Έργο BOTUS: 8 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:39

Αυτό το εκπαιδευτικό εγχειρίδιο θα περιγράψει το ρομπότ BOTUS, το οποίο κατασκευάστηκε ως πρότζεκτ για το πρώτο έτος της μηχανικής μας στο Universite de Sherbrooke, στο Sherbrooke, Quebec, Canada. Το BOTUS σημαίνει roBOT Universite de Sherbrooke ή, όπως θέλουμε να το ονομάσουμε, roBOT Under Skirt:) Το έργο που μας προτάθηκε συνίστατο στην εύρεση μιας ενδιαφέρουσας εφαρμογής για τον έλεγχο φωνής. Με ένα από τα μέλη μας να είναι λάτρης της ρομποτικής και ακολουθώντας τα βήματα του προηγούμενου έργου μας*, αποφασίσαμε να δημιουργήσουμε ένα τηλεκατευθυνόμενο ρομπότ που θα χρησιμοποιούσε τη φωνητική εντολή ως πρόσθετη λειτουργία για άτομα που δεν έχουν συνηθίσει να χειρίζονται πολύπλοκα τηλεχειριστήρια με πολλαπλά κουμπιά (με άλλα λόγια, μη παίκτες;)). Η ομάδα που είναι υπεύθυνη για την ολοκλήρωση του ρομπότ αποτελείται από (με αλφαβητική σειρά):- Alexandre Bolduc, Computer Engineering- Louis-Philippe Brault, Electrical Engineering- Vincent Chouinard, Ηλεκτρολόγος Μηχανικός- JFDuval, Ηλεκτρολόγος Μηχανικός- Sebastien Gagnon, Ηλεκτρολόγος Μηχανικός- Simon Marcoux, Ηλεκτρολόγος Μηχανικός- Eugene Morin, Μηχανικός Υπολογιστών- Guillaume Plourde, Μηχανικός Υπολογιστών- Simon St-Hilaire, Ηλεκτρολόγος Μηχανικός Ως φοιτητές, δεν έχουμε ακριβώς απεριόριστο προϋπολογισμό Το Αυτό μας ανάγκασε να επαναχρησιμοποιήσουμε πολύ υλικό, από πολυανθρακικό έως μπαταρίες έως ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Ούτως ή άλλως, θα σταματήσω να τρέχω τώρα και θα σας δείξω από τι είναι φτιαγμένο αυτό το θηρίο! Το PCB καθώς και ο κωδικός που οδηγεί το ρομπότ θα δοθούν σε αυτό το διδακτικό… Απολαύστε!*Δείτε το Cameleo, το ρομπότ που αλλάζει χρώμα. Αυτό το έργο δεν ολοκληρώθηκε στην προθεσμία, παρατηρήστε τις άνισες κινήσεις, αλλά καταφέραμε να λάβουμε μια αναφορά για καινοτομία για τη λειτουργία "Αντιστοίχιση χρωμάτων".

Βήμα 1: Μια γρήγορη εξέλιξη του ρομπότ

Όπως πολλά έργα, έτσι και το BOTUS πέρασε από πολλά στάδια εξέλιξης πριν γίνει αυτό που είναι τώρα. Αρχικά, δημιουργήθηκε ένα τρισδιάστατο μοντέλο για να δώσει μια καλύτερη ιδέα για τον τελικό σχεδιασμό σε όλους τους εμπλεκόμενους. Στη συνέχεια, ξεκίνησε το πρωτότυπο, με την κατασκευή μιας δοκιμαστικής πλατφόρμας. Αφού επιβεβαιώσαμε ότι όλα λειτουργούσαν καλά, ξεκινήσαμε την κατασκευή του τελικού ρομπότ, το οποίο έπρεπε να τροποποιηθεί μερικές φορές. Το βασικό σχήμα δεν τροποποιήθηκε. Χρησιμοποιήσαμε πολυανθρακικό για να υποστηρίξουμε όλες τις ηλεκτρονικές κάρτες, MDF ως βάση και σωλήνες ABS ως τον κεντρικό πύργο που υποστηρίζει τους αισθητήρες υπέρυθρης απόστασης και τη διάταξη της κάμεράς μας.

Βήμα 2: Κινήσεις

Αρχικά, το ρομπότ ήταν εξοπλισμένο με δύο κινητήρες Maxon που τροφοδοτούσαν δύο τροχούς με ρολά. Παρόλο που το ρομπότ μπορούσε να κινηθεί, η ροπή που παρέχεται από τους κινητήρες ήταν πολύ μικρή και έπρεπε να κινούνται στο μέγιστο ανά πάσα στιγμή, γεγονός που μείωσε την ακρίβεια των κινήσεων του ρομπότ. Για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα, χρησιμοποιήσαμε ξανά δύο Κινητήρες Escap P42 από την προσπάθεια Eurobot του JFDuval 2008. Έπρεπε να τοποθετηθούν σε δύο προσαρμοσμένα κιβώτια ταχυτήτων και οι τροχοί αλλάξαμε σε δύο τροχούς σκούτερ. Η τρίτη στήριξη στο ρομπότ αποτελείται από έναν απλό ελεύθερο τροχό (στην πραγματικότητα πρόκειται μόνο για ένα μεταλλικό ρουλεμάν σε αυτή την περίπτωση).

Βήμα 3: Λαβές

Οι λαβές είναι επίσης το αποτέλεσμα της ανάρρωσης. Αρχικά ήταν μέρος μιας ρομποτικής διάταξης βραχιόνων που χρησιμοποιήθηκε ως εργαλείο διδασκαλίας. Ένα σερβο προστέθηκε για να του επιτρέψει να περιστρέφεται, εκτός από την ικανότητά του να αρπάζει. Είμαστε αρκετά τυχεροί, αφού οι λαβές είχαν μια φυσική συσκευή που τους εμπόδιζε να ανοίξουν πολύ ή να κλείσουν πολύ σφιχτά (αν και μετά από μια "δοκιμή δακτύλων", συνειδητοποιήσαμε ότι είχε αρκετά καλό κράτημα …).

Βήμα 4: Κάμερα & αισθητήρες

Το κύριο χαρακτηριστικό του ρομπότ, τουλάχιστον για το έργο που μας δόθηκε, ήταν η κάμερα, η οποία έπρεπε να μπορεί να κοιτάζει τριγύρω και να επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο της κίνησής του. Η λύση στην οποία καταλήξαμε ήταν ένα απλό συγκρότημα Pan & Tilt, το οποίο αποτελείται από δύο servos που είναι κολλημένα μεταξύ τους (χμμμμ), πάνω από τα οποία βρίσκεται μια κάμερα υψηλής ευκρίνειας διαθέσιμη στο eBay για περίπου 20 $ (εε…). Ο φωνητικός έλεγχος μας επέτρεψε να μετακινήσουμε την κάμερα με τους δύο άξονες που παρέχονται από τα servos. Το ίδιο το συγκρότημα είναι τοποθετημένο στην κορυφή του κεντρικού μας «πύργου», σε συνδυασμό με ένα σερβο που τοποθετήθηκε λίγο εκτός κέντρου, επέτρεψε στην κάμερα να κοιτάξει προς τα κάτω και να δει τις λαβές, βοηθώντας τον χειριστή με τους ελιγμούς του. Εξοπλίσαμε επίσης το BOTUS με 5 υπέρυθρες αισθητήρες απόστασης, τοποθετημένοι στο πλάι του κεντρικού πύργου, επιτρέποντάς τους μια καλή «θέα» του μπροστινού και των πλευρών του ρομπότ. Η εμβέλεια του μπροστινού αισθητήρα είναι 150cm, οι αισθητήρες στα πλάγια έχουν εμβέλεια 30cm και οι διαγώνιοι έχουν εμβέλεια έως 80cm.

Βήμα 5: Αλλά τι γίνεται με τον εγκέφαλο;

Όπως κάθε καλό ρομπότ, έτσι και το δικό μας χρειαζόταν εγκέφαλο. Ένας προσαρμοσμένος πίνακας ελέγχου σχεδιάστηκε για να κάνει ακριβώς αυτό. Ονομάστηκε "Colibri 101" (που σημαίνει Hummingbird 101 επειδή είναι μικρό και αποτελεσματικό, φυσικά), ο πίνακας περιλαμβάνει περισσότερες από αρκετές αναλογικές/ψηφιακές εισόδους, μερικές μονάδες ισχύος για τους τροχούς, μια οθόνη LCD και μια μονάδα XBee που χρησιμοποιείται για ασύρματη επικοινωνία. Όλες αυτές οι μονάδες ελέγχονται από ένα μικροτσίπ PIC18F8722. Ο πίνακας σχεδιάστηκε εθελοντικά για να είναι πολύ συμπαγής, τόσο για εξοικονόμηση χώρου στο ρομπότ όσο και για εξοικονόμηση υλικού PCB. Τα περισσότερα από τα εξαρτήματα στον πίνακα είμαστε δείγματα, τα οποία μας επέτρεψαν να μειώσουμε το συνολικό κόστος του PCB. Οι ίδιοι οι πίνακες έγιναν δωρεάν από το AdvancedCircuits, γι 'αυτό ένα μεγάλο ευχαριστώ για τη χορηγία. Σημείωση: Για να διατηρήσετε το πνεύμα της κοινής χρήσης θα βρείτε τα σχήματα, τα αρχεία Cadsoft Eagle για το σχέδιο του πίνακα και τον κωδικό C18 για το μικροελεγκτή εδώ και εδώ.

Βήμα 6: Ισχύς

Τώρα, όλα αυτά είναι πολύ προσεγμένα, αλλά χρειάζονται λίγο χυμό για να τρέξουν. Γι 'αυτό, στρέψαμε για άλλη μια φορά στο ρομπότ Eurobot 2008, αφαιρώντας τις μπαταρίες του, το οποίο είναι ένα νανοφωσφορικό λιθίου ιόντων Dewalt 36V με 10 κύτταρα A123. Αυτά αρχικά δωρήθηκαν από την DeWALT Καναδά. Κατά την τελευταία παρουσίασή μας, η μπαταρία διήρκεσε περίπου 2,5 ώρες, κάτι που είναι πολύ αξιοσέβαστο.

Βήμα 7: Αλλά… Πώς ελέγχουμε το πράγμα;

Εδώ ξεκινά το "επίσημο" μέρος του όρου έργου. Δυστυχώς, επειδή οι διάφορες ενότητες που χρησιμοποιήσαμε για να φιλτράρουμε τη φωνή μας και να τις μετατρέψουμε σε φωνητικές εντολές σχεδιάστηκαν από το Universite de Sherbrooke, δεν θα μπορώ να τις περιγράψω πολλές λεπτομέρειες. Ωστόσο, μπορώ να σας πω ότι αντιμετωπίζουμε τη φωνή μέσω μιας σειράς φίλτρων, τα οποία επιτρέπουν σε ένα FPGA να αναγνωρίζει, ανάλογα με την κατάσταση κάθε εξόδου που δίνουν τα φίλτρα μας, το οποίο φώνημα προφέρθηκε από τον χειριστή. Από εκεί και πέρα, οι φοιτητές μηχανικής υπολογιστών μας σχεδίασαν μια γραφική διεπαφή που δείχνει όλες τις πληροφορίες που συλλέγει το ρομπότ, συμπεριλαμβανομένης της ζωντανής ροής βίντεο. (Αυτός ο κωδικός δεν περιλαμβάνεται, δυστυχώς) Αυτές οι πληροφορίες διαβιβάζονται μέσω της μονάδας XBee στο Colibri 101, οι οποίες στη συνέχεια λαμβάνονται από μια άλλη μονάδα XBee, η οποία στη συνέχεια περνάει από έναν μετατροπέα σειριακής σε USB (τα σχέδια για αυτόν τον πίνακα είναι επίσης περιλαμβάνεται στο αρχείο.rar) και στη συνέχεια λαμβάνονται από το πρόγραμμα. Ο χειριστής χρησιμοποιεί ένα κανονικό Gamepad για τη μετάδοση των εντολών κίνησης/λαβής στο ρομπότ και ένα ακουστικό για τον έλεγχο της κάμερας. Ακολουθεί ένα παράδειγμα του ρομπότ σε δράση:

Βήμα 8: Συμπέρασμα

Λοιπόν, μέχρι εκεί. Παρόλο που οι οδηγίες δεν περιγράφουν λεπτομερώς πώς φτιάξαμε το ρομπότ μας, το οποίο πιθανότατα δεν θα σας βοηθούσε λόγω των μάλλον "μοναδικών" υλικών που χρησιμοποιήσαμε, σας ενθαρρύνω θερμά να χρησιμοποιήσετε τα σχήματα και τον κώδικα που δώσαμε για να εμπνεύσετε χτίζετε το δικό σας ρομπότ! Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή καταλήξετε να φτιάξετε ένα ρομπότ με τη βοήθεια των αντικειμένων μας, θα χαρούμε να το μάθουμε! Ευχαριστούμε που διαβάσατε! ΥΓ: Εάν δεν θέλετε να με ψηφίσετε, ρίξτε μια ματιά στο έργο του Jerome Demers εδώ ή ακόμα και στο έργο του JFDuval που διατίθεται μέσω της προσωπικής του σελίδας εδώ. Αν κάποιος από τους δύο κερδίσει, ίσως μπορώ να σκοράρω μερικά κομμάτια με λέιζερ.)