Автономный настольный футбол: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Основная цель проекта заключалась в создании рабочего прототипа автономного стола для настольного футбола (AFT), где игрок-человек сталкивается с роботом-противником. С человеческой точки зрения, настольный футбол очень похож на обычный стол. Игроком (ами) на стороне человека управляют с помощью серии из четырех ручек, которые можно перемещать внутрь и наружу и вращать, чтобы перемещать игроков линейно по игровому полю и пинать мяч к воротам соперника. Автономная часть состоит из:> восьми серводвигателей, используемых для управления ручками настольного футбольного мяча> микроконтроллера для активации серводвигателей и связи с компьютером> веб-камеры, установленной на потолке для отслеживания мяча и игроков> компьютера для обработки изображения веб-камеры, реализация искусственного интеллекта и связь с микроконтроллером. Бюджетные ограничения для прототипа несколько замедлили проект и свели его функциональность к минимуму. Правильные двигатели для перемещения игроков с конкурентоспособной скоростью оказались очень дорогими, поэтому приходилось использовать сервоприводы более низкого уровня. Хотя эта конкретная реализация была ограничена по стоимости и времени, большее передаточное число привело бы к более быстрому играющему роботу, хотя это будет стоить больше, чем базовая цена в 500 долларов (цена без блока питания и компьютера).

Шаг 1: Сборка платы управления двигателем

Прилагаемые изображения представляют собой полную принципиальную схему, а также изображение конечного продукта для платы управления двигателем. Все эти необходимые детали можно купить в большинстве крупных онлайн-магазинов электроники (включая Digi-Key и Mouser. В качестве примечания, все детали, используемые здесь, были сквозными, и, таким образом, детали могут быть собраны на макетной плате / макете., или с помощью прилагаемой конструкции печатной платы. Корпус гораздо меньшего размера можно создать, используя несколько деталей для поверхностного монтажа. Когда мы реализовали конструкцию, мы разделили элементы управления двигателем на 2 цепи, хотя в этом нет никаких преимуществ, кроме Любая конкретная используемая кабельная схема Маленькая синяя плата реализует схему управления ШИМ, которая в основном представляет собой тактовый PIC-12F с некоторым специализированным кодом.

Шаг 2: Сборка серводвигателя

Используются два разных типа сервоприводов. Во-первых, боковое движение контролируется группой из четырех сервоприводов с высоким крутящим моментом: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. Эти четыре работают по одной последовательной линии и обеспечивают потрясающую функциональность. Высокий крутящий момент позволяет приводить эти сервоприводы таким образом, чтобы обеспечить высокую тангенциальную скорость для бокового движения. Мы смогли найти комплект 3,5-дюймовых шестерен и гусениц от Grainger по цене около 10 долларов за штуку. Сервоприводы обеспечивают защиту от перегрузки по крутящему моменту, индивидуальную схему адресации сервоприводов, быструю связь, внутренний мониторинг температуры, двустороннюю связь и т. Д. Обратной стороной этих сервоприводов является то, что они дороги и не очень быстрые (хотя передача им помогает). Таким образом, чтобы получить более быстрое движение при ударе ногой, используются Hitec HS-81. HS-81 относительно недороги, имеют довольно быструю угловую скорость и просты в интерфейсе (стандартный ШИМ). Однако HS-81 поворачиваются только на 90 градусов (хотя можно - и не рекомендуется - пытаться изменить их на 180 градусов). Кроме того, у них есть внутренние нейлоновые шестерни, которые легко снимаются, если вы пытаетесь модифицировать сервопривод. Было бы неплохо найти сервопривод, вращающийся на 180 градусов, который имеет такую угловую скорость. Вся система связана вместе кусками древесноволокнистой плиты средней плотности (МДФ) и древесноволокнистой плиты высокой плотности (ХДФ). Это было выбрано из-за его низкой стоимости (~ 5 долларов за лист 6 футов на 4 дюйма), простоты резки и возможности сопряжения практически с любой поверхностью. Более надежным решением было бы обработать алюминиевые кронштейны, чтобы скрепить все вместе. Винты, удерживающие сервоприводы ШИМ на месте, представляют собой стандартные крепежные винты (№ 10) с шестигранными гайками, удерживающие их с другой стороны. Метрические винты диаметром 1 мм и длиной около 3/4 дюйма удерживают AX-12 в MDF, который соединяет два сервопривода вместе. Направляющая ящика двойного действия удерживает всю сборку на одной линии с направляющей.

Шаг 3: Программное обеспечение

Последний шаг - установить все программное обеспечение, используемое на машине. Он состоит из нескольких отдельных частей кода:> Код, запускаемый на ПК для обработки изображений> Код, запускаемый на микроконтроллере PIC-18F> Код, запускаемый на каждом из микроконтроллеров PIC-12F Существуют два предварительных условия для установки в системе обработки изображений ПК. Обработка изображений осуществляется с помощью Java Media Framework (JMF), доступного через Sun здесь. Java Communications API, также доступный через Sun, используется для связи с платой управления двигателем через последовательный порт компьютера. Прелесть использования Java в том, что она * должна * работать в любой операционной системе, хотя мы использовали Ubuntu, дистрибутив Linux. Вопреки распространенному мнению, скорость обработки в Java не так уж и плоха, особенно в базовом цикле (который анализ зрения довольно часто использует). Как видно на скриншоте, и мяч, и игроки противника отслеживаются при каждом обновлении кадра. Кроме того, контур стола расположен визуально, поэтому для создания визуального контура использовался синий малярный скотч. Голы регистрируются, когда компьютер не может определить местонахождение мяча в течение 10 последовательных фреймов, что обычно указывает на то, что мяч упал в ворота за пределами игровой поверхности. Когда это происходит, программа инициирует звуковой байт, чтобы подбодрить себя или освистать оппонента, в зависимости от направления цели. Лучшая система, хотя у нас не было времени на ее реализацию, заключалась бы в использовании простой пары инфракрасный излучатель / датчик для обнаружения мяча, падающего в ворота. Все программное обеспечение, используемое в этом проекте, доступно в одном zip-файле., здесь. Чтобы скомпилировать код Java, используйте команду javac. Код PIC-18F и PIC-12F распространяется с программным обеспечением MPLAB от Microchip.

Шаг 4: Крепление веб-камеры

Использовалась веб-камера Philips SPC-900NC, но это не рекомендуется. Технические характеристики этой камеры были сфальсифицированы либо техническими специалистами, либо сотрудниками отдела продаж Philips. Вместо этого подойдет любая дешевая веб-камера, если она поддерживается операционной системой. Для получения дополнительной информации об использовании веб-камер в Linux посетите эту страницу. Мы измерили расстояние, необходимое фокусному расстоянию веб-камеры, чтобы уместить в кадре всю таблицу настольного футбола. Для этой модели камеры это число оказалось чуть более 5 футов. Для крепления камеры мы использовали стеллажи, которые можно купить в любом крупном хозяйственном магазине. Стеллажи для стеллажей выступают вверх от каждого из четырех углов стола и скреплены угловыми алюминиевыми скобами. Очень важно, чтобы камера была отцентрирована и не имела углового поворота, поскольку программное обеспечение предполагает, что оси x и y выровнены относительно стола.

Шаг 5: Заключение

Все связанные файлы проекта можно скачать на этом сайте. Резервную копию большей части содержимого сайта можно найти здесь, на моем личном веб-хостинге. Это включает в себя окончательный отчет, в котором есть маркетинговый анализ, а также то, что мы хотели бы изменить, наши первоначальные цели и список того, какие спецификации были фактически достигнуты. Проект НЕ предназначен для того, чтобы стать самым конкурентоспособным игроком в мире. Это хороший инструмент, чтобы показать больше шагов, использованных при создании такого зверя, а также достойный прототип этого типа робота, построенный по невероятно низкой цене. В мире есть и другие подобные роботы, и наверняка многие из них «обыграют» этого робота. Этот проект был разработан группой из четырех инженеров-электриков / компьютерных инженеров Технологического института Джорджии в качестве старшего дизайн-проекта. Никакой помощи инженеры-механики не получили, и стороннее финансирование не использовалось. Это был отличный процесс обучения для всех нас и достойное использование времени старших курсов по дизайну. Я хотел бы поблагодарить> доктора Джеймса Хэмблена, нашего советника секции, за его постоянную помощь в технических стратегиях> доктора Дженнифер Майклс, ведущего профессора, за то, что не отговорили нас от попытки реализовать более амбициозный проект> Джеймсу Стейнбергу и Эдгару Джонсу, старшим администраторам лаборатории дизайна, за постоянную помощь в заказе запчастей, устранении неполадок и поиске "крутых вещей", которые можно добавить в проект по низкой цене и высокая функциональность.