Bảng Foosball Autonomous: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Mục tiêu chính của dự án là hoàn thành một nguyên mẫu hoạt động cho Bàn bi lắc tự động (AFT), nơi người chơi đối mặt với một đối thủ người máy. Từ góc độ con người của trò chơi, bàn chơi bóng đá rất giống với một bàn thông thường. (Các) cầu thủ ở phía người được điều khiển thông qua một loạt bốn tay cầm có thể di chuyển ra vào và xoay để di chuyển các cầu thủ theo tuyến tính trên sân chơi và sút bóng về phía khung thành đối phương. Mặt tự trị bao gồm:> Tám động cơ servo được sử dụng để điều khiển các tay cầm của bàn bi lắc> Một bộ vi điều khiển để kích hoạt các động cơ servo và giao tiếp với máy tính> Một webcam gắn trên đầu để theo dõi quả bóng và cầu thủ> Một máy tính để xử lý hình ảnh webcam, triển khai trí thông minh nhân tạo và giao tiếp với vi điều khiển Các động cơ thích hợp để di chuyển người chơi với tốc độ cạnh tranh được cho là rất đắt tiền, do đó, các servo cấp thấp hơn phải được sử dụng. làm như vậy sẽ có giá cao hơn giá cơ bản $ 500 (giá không có nguồn điện và máy tính).

Bước 1: Lắp ráp bảng điều khiển động cơ

Các hình ảnh đính kèm là một sơ đồ mạch đầy đủ cũng như hình ảnh của sản phẩm cuối cùng cho bảng điều khiển động cơ. Tất cả các bộ phận bắt buộc này có thể được mua tại hầu hết các cửa hàng điện tử trực tuyến lớn (bao gồm cả Digi-Key và Mouser. Lưu ý thêm, tất cả các bộ phận được sử dụng ở đây đều được đục lỗ và do đó, các bộ phận có thể được lắp ráp trên bảng mạch / bảng mạch bánh mì hoặc sử dụng thiết kế PCB đính kèm. Có thể tạo một gói nhỏ hơn nhiều bằng cách sử dụng một số bộ phận gắn kết bề mặt. bất kỳ sơ đồ cáp cụ thể nào được sử dụng. Bảng mạch nhỏ màu xanh lam thực hiện mạch điều khiển PWM, về cơ bản chỉ là một PIC-12F có xung nhịp với một số mã chuyên dụng.

Bước 2: Lắp ráp động cơ Servo

Hai loại Servos khác nhau được sử dụng. Đầu tiên, chuyển động bên được điều khiển bởi một nhóm bốn servo mô-men xoắn cao: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. Bốn thiết bị này chạy trên một đường nối tiếp duy nhất và cung cấp chức năng tuyệt vời. Mô-men xoắn cao cho phép các servo này được sang số theo cách cung cấp vận tốc tiếp tuyến cao cho chuyển động ngang. Chúng tôi có thể tìm thấy một bộ bánh răng và bánh răng 3,5 inch để đi cùng chúng từ Grainger với chi phí khoảng 10 đô la cho mỗi chiếc. Servo cung cấp khả năng bảo vệ quá tải mô-men xoắn, sơ đồ định địa chỉ servo riêng lẻ, liên lạc nhanh chóng, theo dõi nhiệt độ bên trong, giao tiếp hai chiều, v.v. Nhược điểm của những Servo này là đắt tiền và không nhanh (mặc dù việc trang bị sẽ giúp ích cho chúng). Vì vậy, để có được chuyển động nhanh hơn khi đá, Hitec HS-81 được sử dụng. HS-81 tương đối rẻ, có vận tốc góc nhanh và dễ giao diện (PWM tiêu chuẩn). Tuy nhiên, HS-81 chỉ xoay 90 độ (mặc dù có thể - và không được khuyến nghị - cố gắng sửa đổi chúng thành 180 độ). Ngoài ra, chúng có bánh răng nylon bên trong có thể dễ dàng tháo rời nếu bạn cố gắng sửa đổi servo. Sẽ rất đáng tiền nếu bạn tìm thấy một servo xoay 180 độ có loại vận tốc góc này. Toàn bộ hệ thống được gắn với nhau bằng các mảnh ván sợi mật độ trung bình (MDF) và ván sợi quang mật độ cao (HDF). Điều này được chọn vì chi phí thấp (~ $ 5 cho một tấm 6'x4 '), dễ cắt và khả năng giao diện với hầu hết mọi bề mặt. Một giải pháp lâu dài hơn sẽ là gia công các giá đỡ bằng nhôm để giữ mọi thứ lại với nhau. Các vít giữ servo PWM tại chỗ là vít máy tiêu chuẩn (# 10s) với đai ốc lục giác giữ chúng từ phía bên kia. Vít máy hệ mét 1mm, chiều dài khoảng 3/4 , giữ AX-12 vào tấm MDF kết nối hai servo với nhau. Một rãnh ngăn kéo tác động kép giữ toàn bộ cụm lắp ráp xuống và thẳng hàng với rãnh.

Bước 3: Phần mềm

Bước cuối cùng là cài đặt tất cả các phần mềm được sử dụng trên máy. Điều này bao gồm một số đoạn mã riêng lẻ:> Mã chạy trên PC xử lý hình ảnh> Mã chạy trên vi điều khiển PIC-18F> Mã chạy trên từng bộ vi điều khiển PIC-12F Có hai điều kiện tiên quyết để cài đặt trên xử lý hình ảnh MÁY TÍNH. Quá trình xử lý hình ảnh được thực hiện thông qua Java Media Framework (JMF), có sẵn thông qua Sun tại đây. Cũng có sẵn thông qua Sun, Java Communications API được sử dụng để giao tiếp với bảng điều khiển động cơ, qua cổng nối tiếp trên máy tính. Cái hay của việc sử dụng Java là nó * nên * chạy trên bất kỳ hệ điều hành nào, mặc dù chúng tôi đã sử dụng Ubuntu, một bản phân phối linux. Trái ngược với quan điểm phổ biến, tốc độ xử lý trong Java không quá tệ, đặc biệt là trong các vòng lặp cơ bản (phân tích tầm nhìn sử dụng khá nhiều). Ngoài ra, đường viền của bảng được định vị trực quan, đó là lý do tại sao các họa sĩ màu xanh lam được sử dụng để tạo đường viền trực quan. Bàn thắng được đăng ký khi máy tính không thể xác định vị trí bóng trong 10 khung hình liên tiếp, thường cho biết bóng rơi vào khung thành, ra khỏi bề mặt thi đấu. Khi điều này xảy ra, phần mềm bắt đầu một byte âm thanh để cổ vũ bản thân hoặc la ó đối phương, tùy thuộc vào hướng của mục tiêu. Một hệ thống tốt hơn, mặc dù chúng tôi không có thời gian để thực hiện nó, sẽ là sử dụng một cặp cảm biến / bộ phát hồng ngoại đơn giản để phát hiện quả bóng rơi vào khung thành., ở đây. Để biên dịch mã Java, hãy sử dụng lệnh javac. Mã PIC-18F và PIC-12F được phân phối bằng phần mềm MPLAB của Microchip.

Bước 4: Gắn kết Webcam

Một webcam Philips SPC-900NC đã được sử dụng, mặc dù nó không được khuyến khích. Các thông số kỹ thuật của máy ảnh này đã bị nhân viên kỹ thuật hoặc nhân viên bán hàng tại Philips làm sai lệch. Thay vào đó, bất kỳ webcam giá rẻ nào cũng được, miễn là nó được hỗ trợ bởi hệ điều hành. Để biết thêm thông tin về việc sử dụng webcam trong linux, hãy xem trang này Chúng tôi đã đo khoảng cách theo yêu cầu của tiêu cự webcam để vừa với toàn bộ bảng foosball trong khung. Đối với mẫu máy ảnh này, con số đó hóa ra chỉ hơn 5 feet. Chúng tôi đã sử dụng giá đỡ có sẵn từ bất kỳ cửa hàng phần cứng lớn nào để làm giá đỡ cho máy ảnh. Các giá đỡ kéo dài lên trên từ bốn góc của bàn và được giằng chéo bằng các giá đỡ bằng nhôm góc cạnh. Điều rất quan trọng là máy ảnh phải được căn giữa và không có góc quay, vì phần mềm giả định trục x và y được căn chỉnh với bảng.

Bước 5: Kết luận

Tất cả các tệp dự án liên quan có thể được tải xuống tại trang web này. Bản sao lưu của phần lớn nội dung trang web có thể được tìm thấy tại đây, tại máy chủ web cá nhân của tôi. Điều này bao gồm báo cáo cuối cùng, có phân tích tiếp thị cũng như những thứ chúng tôi sẽ thay đổi, mục tiêu ban đầu của chúng tôi và danh sách những thông số kỹ thuật đã thực sự đạt được. Dự án KHÔNG có nghĩa là trở thành người chơi cạnh tranh nhất trên thế giới. Nó là một công cụ tốt để hiển thị thêm các bước được sử dụng trong việc thiết kế một con quái vật như vậy cũng như một nguyên mẫu phù hợp của loại robot này được chế tạo với chi phí cực kỳ thấp. Có những robot khác trên thế giới, và chắc chắn, nhiều người trong số họ sẽ "đánh bại" robot này. Dự án này được thiết kế bởi một nhóm bốn kỹ sư điện / máy tính tại Georgia Tech như một dự án thiết kế cấp cao. Không có bất kỳ kỹ sư cơ khí nào nhận được trợ giúp và không sử dụng tài trợ của bên thứ ba. Đó là một quá trình học tập tuyệt vời đối với tất cả chúng tôi và sử dụng hợp lý thời gian của khóa học thiết kế cao cấp. Tôi xin cảm ơn> Tiến sĩ James Hamblen, cố vấn bộ phận của chúng tôi, vì sự giúp đỡ liên tục của ông trong các chiến lược kỹ thuật> Tiến sĩ Jennifer Michaels, giáo sư chính, vì không ngăn cản chúng tôi cố gắng thực hiện một dự án tham vọng hơn> James Steinberg và Edgar Jones, các quản trị viên phòng thí nghiệm thiết kế cấp cao, để được trợ giúp liên tục trong việc đặt hàng các bộ phận, khắc phục sự cố và tìm kiếm "thứ hay ho" để đưa vào dự án với chi phí thấp và chức năng cao> Và tất nhiên, ba thành viên khác trong nhóm của tôi, trong số đó, không ai trong số này có thể làm được: Michael Aeberhard, Evan Tarr và Nardis Walker.