Autonomní stolní fotbálek: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Hlavním cílem projektu bylo dokončit funkční prototyp Autonomous Foosball Table (AFT), kde se lidský hráč postaví robotickému soupeři. Z lidského pohledu na hru je stolní fotbal velmi podobný běžnému stolu. Hráči na lidské straně jsou ovládáni pomocí řady čtyř držadel, které lze pohybovat dovnitř a ven a otáčet je, aby se hráči pohybovali lineárně po hřišti a kopali míč směrem k soupeřově brance. Autonomní stranu tvoří:> Osm servomotorů používaných k manipulaci s držadly stolního fotbalu> Mikrokontrolér pro aktivaci servomotorů a komunikaci s počítačem> Webová kamera umístěná nad hlavou pro sledování míče a hráčů> Počítač pro zpracování obrázky z webové kamery, implementace umělé inteligence a komunikace s mikrokontrolérem Omezení rozpočtu pro prototyp projekt částečně zpomalilo a omezilo jeho funkčnost na minimum. Bylo zjištěno, že správné motory pro pohyb hráčů konkurenceschopnou rychlostí jsou velmi drahé, takže bylo nutné použít serva nižší třídy. Zatímco tato konkrétní implementace byla omezena náklady a časem, větší převodový poměr by přinesl rychlejšího hraní robota, ačkoli to by stálo více než základní cena 500 USD (cena bez napájení a počítače).

Krok 1: Sestavení řídicí desky motoru

Přiložené obrázky jsou schématem celého obvodu a také obrázkem konečného produktu pro řídicí desku motoru. Všechny tyto požadované díly lze zakoupit ve většině velkých online obchodů s elektronikou (včetně Digi-Key a Mouser. Jako vedlejší poznámku uvádím, že všechny zde použité díly byly průchozí) Nebo pomocí připojeného designu DPS. Mnohem menší balíček by mohl být vytvořen pomocí řady dílů pro povrchovou montáž. Když jsme implementovali návrh, rozdělili jsme ovládání motoru na 2 obvody, ačkoli není žádná výhoda dělat to jinak než jakékoli konkrétní použité schéma kabeláže. Malá modrá deska implementuje řídicí obvody PWM, což je v podstatě jen taktovaný PIC-12F s nějakým specializovaným kódem.

Krok 2: Sestava servomotoru

Používají se dva různé typy serv. Nejprve je boční pohyb řízen skupinou čtyř serv s vysokým točivým momentem: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. Tyto čtyři běží na jediné sériové lince a poskytují úžasnou funkčnost. Vysoký točivý moment umožňuje, aby byla tato serva zařazena takovým způsobem, který poskytuje vysokou tangenciální rychlost pro boční pohyb. Podařilo se nám najít sadu 3,5palcových ozubených kol a drah, které bychom s nimi mohli jít od Graingera za cenu asi 10 dolarů za každý. Serva poskytují ochranu proti přetížení točivého momentu, schéma individuálního adresování serva, rychlou komunikaci, monitorování vnitřní teploty, obousměrnou komunikaci atd. Nevýhodou těchto serv je to, že jsou drahé a nejsou příliš rychlé (i když jim převod pomáhá). Aby se zrychlil pohyb při kopání, používají se Hitec HS-81. HS-81 jsou relativně levné, mají slušně rychlou úhlovou rychlost a jsou snadno propojitelné (standardní PWM). HS-81 se však otáčí pouze o 90 stupňů (i když je možné-a nedoporučuje se-pokusit se je upravit na 180 stupňů). Kromě toho mají vnitřní nylonové převody, které se snadno odizolují, pokud se pokusíte upravit servo. Stálo by za to peníze najít servo otočné o 180 stupňů, které by mělo tento typ úhlové rychlosti. Celý systém je svázán kousky dřevovláknitých desek střední hustoty (MDF) a dřevovláknitých desek s vysokou hustotou (HDF). To bylo vybráno pro své nízké náklady (~ 5 $ za list 6'x4 '), snadné řezání a schopnost komunikovat s prakticky jakýmkoli povrchem. Trvalejším řešením by bylo opracování hliníkových konzol, aby vše drželo pohromadě. Šrouby, které drží serva PWM na místě, jsou standardní šrouby (#10 s) se šestihrannými maticemi, které je drží z druhé strany. 1 mm metrické strojní šrouby, přibližně 3/4 na délku, drží AX-12 do MDF, který spojuje obě serva dohromady. Dvojčinná zásuvková dráha drží celou sestavu dolů a v jedné linii s kolejnicí.

Krok 3: Software

Posledním krokem je instalace veškerého softwaru použitého v počítači. Skládá se z několika jednotlivých částí kódu:> Kód spuštěný na počítači pro zpracování obrazu> Kód spuštěný na mikrokontroléru PIC-18F> Kód spuštěný na každém z mikrokontrolérů PIC-12F Existují dva předpoklady k instalaci na zpracování obrazu PC. Zpracování obrazu se provádí prostřednictvím Java Media Framework (JMF), který je k dispozici prostřednictvím Sun zde. Prostřednictvím serveru Sun je také k dispozici rozhraní Java Communications API ke komunikaci s řídicí deskou motoru přes sériový port v počítači. Krása používání Javy spočívá v tom, že * by měla * běžet na jakémkoli operačním systému, ačkoli jsme použili Ubuntu, linuxovou distribuci. Na rozdíl od populárního názoru není rychlost zpracování v Javě příliš špatná, zejména v základních smyčkách (které analýza vidění používá poměrně málo). Jak je vidět na obrázku, při každé aktualizaci rámce jsou sledováni hráči míče i soupeře. Kromě toho je obrys tabulky umístěn vizuálně, a proto byla k vytvoření vizuálního obrysu použita páska modrých malířů. Góly jsou registrovány, pokud počítač nedokáže najít míč po dobu 10 po sobě jdoucích rámců, což obvykle naznačuje, že míč spadl do branky, mimo hrací plochu. Když k tomu dojde, software spustí zvukový bajt, aby buď rozveselil, nebo vypískal soupeře, v závislosti na směru cíle. Lepším systémem, i když jsme neměli čas jej implementovat, by bylo použít jednoduchý pár infračerveného vysílače/senzoru k detekci pádu míče do cíle. Veškerý software použitý v tomto projektu je k dispozici v jediném zip souboru, tady. Ke kompilaci kódu Java použijte příkaz javac. Kód PIC-18F a PIC-12F je distribuován pomocí softwaru MPLAB společnosti Microchip.

Krok 4: Webcam Mount

Byla použita webová kamera Philips SPC-900NC, i když se to nedoporučuje. Specifikace pro tuto kameru byly zfalšovány technickým nebo prodejním personálem společnosti Philips. Místo toho by fungovala jakákoli levná webová kamera, pokud je podporována operačním systémem. Další informace o používání webkamer pod linuxem najdete na této stránce. Změřili jsme vzdálenost požadovanou ohniskovou vzdáleností webové kamery, aby se vešla celá tabulka stolního fotbalu do rámečku. U tohoto modelu fotoaparátu se ukázalo, že toto číslo bylo něco přes 5 stop. K sestavení držáku pro kameru jsme použili regálové regály dostupné z jakéhokoli významného železářství. Regálové regály se rozprostírají vzhůru z každého ze čtyř rohů stolu a jsou křížově vyztuženy šikmými hliníkovými konzolami. Je velmi důležité, aby byla kamera vystředěna a neměla úhlové otáčení, protože software předpokládá, že osy x a y jsou zarovnány se stolem.

Krok 5: Závěr

Všechny související soubory projektu lze stáhnout na tomto webu. Zálohu většiny obsahu webu najdete zde, na mém osobním webovém hostiteli. To zahrnuje závěrečnou zprávu, která obsahuje marketingovou analýzu a také věci, které bychom změnili, naše původní cíle a seznam toho, čeho jsme ve skutečnosti dosáhli. Projekt NENÍ zamýšlen jako nejkonkurenceschopnější hráč na světě. Je to dobrý nástroj, jak ukázat více kroků použitých při navrhování takové šelmy, a také slušný prototyp tohoto typu robota postaveného za neuvěřitelně nízké náklady. Na světě jsou další takoví roboti a určitě by mnoho z nich tohoto robota „porazilo“. Tento projekt navrhla skupina čtyř elektrotechnických/počítačových inženýrů ve společnosti Georgia Tech jako hlavní projektový projekt. Žádní pomoc neobdrželi žádní strojní inženýři a nebylo použito financování třetí stranou. Byl to pro nás všechny skvělý proces učení a slušné využití času kurzu pro starší designéry. Chtěl bych poděkovat> Dr. Jamesovi Hamblenovi, našemu poradci sekce, za neustálou pomoc v technických strategiích> Dr. Jennifer Michaels, vedoucí profesor „za to, že nás neodradili od pokusu o ambicióznější projekt> James Steinberg a Edgar Jones, vedoucí administrátoři designové laboratoře, za neustálou pomoc při objednávání dílů, odstraňování problémů a při hledání„ skvělých věcí “, které je možné do projektu hodit za nízkou cenu a vysoká funkčnost> A samozřejmě další tři členové mého týmu, z nichž nic z toho by nebylo možné: Michael Aeberhard, Evan Tarr a Nardis Walker.