräkkäisen kehyksen aikana, mikä yleensä osoittaa, että pallo putosi maaliin, pois pelipinnalta. Kun näin tapahtuu, ohjelmisto käynnistää äänitavuun joko hurratakseen itseään tai huutaakseen vastustajaa maalin suunnasta riippuen. Parempi järjestelmä, vaikka meillä ei ollut aikaa sen toteuttamiseen, olisi yksinkertaisen infrapunasäteilijän/anturiparin käyttäminen pallon havaitsemiseen maaliin. Kaikki tässä projektissa käytetyt ohjelmistot ovat saatavilla yhdessä zip -tiedostossa, täällä. Voit koota Java -koodin javac -komennolla. PIC-18F- ja PIC-12F-koodit jaetaan Microchipin MPLAB-ohjelmiston kanssa.

Vaihe 4: Verkkokameran kiinnitys

Käytettiin Philips SPC-900NC -verkkokameraa, vaikka sitä ei suositella. Tämän kameran tekniset tiedot ovat väärentäneet joko Philipsin suunnittelu- tai myyntihenkilöstö. Sen sijaan mikä tahansa halpa verkkokamera toimisi, kunhan käyttöjärjestelmä tukee sitä. Jos haluat lisätietoja verkkokameroiden käytöstä linuxissa, tutustu tälle sivulle. Tässä kameramallissa luku osoittautui hieman yli 5 jalkaa. Rakensimme kameralle telineen mistä tahansa suuresta rautakaupasta saataville hyllyille. Hyllytelineet ulottuvat ylöspäin pöydän jokaisesta neljästä kulmasta, ja ne on ristikiinnitetty kulmikkailla alumiinikannattimilla. On erittäin tärkeää, että kamera on keskitetty eikä siinä ole kulmakiertoa, koska ohjelmisto olettaa, että x- ja y-akseli on kohdistettu taulukkoon.

Vaihe 5: Johtopäätös

Kaikki asiaan liittyvät projektitiedostot voidaan ladata tältä sivustolta. Varmuuskopio suurimmasta osasta sivuston sisältöä löytyy täältä, henkilökohtaisesta verkkoisännöimistäni. Tämä sisältää loppuraportin, joka sisältää markkinointi -analyysin sekä asiat, joita muutamme, alkuperäiset tavoitteemme ja luettelo siitä, mitkä tekniset tiedot todella saavutettiin. Hankkeen EI ole tarkoitus olla maailman kilpailukykyisin toimija. Se on hyvä työkalu näyttää enemmän vaiheita, joita on käytetty tällaisen pedon suunnittelussa, sekä kunnollinen prototyyppi tämän tyyppisestä robotista, joka on rakennettu uskomattoman edullisesti. Maailmassa on muitakin tällaisia robotteja, ja varmasti monet heistä "voittavat" tämän robotin. Tämän projektin suunnitteli Georgia Techin neljän sähkö-/tietokoneinsinöörin ryhmä vanhempana suunnitteluprojektina. Mekaaniset insinöörit eivät saaneet apua, eikä kolmannen osapuolen rahoitusta käytetty. Se oli loistava oppimisprosessi meille kaikille ja vanhan suunnittelukurssin ajan kunnollinen käyttö. Haluan kiittää> Dr. James Hamblen, osastomme neuvonantaja, hänen jatkuvasta avustaan teknisissä strategioissa> Tohtori Jennifer Michaels, johtava professori, koska emme lannistaneet meitä yrittämästä kunnianhimoisempaa hanketta> James Steinberg ja Edgar Jones, suunnittelulaboratorion ylemmät ylläpitäjät, saadakseen jatkuvaa apua osien tilaamisessa, vianmäärityksessä ja "hienojen juttujen" löytämisessä hankkeeseen alhaisin kustannuksin ja korkea toiminnallisuus> Ja tietysti tiimini kolme muuta jäsentä, joista mikään näistä ei olisi ollut mahdollista: Michael Aeberhard, Evan Tarr ja Nardis Walker.