โต๊ะฟุตบอลอัตโนมัติ: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:08

เป้าหมายหลักของโครงการคือการสร้างต้นแบบการทำงานสำหรับโต๊ะฟุตบอลอัตโนมัติ (AFT) ให้เสร็จสมบูรณ์ โดยที่ผู้เล่นที่เป็นมนุษย์ต้องเผชิญหน้ากับคู่ต่อสู้ที่เป็นหุ่นยนต์ จากมุมมองของมนุษย์ของเกม โต๊ะฟุตบอลนั้นคล้ายกับโต๊ะทั่วไปมาก ผู้เล่นที่อยู่ฝั่งมนุษย์จะถูกควบคุมโดยด้ามจับสี่ชุดที่สามารถเคลื่อนเข้าออกและหมุนเพื่อเคลื่อนตัวผู้เล่นในแนวเส้นตรงข้ามสนามเด็กเล่นและเตะบอลไปยังเป้าหมายของฝ่ายตรงข้าม ด้านอิสระประกอบด้วย:> เซอร์โวมอเตอร์แปดตัวที่ใช้จับที่จับของโต๊ะฟุตบอล> ไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อเปิดใช้งานเซอร์โวมอเตอร์และสื่อสารกับคอมพิวเตอร์> เว็บแคมที่ติดตั้งเหนือศีรษะเพื่อติดตามลูกบอลและผู้เล่น> คอมพิวเตอร์เพื่อดำเนินการ ภาพเว็บแคม ใช้ปัญญาประดิษฐ์ และสื่อสารกับข้อจำกัดด้านงบประมาณของไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับต้นแบบ ทำให้โปรเจ็กต์ช้าลงบางส่วน และรักษาฟังก์ชันการทำงานให้เหลือน้อยที่สุด มอเตอร์ที่เหมาะสมในการเคลื่อนย้ายผู้เล่นด้วยความเร็วที่แข่งขันได้พบว่ามีราคาแพงมาก ดังนั้นจึงต้องใช้เซอร์โวระดับล่าง ในขณะที่การใช้งานเฉพาะนี้ถูกจำกัดด้วยค่าใช้จ่ายและเวลา อัตราทดเกียร์ที่มากขึ้นจะทำให้หุ่นยนต์เล่นเร็วขึ้น แม้ว่า การทำเช่นนี้จะมีค่าใช้จ่ายมากกว่าราคาพื้นฐาน $500 (ราคาที่ไม่มีแหล่งจ่ายไฟและคอมพิวเตอร์)

ขั้นตอนที่ 1: การประกอบบอร์ดควบคุมมอเตอร์

รูปภาพที่แนบมาเป็นแผนผังวงจรเต็มรูปแบบ รวมถึงรูปภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายสำหรับบอร์ดควบคุมมอเตอร์ ชิ้นส่วนที่จำเป็นทั้งหมดนี้สามารถซื้อได้ที่ร้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ออนไลน์ส่วนใหญ่ (รวมถึง Digi-Key และ Mouser โปรดทราบว่าชิ้นส่วนทั้งหมดที่ใช้ในที่นี้เป็นแบบเจาะรู ดังนั้นจึงประกอบชิ้นส่วนบนโปรโตบอร์ด/เขียงหั่นขนมได้ หรือใช้การออกแบบ PCB ที่แนบมา สามารถสร้างแพ็คเกจที่เล็กกว่ามากได้โดยใช้ชิ้นส่วนยึดพื้นผิวจำนวนหนึ่งเมื่อเราใช้งานการออกแบบเราแยกส่วนควบคุมมอเตอร์ออกเป็น 2 วงจรแม้ว่าจะไม่มีประโยชน์อย่างอื่นนอกจาก โครงร่างสายเคเบิลใด ๆ ที่ใช้ กระดานสีน้ำเงินขนาดเล็กใช้วงจรควบคุม PWM ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเป็นเพียง PIC-12F ที่โอเวอร์คล็อกด้วยรหัสพิเศษบางอย่าง

ขั้นตอนที่ 2: การประกอบเซอร์โวมอเตอร์

ใช้เซอร์โวสองประเภทที่แตกต่างกัน อย่างแรก การเคลื่อนที่ด้านข้างถูกควบคุมโดยกลุ่มเซอร์โวแรงบิดสูงสี่ตัว: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12 ทั้งสี่นี้ทำงานบนสายอนุกรมเดียวและให้ฟังก์ชันการทำงานที่น่าทึ่ง แรงบิดสูงทำให้เซอร์โวเหล่านี้สามารถเข้าเกียร์ในลักษณะที่ให้ความเร็วในแนวสัมผัสสูงสำหรับการเคลื่อนที่ด้านข้าง เราสามารถหาชุดเฟืองและรางขนาด 3.5 นิ้วจาก Grainger ได้ในราคาราวๆ 10 เหรียญต่อชุด เซอร์โวให้การป้องกันแรงบิดเกินพิกัด รูปแบบการกำหนดที่อยู่เซอร์โวแต่ละตัว การสื่อสารอย่างรวดเร็ว การตรวจสอบอุณหภูมิภายใน การสื่อสารสองทาง ฯลฯ ข้อเสียของเซอร์โวเหล่านี้คือมีราคาแพงและไม่เร็วมาก (แม้ว่าการใส่เกียร์จะช่วยได้) ดังนั้นเพื่อให้เตะเร็วขึ้น จึงใช้ Hitec HS-81s HS-81s มีราคาไม่แพงนัก มีความเร็วเชิงมุมที่รวดเร็วพอสมควร และง่ายต่อการเชื่อมต่อ (PWM มาตรฐาน) อย่างไรก็ตาม HS-81s หมุนได้เพียง 90 องศา (แม้ว่าจะเป็นไปได้ - และไม่แนะนำ - เพื่อพยายามปรับเปลี่ยนให้เป็น 180 องศา) นอกจากนี้ยังมีเฟืองไนลอนภายในที่ถอดได้ง่ายหากคุณพยายามปรับเปลี่ยนเซอร์โว การหาเซอร์โวแบบหมุนได้ 180 องศาที่มีความเร็วเชิงมุมแบบนี้น่าจะคุ้มเงิน ทั้งระบบถูกมัดเข้าด้วยกันด้วยแผ่นใยไม้อัดความหนาแน่นปานกลาง (MDF) และแผ่นใยไม้อัดความหนาแน่นสูง (HDF) สิ่งนี้ได้รับเลือกเนื่องจากต้นทุนต่ำ (ประมาณ 5 ดอลลาร์สำหรับแผ่น 6'x4') การตัดที่ง่าย และความสามารถในการเชื่อมต่อกับพื้นผิวแทบทุกชนิด ทางออกที่ถาวรกว่าคือการตัดเฉือนฉากยึดอะลูมิเนียมเพื่อยึดทุกอย่างเข้าด้วยกัน สกรูที่ยึดเซอร์โว PWM ไว้เป็นสกรูเครื่องมาตรฐาน (#10s) โดยมีน็อตหกเหลี่ยมยึดไว้จากอีกด้านหนึ่ง สกรูเครื่องเมตริกขนาด 1 มม. ยาวประมาณ 3/4 จับ AX-12 ไว้ใน MDF ที่เชื่อมต่อเซอร์โวสองตัวเข้าด้วยกัน รางลิ้นชักแบบดับเบิ้ลแอ็กชันจะยึดชุดประกอบทั้งหมดลงและอยู่ในแนวเดียวกับราง

ขั้นตอนที่ 3: ซอฟต์แวร์

ขั้นตอนสุดท้ายคือการติดตั้งซอฟต์แวร์ทั้งหมดที่ใช้ในเครื่อง ประกอบด้วยโค้ดสองสามชิ้น:> โค้ดทำงานบนพีซีที่ใช้ประมวลผลภาพ> โค้ดทำงานบนไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC-18F> โค้ดทำงานบนไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC-12F แต่ละตัวมีข้อกำหนดเบื้องต้นสองประการในการติดตั้งในการประมวลผลภาพ พีซี การประมวลผลภาพทำได้ผ่าน Java Media Framework (JMF) ซึ่งมีอยู่ใน Sun ที่นี่ Java Communications API ยังใช้งานได้ผ่าน Sun เพื่อสื่อสารกับบอร์ดควบคุมมอเตอร์ ผ่านพอร์ตอนุกรมบนคอมพิวเตอร์ ข้อดีของการใช้ Java คือ *ควร* ทำงานบนระบบปฏิบัติการใด ๆ แม้ว่าเราจะใช้ Ubuntu ซึ่งเป็นลินุกซ์แจกจ่าย ตรงกันข้ามกับความคิดเห็นที่ได้รับความนิยม ความเร็วในการประมวลผลใน Java ไม่ได้แย่เกินไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวนซ้ำพื้นฐาน (ซึ่งการวิเคราะห์ด้วยสายตาใช้ค่อนข้างน้อย) ดังที่เห็นในภาพหน้าจอ ทั้งลูกบอลและผู้เล่นฝ่ายตรงข้ามจะถูกติดตามในการอัปเดตแต่ละเฟรม นอกจากนี้โครงร่างของตารางยังมองเห็นได้ซึ่งเป็นสาเหตุที่ใช้เทปจิตรกรสีน้ำเงินเพื่อสร้างโครงร่างที่มองเห็นได้ เป้าหมายจะถูกลงทะเบียนเมื่อคอมพิวเตอร์ไม่สามารถหาลูกบอลได้ 10 เฟรมติดต่อกัน โดยทั่วไปแล้วแสดงว่าลูกบอลตกลงไปที่เป้าหมาย นอกพื้นผิวการเล่น เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ซอฟต์แวร์จะเริ่มต้นไบต์เสียงเพื่อเชียร์ตัวเองหรือโห่ฝ่ายตรงข้าม ขึ้นอยู่กับทิศทางของเป้าหมาย ระบบที่ดีกว่าแม้ว่าเราจะไม่มีเวลานำไปใช้ แต่จะใช้คู่ตัวส่ง / เซ็นเซอร์อินฟราเรดอย่างง่ายเพื่อตรวจจับลูกบอลที่ตกลงไปที่เป้าหมาย ซอฟต์แวร์ทั้งหมดที่ใช้ในโครงการนี้มีให้ในไฟล์ zip ไฟล์เดียว, ที่นี่. ในการคอมไพล์โค้ด Java ให้ใช้คำสั่ง javac โค้ด PIC-18F และ PIC-12F แจกจ่ายด้วยซอฟต์แวร์ MPLAB ของไมโครชิป

ขั้นตอนที่ 4: ติดตั้งเว็บแคม

มีการใช้เว็บแคม Philips SPC-900NC แม้ว่าจะไม่แนะนำก็ตาม ข้อมูลจำเพาะสำหรับกล้องนี้ถูกปลอมแปลงโดยวิศวกรหรือเจ้าหน้าที่ฝ่ายขายของ Philips เว็บแคมราคาถูกจะทำได้ตราบใดที่ระบบปฏิบัติการรองรับ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้เว็บแคมภายใต้ linux โปรดดูหน้านี้ เราวัดระยะทางที่กำหนดโดยความยาวโฟกัสของเว็บแคมเพื่อให้พอดีกับตารางฟุตบอลทั้งหมดในเฟรม สำหรับกล้องรุ่นนี้ ตัวเลขนั้นกลับกลายเป็นเพียง 5 ฟุตเท่านั้น เราใช้ชั้นวางของที่มีขายตามร้านฮาร์ดแวร์รายใหญ่ๆ เพื่อสร้างฐานยึดสำหรับกล้อง ชั้นวางขยายขึ้นจากมุมทั้งสี่มุมของโต๊ะและค้ำยันด้วยขายึดอะลูมิเนียมที่ทำมุม เป็นสิ่งสำคัญมากที่กล้องต้องอยู่ตรงกลางและไม่มีการหมุนเชิงมุม เนื่องจากซอฟต์แวร์ถือว่าแกน x และ y อยู่ในแนวเดียวกับตาราง

ขั้นตอนที่ 5: บทสรุป

สามารถดาวน์โหลดไฟล์โครงการที่เกี่ยวข้องทั้งหมดได้ที่ไซต์นี้ ข้อมูลสำรองของเนื้อหาไซต์ส่วนใหญ่สามารถพบได้ที่นี่ ที่โฮสต์เว็บส่วนตัวของฉัน ซึ่งรวมถึงรายงานฉบับสมบูรณ์ซึ่งมีการวิเคราะห์การตลาดตลอดจนสิ่งที่เราจะเปลี่ยนแปลง เป้าหมายเดิมของเรา และรายการข้อกำหนดที่บรรลุตามจริง โปรเจ็กต์นี้ไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นผู้เล่นที่มีการแข่งขันสูงที่สุดในโลก เป็นเครื่องมือที่ดีในการแสดงขั้นตอนต่างๆ ที่ใช้ในการออกแบบสัตว์เดรัจฉาน รวมทั้งต้นแบบที่ดีของหุ่นยนต์ประเภทนี้ซึ่งสร้างขึ้นด้วยต้นทุนที่ต่ำอย่างไม่น่าเชื่อ มีหุ่นยนต์ประเภทอื่น ๆ ในโลกนี้ และแน่นอนว่า หลายคนอาจ "เอาชนะ" หุ่นยนต์ตัวนี้ได้ โครงการนี้ออกแบบโดยกลุ่มวิศวกรไฟฟ้า/คอมพิวเตอร์สี่คนที่ Georgia Tech เป็นโครงการออกแบบอาวุโส วิศวกรเครื่องกลไม่ได้รับความช่วยเหลือใด ๆ และไม่มีการใช้เงินทุนของบุคคลที่สาม มันเป็นกระบวนการเรียนรู้ที่ยอดเยี่ยมสำหรับพวกเราทุกคนและใช้เวลาในหลักสูตรการออกแบบระดับสูงอย่างเหมาะสม ฉันขอขอบคุณ> ดร. เจมส์ แฮมเบลน ที่ปรึกษาส่วนของเรา สำหรับความช่วยเหลืออย่างต่อเนื่องของเขาในกลยุทธ์ทางเทคนิค> ดร. เจนนิเฟอร์ ไมเคิลส์ หัวหน้าศาสตราจารย์ ที่ไม่ทำให้เราท้อใจจากการพยายามทำโปรเจกต์ที่ทะเยอทะยานมากขึ้น> James Steinberg และ Edgar Jones ผู้บริหารห้องปฏิบัติการออกแบบอาวุโสที่คอยช่วยเหลือในการสั่งซื้อชิ้นส่วน การแก้ไขปัญหา และการหา "สิ่งเจ๋งๆ" ที่จะโยนลงไปในโครงการด้วยต้นทุนที่ต่ำและ ฟังก์ชันการทำงานสูง> และแน่นอน สมาชิกอีกสามคนในทีมของฉัน ซึ่งไม่มีทางเป็นไปได้: Michael Aeberhard, Evan Tarr และ Nardis Walker