ავტონომიური ფეხბურთის მაგიდა: 5 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:20

პროექტის მთავარი მიზანი იყო ავტონომიური ფოსბურთის მაგიდის (AFT) სამუშაო პროტოტიპის დასრულება, სადაც ადამიანი მოთამაშეს რობოტი მეტოქის პირისპირ ხვდება. თამაშის ადამიანური თვალსაზრისით, ფოსბოლის მაგიდა ძალიან ჰგავს ჩვეულებრივ მაგიდას. ადამიანის მხარეს მოთამაშე (მოთამაშეები) კონტროლდება ოთხი სახელურის სერიის საშუალებით, რომელთა გადაადგილება და გადაადგილება შესაძლებელია მოთამაშეთა ხაზგარეშე გადატანა სათამაშო მოედანზე და ბურთი მეტოქის კარისკენ. ავტონომიური მხარე შედგება:> რვა servo ძრავა, რომლებიც გამოიყენება ფოოსბოლის მაგიდის სახელურებით მანიპულირებისთვის> მიკროკონტროლერი სერვო ძრავების გასააქტიურებლად და კომპიუტერთან კომუნიკაციისთვის> თავზე დამონტაჟებული ვებკამერა ბურთის დასათვალიერებლად და მოთამაშეები> კომპიუტერი დამუშავებისათვის ვებკამერის სურათები, ხელოვნური ინტელექტის დანერგვა და მიკროკონტროლერთან კომუნიკაცია ბიუჯეტის პროტოტიპის შეზღუდვებმა შეანელა პროექტი და შეამცირა მისი ფუნქციონირება მინიმუმამდე. აღმოჩნდა, რომ მოთამაშეთა კონკურენტული სიჩქარით გადაადგილების სწორი ძრავები ძალიან ძვირი იყო, ამიტომ ქვედა დონის სერვისები უნდა გამოეყენებინათ. მიუხედავად იმისა, რომ ეს კონკრეტული განხორციელება შეზღუდული იყო ხარჯებითა და დროით, უფრო დიდი სიჩქარის თანაფარდობა გამოიღებდა უფრო სწრაფ რობოტს, თუმცა ამის გაკეთება 500 დოლარზე მეტი ეღირება (ფასი ელექტროენერგიის მიწოდებისა და კომპიუტერის გარეშე).

ნაბიჯი 1: საავტომობილო კონტროლის დაფის შეკრება

თანდართული სურათები არის სრული სქემის სქემა, ასევე საავტომობილო მართვის დაფის საბოლოო პროდუქტის სურათი. ყველა ამ საჭირო ნაწილის შეძენა შესაძლებელია ელექტრონიკის უმეტეს ონლაინ მაღაზიებში (მათ შორის Digi-Key და Mouser)., ან თანდართული PCB დიზაინის გამოყენებით. გაცილებით მცირე ზომის პაკეტი შეიძლება შეიქმნას ზედაპირზე დამონტაჟებული ნაწილების გამოყენებით. როდესაც ჩვენ განვახორციელეთ დიზაინი, ჩვენ ძრავის კონტროლი გავყავით 2 წრედ, თუმცა ამის უპირატესობა არ არის კაბელის ნებისმიერი კონკრეტული სქემა. პატარა ცისფერი დაფა ახორციელებს PWM საკონტროლო სქემას, რომელიც ძირითადად მხოლოდ საათიანი PIC-12F არის სპეციალიზებული კოდით.

ნაბიჯი 2: სერვო ძრავის შეკრება

გამოიყენება ორი განსხვავებული ტიპის სერვო. პირველი, გვერდითი მოძრაობა კონტროლდება ოთხი მაღალი ბრუნვის სერვისის ჯგუფისგან: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. ეს ოთხი მუშაობს ერთ სერიულ ხაზზე და უზრუნველყოფს საოცარ ფუნქციონირებას. მაღალი ბრუნვის მომენტი შესაძლებელს ხდის ამ სერვისების გადანაწილებას ისე, რომ უზრუნველყოს გვერდითი მოძრაობის მაღალი ტანგენციალური სიჩქარე. ჩვენ შევძელით 3.5 ინჩიანი გადაცემათა კოლოფის და ბილიკების კომპლექტის პოვნა გრეინგერიდან მათთან ერთად, დაახლოებით $ 10 თითოეული. სერვოები უზრუნველყოფენ ბრუნვის გადატვირთვის დაცვას, ინდივიდუალური სერვო მიმართვის სქემას, სწრაფ კომუნიკაციებს, შიდა ტემპერატურის მონიტორინგს, ორმხრივ კომუნიკაციებს და ა.შ. ასე რომ, იმისათვის, რომ მივიღოთ სწრაფი მოძრაობა დარტყმისთვის, გამოიყენება Hitec HS-81s. HS-81– ები შედარებით იაფია, აქვთ საკმაოდ სწრაფი კუთხოვანი სიჩქარე და ადვილია ინტერფეისი (სტანდარტული PWM). HS-81– ები მხოლოდ 90 გრადუსით ბრუნავს (თუმცა შესაძლებელია-და არ არის რეკომენდებული-მათი 180 გრადუსამდე შეცვლის მცდელობა). გარდა ამისა, მათ აქვთ შიდა ნეილონის გადაცემათა კოლოფი, რომელიც ადვილად იშლება, თუ თქვენ ცდილობთ შეცვალოთ სერვო. ფულის ღირსი იქნება 180 გრადუსიანი მბრუნავი სერვოს პოვნა, რომელსაც აქვს ამ ტიპის კუთხოვანი სიჩქარე. მთელი სისტემა მიბმულია საშუალო სიმკვრივის ბოჭკოვანი დაფის (MDF) და მაღალი სიმკვრივის ბოჭკოვანი დაფის (HDF) ნაწილებით. ეს შეირჩა მისი დაბალი ღირებულების გამო (~ 5 $ 6'x4 'ფურცლისთვის), ჭრის სიმარტივისა და პრაქტიკულად ნებისმიერ ზედაპირთან ინტერფეისის უნარის გამო. უფრო მუდმივი გამოსავალი იქნება ალუმინის ფრჩხილების დამუშავება, რომ ყველაფერი ერთად დაიჭიროს. ხრახნები, რომლებიც PWM სერვისებს ატარებენ, არის სტანდარტული მანქანების ხრახნები (#10s), ექვსკუთხა თხილით, რომელიც მათ უკნიდან უჭირავს. 1 მმ მეტრიკული აპარატის ხრახნები, დაახლოებით 3/4 სიგრძის, უჭირავთ AX-12 MDF- ში, რომელიც აკავშირებს ორ სერვისს ერთმანეთთან. ორმაგი მოქმედების უჯრის ბილიკი ინახავს მთელ ასამბლეას ქვემოთ და ხაზთან შესაბამისობაში.

ნაბიჯი 3: პროგრამული უზრუნველყოფა

ბოლო ნაბიჯი არის ყველა პროგრამული უზრუნველყოფის დაყენება მანქანაზე. ეს შედგება კოდის რამდენიმე ცალკეული ნაწილისგან:> კოდი, რომელიც მუშაობს გამოსახულების დამუშავების კომპიუტერზე> კოდი მუშაობს PIC-18F მიკროკონტროლერზე> კოდი მუშაობს თითოეული PIC-12F მიკროკონტროლერისთვის. არსებობს ორი წინაპირობა სურათის დამუშავებაზე კომპიუტერი სურათის დამუშავება ხდება Java Media Framework (JMF) საშუალებით, რომელიც მზის საშუალებით არის აქ შესაძლებელი. ასევე ხელმისაწვდომია Sun– ის საშუალებით, Java Communications API გამოიყენება საავტომობილო მართვის დაფასთან კომუნიკაციისთვის, კომპიუტერის სერიული პორტის გასწვრივ. ჯავის გამოყენების სილამაზე იმაში მდგომარეობს, რომ ის * უნდა * მუშაობდეს ნებისმიერ ოპერაციულ სისტემაზე, თუმცა ჩვენ ვიყენებდით უბუნტუს, ლინუქსის დისტრიბუციას. პოპულარული აზრის საპირისპიროდ, Java– ში დამუშავების სიჩქარე არ არის ცუდი, განსაკუთრებით ძირითად მარყუჟში (რომელსაც მხედველობის ანალიზი საკმაოდ იყენებს). როგორც ჩანს ეკრანის სურათში, ორივე ბურთი და მოწინააღმდეგე მოთამაშეები თვალყურს ადევნებენ თითოეულ ჩარჩოს განახლებას. გარდა ამისა, ცხრილის მონახაზი მდებარეობს ვიზუალურად, რის გამოც ლურჯი მხატვრების ფირზე გამოიყენეს ვიზუალური მონახაზის შესაქმნელად. გოლები რეგისტრირდება მაშინ, როდესაც კომპიუტერი ვერ პოულობს ბურთს ზედიზედ 10 ჩარჩოში, რაც ჩვეულებრივ მიუთითებს, რომ ბურთი ჩავარდა კარში, სათამაშო ზედაპირიდან. როდესაც ეს მოხდება, პროგრამული უზრუნველყოფა იწყებს ხმის ბაიტს ან საკუთარი თავის გასამხნევებლად ან ოპონენტის გასამხნევებლად, მიზნის მიმართულებიდან გამომდინარე. უკეთესი სისტემა, თუმცა ჩვენ არ გვქონდა დრო მისი განსახორციელებლად, იქნებოდა მარტივი ინფრაწითელი გამცემი/სენსორული წყვილის გამოყენება მიზანში ჩავარდნილი ბურთის გამოსავლენად. ამ პროექტში გამოყენებული ყველა პროგრამული უზრუნველყოფა ხელმისაწვდომია ერთ zip ფაილში, აქ. ჯავის კოდის შესადგენად გამოიყენეთ javac ბრძანება. PIC-18F და PIC-12F კოდი ნაწილდება მიკროჩიპის MPLAB პროგრამული უზრუნველყოფით.

ნაბიჯი 4: ვებკამერის დამონტაჟება

გამოყენებულია Philips SPC-900NC ვებკამერა, თუმცა არ არის რეკომენდებული. ამ კამერის მახასიათებლები გაყალბებულია Philips– ის საინჟინრო ან გაყიდვების პერსონალის მიერ. სამაგიეროდ, ნებისმიერი იაფი ვებკამერა გააკეთებდა იმდენ ხანს, რამდენადაც იგი მხარს უჭერდა ოპერაციულ სისტემას. ლინუქსის ქვეშ ვებკამერების გამოყენებასთან დაკავშირებით დამატებითი ინფორმაციისთვის გადახედეთ ამ გვერდს. ჩვენ გავზომეთ მანძილი, რომელიც ვებკამერის ფოკუსურ მანძილზეა საჭირო იმისათვის, რომ მოერგოს მთელ ფოსბობურთის მაგიდას ჩარჩოში. ამ კამერის მოდელისთვის ეს რიცხვი 5 ფუტზე ოდნავ მეტი აღმოჩნდა. ჩვენ გამოვიყენეთ თაროების თაროები, რომლებიც ხელმისაწვდომია ტექნიკის ნებისმიერი მსხვილი მაღაზიიდან კამერის დასაყრდენის ასაშენებლად. თაროების თაროები მაღლა ვრცელდება მაგიდის ოთხივე კუთხიდან და გადახურულია ალუმინის დახრილი ფრჩხილებით. ძალიან მნიშვნელოვანია, რომ კამერა იყოს ორიენტირებული და არ ჰქონდეს კუთხის ბრუნვა, ვინაიდან პროგრამული უზრუნველყოფა ვარაუდობს, რომ x- და y ღერძი შეესაბამება ცხრილს.

ნაბიჯი 5: დასკვნა

ყველა დაკავშირებული პროექტის ფაილი შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ ამ საიტზე. საიტის შინაარსის უმრავლესობის სარეზერვო ასლი შეგიძლიათ იხილოთ აქ, ჩემს პირად ვებ მასპინძელში. ეს მოიცავს საბოლოო ანგარიშს, რომელიც შეიცავს მარკეტინგულ ანალიზს, ასევე იმას, რასაც ჩვენ შევცვლით, ჩვენს თავდაპირველ მიზნებს და ჩამონათვალს იმისა თუ რა რეალურად იქნა მიღწეული. პროექტი არ უნდა იყოს ყველაზე კონკურენტუნარიანი მოთამაშე მსოფლიოში. ეს არის კარგი ინსტრუმენტი, რათა ნახოთ უფრო მეტი ნაბიჯი ისეთი მხეცის დიზაინში, ასევე ამ ტიპის რობოტის ღირსეული პროტოტიპი, რომელიც აშენებულია წარმოუდგენლად დაბალ ფასად. მსოფლიოში არსებობს სხვა ასეთი რობოტები და რა თქმა უნდა, ბევრი მათგანი ამ რობოტს "სცემს". ეს პროექტი შემუშავებულია Georgia Tech– ის ოთხი ელექტრო/კომპიუტერული ინჟინრების ჯგუფისგან, როგორც უფროსი დიზაინის პროექტი. არანაირი დახმარება არ მიუღიათ მექანიკურ ინჟინრებს და არც მესამე მხარის დაფინანსება იქნა გამოყენებული. ეს იყო დიდი სწავლის პროცესი ჩვენთვის და უფროსი დიზაინის კურსის ღირსეული გამოყენება. მინდა მადლობა გადავუხადო> დოქტორ ჯეიმს ჰამბლენს, ჩვენი განყოფილების მრჩეველს, ტექნიკური სტრატეგიების უწყვეტი დახმარებისთვის> დოქტორი ჯენიფერ მიხაელსი, წამყვანი პროფესორი იმისთვის, რომ არ დაგვაკარგვინოს უფრო ამბიციური პროექტის მცდელობა> ჯეიმს სტეინბერგი და ედგარ ჯონსი, დიზაინის ლაბორატორიის უფროსი ადმინისტრატორები, მუდმივი დახმარებისათვის ნაწილების შეკვეთაში, პრობლემების აღმოფხვრაში და "მაგარი ნივთების" პოვნაში პროექტში დაბალ ფასად და მაღალი ფუნქციონირება> და რა თქმა უნდა, ჩემი გუნდის დანარჩენი სამი წევრი, რომელთაგან არცერთი არ იქნებოდა შესაძლებელი: მაიკლ ებერჰარდი, ევან ტარი და ნარდის უოკერი.