Αυτόνομο τραπέζι Foosball: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Ο κύριος στόχος του έργου ήταν να ολοκληρώσει ένα πρωτότυπο εργασίας για αυτόνομο τραπέζι ποδοσφαίρου (AFT), όπου ένας παίκτης αντιμετωπίζει έναν ρομποτικό αντίπαλο. Από την ανθρώπινη οπτική γωνία του παιχνιδιού, το τραπέζι foosball είναι πολύ παρόμοιο με ένα κανονικό τραπέζι. Ο παίκτης (οι παίκτες) στην ανθρώπινη πλευρά ελέγχονται μέσω μιας σειράς τεσσάρων λαβών που μπορούν να μετακινηθούν μέσα και έξω και να περιστραφούν για να μετακινήσουν τους παίκτες γραμμικά στον αγωνιστικό χώρο και να κλωτσήσουν τη μπάλα προς την εστία του αντιπάλου. Η αυτόνομη πλευρά αποτελείται από:> Οκτώ σερβοκινητήρες που χρησιμοποιούνται για να χειρίζονται τις λαβές του τραπεζιού foosball> Ένας μικροελεγκτής για την ενεργοποίηση των σερβοκινητήρων και την επικοινωνία με τον υπολογιστή οι εικόνες της κάμερας web, η εφαρμογή τεχνητής νοημοσύνης και η επικοινωνία με τον μικροελεγκτή Οι περιορισμοί του προϋπολογισμού για το πρωτότυπο επιβράδυναν το έργο κάπως και διατήρησαν τη λειτουργικότητά του στο ελάχιστο. Οι σωστοί κινητήρες για τη μετακίνηση των παικτών με ανταγωνιστική ταχύτητα διαπιστώθηκε ότι ήταν πολύ ακριβοί, οπότε έπρεπε να χρησιμοποιηθούν servos χαμηλού επιπέδου. Ενώ η συγκεκριμένη εφαρμογή περιορίστηκε από το κόστος και το χρόνο, μια μεγαλύτερη σχέση μετάδοσης θα έδινε ένα πιο γρήγορο ρομπότ, αν και Κάτι τέτοιο θα κοστίσει περισσότερο από τη βασική τιμή των $ 500 (τιμή χωρίς τροφοδοσία και υπολογιστή).

Βήμα 1: Συναρμολόγηση του πίνακα ελέγχου κινητήρα

Οι συνημμένες εικόνες είναι ένα σχηματικό πλήρες κύκλωμα καθώς και μια εικόνα του τελικού προϊόντος για τον πίνακα ελέγχου του κινητήρα. Όλα αυτά τα απαιτούμενα ανταλλακτικά μπορούν να αγοραστούν στα περισσότερα μεγάλα ηλεκτρονικά καταστήματα ηλεκτρονικών ειδών (συμπεριλαμβανομένων των Digi-Key και Mouser. Ως δευτερεύουσα σημείωση, όλα τα εξαρτήματα που χρησιμοποιήθηκαν εδώ ήταν από τρύπα, και έτσι, τα μέρη μπορεί να συναρμολογηθούν σε ένα πρωτοπόριο/σανίδα ψωμιού, ή χρησιμοποιώντας το συνημμένο σχέδιο PCB. Ένα πολύ μικρότερο πακέτο θα μπορούσε να δημιουργηθεί με τη χρήση πολλών εξαρτημάτων τοποθέτησης επιφάνειας. Όταν εφαρμόσαμε, το σχέδιο, χωρίσαμε τα χειριστήρια του κινητήρα σε 2 κυκλώματα, αν και δεν υπάρχει κανένα πλεονέκτημα εκτός από Ο μικρός μπλε πίνακας υλοποιεί το κύκλωμα ελέγχου PWM, το οποίο είναι βασικά μόνο ένα ρολόι PIC-12F με κάποιο εξειδικευμένο κωδικό.

Βήμα 2: Συναρμολόγηση Servo Motor

Χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικοί τύποι servos. Πρώτον, η πλευρική κίνηση ελέγχεται από μια ομάδα τεσσάρων servos υψηλής ροπής: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. Αυτά τα τέσσερα λειτουργούν σε μία μόνο σειριακή γραμμή και παρέχουν εκπληκτική λειτουργικότητα. Η υψηλή ροπή στρέφει τα σερβομηχανήματα με τέτοιο τρόπο ώστε να παρέχει υψηλή εφαπτομενική ταχύτητα για πλευρική κίνηση. Weμασταν σε θέση να βρούμε ένα σετ 3,5 ιντσών με γρανάζια και κομμάτια για να πάμε μαζί τους από το Grainger με κόστος περίπου $ 10 για το καθένα. Τα σερβίς παρέχουν προστασία υπερφόρτωσης ροπής, μεμονωμένο σύστημα εξυπηρέτησης σερβο, γρήγορες επικοινωνίες, εσωτερική παρακολούθηση θερμοκρασίας, αμφίδρομες επικοινωνίες κ.λπ. Έτσι, για να επιτευχθεί ταχύτερη κίνηση για κλωτσιές, χρησιμοποιούνται τα Hitec HS-81. Τα HS-81 είναι σχετικά φθηνά, έχουν αξιοπρεπή γρήγορη γωνιακή ταχύτητα και είναι εύκολο στη διασύνδεση (τυπικό PWM). Ωστόσο, τα HS-81 περιστρέφονται μόνο 90 μοίρες (αν και είναι δυνατό-και δεν συνιστάται-να επιχειρηθεί η τροποποίησή τους στους 180 μοίρες). Επιπλέον, έχουν εσωτερικά νάιλον γρανάζια που γδέρνονται εύκολα αν επιχειρήσετε να τροποποιήσετε το σερβο. Θα άξιζε τα λεφτά του για να βρει ένα περιστρεφόμενο σερβο 180 μοιρών που έχει αυτόν τον τύπο γωνιακής ταχύτητας. Ολόκληρο το σύστημα είναι δεμένο μαζί με κομμάτια ινοσανίδων μέσης πυκνότητας (MDF) και ινοσανίδων υψηλής πυκνότητας (HDF). Αυτό επιλέχθηκε για το χαμηλό κόστος (~ 5 $ για φύλλο 6 x 4 '), την ευκολία κοπής και την ικανότητα διασύνδεσης σχεδόν με οποιαδήποτε επιφάνεια. Μια πιο μόνιμη λύση θα ήταν η επεξεργασία βραχιόνων αλουμινίου για να συγκρατούν τα πάντα μαζί. Οι βίδες που συγκρατούν τα servos PWM στη θέση τους είναι τυπικές βίδες μηχανής (#10s) με εξαγωνικά παξιμάδια που τα συγκρατούν από την άλλη πλευρά. Μετρικές βίδες μηχανής 1mm, μήκους περίπου 3/4 , συγκρατούν το AX-12 στο MDF που συνδέει τα δύο servos μεταξύ τους. Ένα συρτάρι διπλής δράσης συγκρατεί ολόκληρο το συγκρότημα προς τα κάτω και σε ευθεία με την πίστα.

Βήμα 3: Λογισμικό

Το τελευταίο βήμα είναι να εγκαταστήσετε όλο το λογισμικό που χρησιμοποιείται στο μηχάνημα. Αυτό αποτελείται από μερικά μεμονωμένα κομμάτια κώδικα:> Ο κώδικας εκτελείται στον υπολογιστή επεξεργασίας εικόνας> Ο κώδικας εκτελείται στον μικροελεγκτή PIC-18F> Ο κώδικας εκτελείται σε καθένα από τους μικροελεγκτές PIC-12F Υπάρχουν δύο προϋποθέσεις για εγκατάσταση στην επεξεργασία εικόνας Η / Υ Η επεξεργασία της εικόνας γίνεται μέσω του Java Media Framework (JMF), το οποίο είναι διαθέσιμο μέσω Sun εδώ. Επίσης διαθέσιμο μέσω Sun, το Java Communications API χρησιμοποιείται για επικοινωνία στην πλακέτα ελέγχου κινητήρα, μέσω της σειριακής θύρας του υπολογιστή. Η ομορφιά της χρήσης της Java είναι ότι * πρέπει * να λειτουργεί σε οποιοδήποτε λειτουργικό σύστημα, αν και χρησιμοποιήσαμε το Ubuntu, μια διανομή linux. Σε αντίθεση με τη δημοφιλή άποψη, η ταχύτητα επεξεργασίας στην Java δεν είναι πολύ κακή, ειδικά σε βασικό βρόχο (το οποίο η ανάλυση όρασης χρησιμοποιεί αρκετά). Όπως φαίνεται στο στιγμιότυπο οθόνης, τόσο η μπάλα όσο και οι αντίπαλοι παίκτες παρακολουθούνται σε κάθε ενημέρωση καρέ. Επιπλέον, το περίγραμμα του πίνακα βρίσκεται οπτικά, γι 'αυτό και η μπλε ταινία ζωγράφων χρησιμοποιήθηκε για να δημιουργήσει ένα οπτικό περίγραμμα. Τα γκολ καταγράφονται όταν ο υπολογιστής δεν μπορεί να εντοπίσει τη μπάλα για 10 συνεχόμενα καρέ, υποδηλώνοντας συνήθως ότι η μπάλα έπεσε στο τέρμα, έξω από την επιφάνεια παιχνιδιού. Όταν συμβεί αυτό, το λογισμικό εκκινεί ένα sound-byte είτε για να επευφημήσει τον εαυτό του είτε να εκνευρίσει τον αντίπαλο, ανάλογα με την κατεύθυνση του γκολ. Ένα καλύτερο σύστημα, αν και δεν είχαμε το χρόνο να το εφαρμόσουμε, θα ήταν να χρησιμοποιήσουμε ένα απλό ζεύγος υπέρυθρων εκπομπών/αισθητήρων για να εντοπίσουμε την μπάλα που πέφτει στο τέρμα. Όλο το λογισμικό που χρησιμοποιείται σε αυτό το έργο διατίθεται σε ένα μόνο αρχείο zip, εδώ. Για να μεταγλωττίσετε τον κώδικα Java, χρησιμοποιήστε την εντολή javac. Ο κωδικός PIC-18F και PIC-12F διανέμεται με το λογισμικό MPLAB της Microchip.

Βήμα 4: Τοποθέτηση κάμερας Web

Χρησιμοποιήθηκε κάμερα web Philips SPC-900NC, αν και δεν συνιστάται. Οι προδιαγραφές αυτής της κάμερας παραποιήθηκαν είτε από το μηχανικό είτε από το προσωπικό πωλήσεων της Philips. Αντ 'αυτού, κάθε φθηνή κάμερα web θα το έκανε, αρκεί να υποστηρίζεται από το λειτουργικό σύστημα. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη χρήση κάμερας web στο Linux, ανατρέξτε σε αυτήν τη σελίδα. Μετρήσαμε την απόσταση που απαιτείται από το εστιακό μήκος της κάμερας για να χωρέσει ολόκληρο το τραπέζι του ποδοσφαίρου στο κάδρο. Για αυτό το μοντέλο κάμερας, αυτός ο αριθμός αποδείχθηκε ότι ήταν λίγο περισσότερο από 5 πόδια. Χρησιμοποιήσαμε ράφια ραφιών διαθέσιμα από οποιοδήποτε μεγάλο κατάστημα υλικού για να φτιάξουμε μια βάση για την κάμερα. Τα ράφια ράφια εκτείνονται προς τα πάνω από κάθε μία από τις τέσσερις γωνίες του τραπεζιού και είναι διασταυρωμένα με γωνιακά στηρίγματα αλουμινίου. Είναι πολύ σημαντικό η κάμερα να είναι κεντραρισμένη και να μην έχει γωνιακή περιστροφή, αφού το λογισμικό υποθέτει ότι οι άξονες x και y είναι ευθυγραμμισμένοι με τον πίνακα.

Βήμα 5: Συμπέρασμα

Όλα τα σχετικά αρχεία έργου μπορείτε να τα κατεβάσετε σε αυτόν τον ιστότοπο. Ένα αντίγραφο ασφαλείας της πλειοψηφίας του περιεχομένου του ιστότοπου μπορείτε να το βρείτε εδώ, στον προσωπικό μου οικοδεσπότη Ιστού. Αυτό περιλαμβάνει την τελική έκθεση, η οποία περιλαμβάνει μια ανάλυση μάρκετινγκ, καθώς και πράγματα που θα αλλάζαμε, τους αρχικούς μας στόχους και μια λίστα με τις προδιαγραφές που επιτεύχθηκαν. Το έργο ΔΕΝ προορίζεται να είναι ο πιο ανταγωνιστικός παίκτης στον κόσμο. Είναι ένα καλό εργαλείο για να δείξετε περισσότερα από τα βήματα που χρησιμοποιούνται στον σχεδιασμό ενός τέτοιου θηρίου καθώς και ένα αξιοπρεπές πρωτότυπο αυτού του τύπου ρομπότ που κατασκευάστηκε με απίστευτα χαμηλό κόστος. Υπάρχουν άλλα τέτοια ρομπότ στον κόσμο και σίγουρα, πολλά από αυτά θα «χτυπούσαν» αυτό το ρομπότ. Αυτό το έργο σχεδιάστηκε από μια ομάδα τεσσάρων ηλεκτρολόγων/μηχανικών υπολογιστών στη Georgia Tech ως ανώτερο σχέδιο σχεδιασμού. Δεν ελήφθη καμία βοήθεια από μηχανικούς μηχανικούς και δεν χρησιμοποιήθηκε χρηματοδότηση από τρίτους. Wasταν μια σπουδαία διαδικασία εκμάθησης για όλους μας και μια αξιοπρεπής χρήση του μαθήματος ανώτερου σχεδιασμού. Θα ήθελα να ευχαριστήσω> τον Δρ Τζέιμς Χάμπλεν, σύμβουλο του τμήματος μας, για τη συνεχή βοήθεια του σε τεχνικές στρατηγικές> τη Δρ., για το ότι δεν μας αποθάρρυναν να επιχειρήσουμε ένα πιο φιλόδοξο έργο> Τζέιμς Στάινμπεργκ και Έντγκαρ Τζόουνς, οι ανώτεροι διαχειριστές εργαστηρίων σχεδιασμού, για συνεχή βοήθεια στην παραγγελία εξαρτημάτων, την αντιμετώπιση προβλημάτων και την εύρεση των «δροσερών πραγμάτων» για να ρίξουμε στο έργο με χαμηλό κόστος και υψηλή λειτουργικότητα> Και φυσικά, τα άλλα τρία μέλη της ομάδας μου, από τα οποία, κανένα από αυτά δεν θα ήταν δυνατό: Michael Aeberhard, Evan Tarr και Nardis Walker.