Taula de futbolí autònoma: 5 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

L’objectiu principal del projecte era completar un prototip de treball per a una taula de futbolí autònoma (AFT), on un jugador humà s’enfrontés a un oponent robot. Des de la perspectiva humana del joc, el futbolí és molt similar a una taula normal. Els jugadors del costat humà es controlen mitjançant una sèrie de quatre nanses que es poden moure dins i fora i girar per moure els jugadors linealment pel camp de joc i llançar la pilota cap a la porteria rival. El costat autònom consisteix en:> Vuit servomotors que s’utilitzen per manipular les nanses de la taula de futbolí> Un microcontrolador per activar els servomotors i comunicar-se amb l’ordinador> Una càmera web muntada sobre el cap per rastrejar la pilota i els jugadors> Un ordinador per processar les imatges de la càmera web, implementen la intel·ligència artificial i es comuniquen amb el microcontrolador. Es va trobar que els motors adequats per moure els reproductors a una velocitat competitiva eren molt cars, de manera que es van haver d’utilitzar servos de gamma inferior. Tot i que aquesta implementació en particular estava limitada pel cost i el temps, una relació de transmissió més gran donaria un robot de joc més ràpid, tot i que fer-ho costaria més del preu base de 500 dòlars (preu sense subministrament elèctric i ordinador).

Pas 1: Muntatge de la placa de control del motor

Les imatges adjuntes són un esquema complet del circuit, així com una imatge del producte final per a la placa de control del motor. Totes aquestes peces necessàries es poden comprar a la majoria de les principals botigues d’electrònica en línia (inclosos Digi-Key i Mouser. Com a nota lateral, totes les peces que s’utilitzen aquí tenien un forat passant i, per tant, es poden muntar en una placa de prototip / taulers o mitjançant el disseny de PCB adjunt. Es podria crear un paquet molt més petit utilitzant diverses peces de muntatge superficial. Quan vam implementar el disseny, vam dividir els controls del motor en 2 circuits, tot i que no hi ha cap avantatge qualsevol esquema de cablejat en particular utilitzat. La petita placa blava implementa el circuit de control PWM, que bàsicament és només un PIC-12F de rellotge amb algun codi especialitzat.

Pas 2: Muntatge del servomotor

S'utilitzen dos tipus diferents de servos. En primer lloc, el moviment lateral està controlat per un grup de quatre servos d’alt parell: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. Aquests quatre funcionen en una sola línia de sèrie i ofereixen una funcionalitat sorprenent. L’elevat parell permet que aquests servos s’engranin de manera que proporcionin una velocitat tangencial elevada per al moviment lateral. Vam poder trobar un conjunt d’engranatges i pistes de 3,5 polzades per anar amb Grainger a un cost d’uns 10 dòlars per cada un. Els servos ofereixen una protecció contra la sobrecàrrega del parell, un esquema d’adreçament de servos individual, comunicacions ràpides, control intern de temperatura, comunicacions bidireccionals, etc. Per tant, per aconseguir un moviment més ràpid de patades, s’utilitzen els Hitec HS-81. Els HS-81 són relativament econòmics, tenen una velocitat angular decentment ràpida i són fàcils de connectar (PWM estàndard). No obstant això, els HS-81 només giren 90 graus (tot i que és possible -i no es recomana- intentar modificar-los a 180 graus). A més, tenen engranatges interns de niló que es desprenen fàcilment si intenteu modificar el servo. Val la pena guanyar diners per trobar un servo giratori de 180 graus que tingui aquest tipus de velocitat angular. Tot el sistema està lligat amb trossos de taulers de fibra de densitat mitjana (MDF) i taulers de fibra d’alta densitat (HDF). Es va triar pel seu baix cost (~ 5 dòlars per a una làmina de 6'x4 '), la facilitat de tall i la capacitat d'interfície amb pràcticament qualsevol superfície. Una solució més permanent seria mecanitzar suports d’alumini per mantenir-ho tot unit. Els cargols que mantenen els servos PWM al seu lloc són cargols de màquina estàndard (# 10s) amb femelles hexagonals que els subjecten de l'altre costat. Els cargols de la màquina mètrica d'1 mm, de 3/4 de longitud, subjecten l'AX-12 al MDF que connecta els dos servos. Una pista de calaix de doble acció manté tot el conjunt cap avall i en línia amb la pista.

Pas 3: programari

L'últim pas és instal·lar tot el programari utilitzat a la màquina. Consisteix en algunes peces de codi individuals:> El codi s'executa al PC de processament d'imatges> El codi s'executa al microcontrolador PIC-18F> El codi s'executa a cadascun dels microcontroladors PIC-12F Hi ha dos requisits previs per instal·lar al processament d'imatges PC. El processament de la imatge es realitza mitjançant Java Media Framework (JMF), que està disponible a través de Sun aquí. També disponible a través de Sun, l'API de comunicacions de Java s'utilitza per comunicar-se amb la placa de control del motor, a través del port sèrie de l'ordinador. La bellesa d’utilitzar Java és que * hauria * d’executar-se en qualsevol sistema operatiu, tot i que hem utilitzat Ubuntu, una distribució Linux. Contràriament a l’opinió popular, la velocitat de processament a Java no és massa dolenta, especialment en el bucle bàsic (que l’anàlisi de visió utilitza bastant). Com es veu a la captura de pantalla, es fa un seguiment de la pilota i dels jugadors oponents a cada actualització de fotogrames. A més, el contorn de la taula es troba visualment, motiu pel qual es va utilitzar la cinta de pintors blaus per crear un contorn visual. Els objectius es registren quan l’ordinador no pot localitzar la pilota durant 10 fotogrames consecutius, normalment indica que la pilota va caure a la porteria, fora de la superfície de joc. Quan això passa, el programari inicia un byte de so per animar-se o esbroncar a l'oponent, en funció de la direcció de l'objectiu. Un sistema millor, tot i que no vam tenir temps d’implementar-lo, seria utilitzar un senzill parell emissor / sensor d’infrarojos per detectar la pilota que cau a la meta. Tot el programari utilitzat en aquest projecte està disponible en un sol fitxer zip, aquí. Per compilar el codi Java, utilitzeu l'ordre javac. El codi PIC-18F i PIC-12F es distribueix amb el programari MPLAB de Microchip.

Pas 4: Muntatge de la càmera web

Es va utilitzar una càmera web Philips SPC-900NC, tot i que no es recomana. Les especificacions d'aquesta càmera van ser falsificades per l'enginyeria o el personal de vendes de Philips. En canvi, ho faria qualsevol càmera web barata, sempre que sigui compatible amb el sistema operatiu. Per obtenir més informació sobre l’ús de càmeres web a Linux, consulteu aquesta pàgina. Hem mesurat la distància requerida per la distància focal de la càmera web per adaptar-se a tota la taula de futbolí al marc. Per a aquest model de càmera, aquest nombre va resultar ser de poc més de 5 peus. Vam fer servir prestatges disponibles a qualsevol ferreteria important per construir un suport per a la càmera. Les prestatgeries s’estenen cap amunt des de les quatre cantonades de la taula i estan reforçades per mènsules d’alumini en angle. És molt important que la càmera estigui centrada i no tingui cap rotació angular, ja que el programari assumeix que els eixos X i Y estan alineats amb la taula.

Pas 5: Conclusió

Tots els fitxers del projecte relacionats es poden descarregar en aquest lloc. Podeu trobar una còpia de seguretat de la majoria del contingut del lloc aquí, al meu lloc web personal. Això inclou l'informe final, que inclou una anàlisi de màrqueting, així com coses que canviaríem, els nostres objectius originals i una llista de les especificacions realment assolides. El projecte NO pretén ser el jugador més competitiu del món. És una bona eina per mostrar més dels passos utilitzats en el disseny d’una bèstia així com un prototip decent d’aquest tipus de robot construït a un cost increïblement baix. Hi ha altres robots d’aquest tipus al món i, sens dubte, molts d’ells “superarien” aquest robot. Aquest projecte va ser dissenyat per un grup de quatre enginyers elèctrics / informàtics de Georgia Tech com a projecte de disseny sènior. Cap enginyer mecànic no va rebre ajuda ni es va utilitzar cap finançament de tercers. Va ser un procés d’aprenentatge fantàstic per a tots nosaltres i un ús decent del temps del curs de disseny sènior. M’agradaria agrair a la Dra. James Hamblen, el nostre assessor de secció, la seva contínua ajuda en estratègies tècniques> La doctora Jennifer Michaels, la professora principal, per no desanimar-nos a intentar un projecte més ambiciós> James Steinberg i Edgar Jones, els administradors sèniors del laboratori de disseny, per obtenir ajuda constant en la comanda de peces, la solució de problemes i la recerca de "coses interessants" per llançar al projecte a baix cost i alta funcionalitat> I, per descomptat, els altres tres membres del meu equip, dels quals, res d'això no hauria estat possible: Michael Aeberhard, Evan Tarr i Nardis Walker.