میز خودکار فوتسال: 5 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:58

هدف اصلی پروژه تکمیل یک نمونه اولیه برای میز خودکار فوتبال (AFT) بود ، جایی که یک بازیکن انسانی با یک حریف روباتیک روبرو می شود. از منظر انسانی بازی ، میز فوتسال بسیار شبیه به یک میز معمولی است. بازیکنان (بازیکنان) سمت انسان از طریق یک سری چهار دسته ای کنترل می شوند که می توان آنها را به داخل و خارج حرکت داد و چرخاند تا بازیکنان را به طور خطی در زمین بازی حرکت داده و توپ را به سمت دروازه حریف بکوبند. قسمت خودمختار شامل:> هشت موتور سروو است که برای دستکاری دسته های کف فوتبال استفاده می شود> یک میکروکنترلر برای فعال کردن سرو موتورها و برقراری ارتباط با کامپیوتر> یک وب کم نصب شده روی سر برای ردیابی توپ و بازیکنان> یک کامپیوتر برای پردازش محدودیت های بودجه برای نمونه اولیه باعث کند شدن پروژه و به حداقل رساندن عملکرد آن می شود. موتورهای مناسب برای حرکت بازیکنان با سرعت رقابتی بسیار گران بودند ، بنابراین باید از سرویس های رده پایین استفاده کرد. در حالی که این پیاده سازی خاص از نظر هزینه و زمان محدود بود ، نسبت دنده بزرگتر یک ربات سریع تر را بازی می کرد ، اگرچه انجام این کار بیش از 500 دلار قیمت پایه (قیمت بدون منبع تغذیه و رایانه) دارد.

مرحله 1: مونتاژ برد کنترل موتور

تصاویر پیوست یک طرح کلی مدار و همچنین تصویری از محصول نهایی برای برد کنترل موتور است. همه این قطعات مورد نیاز را می توان در اکثر فروشگاه های عمده لوازم الکترونیکی آنلاین خریداری کرد (از جمله Digi-Key و Mouser. به عنوان یک نکته جانبی ، تمام قطعات مورد استفاده در اینجا از طریق سوراخ بوده است ، بنابراین ، قطعات ممکن است روی یک تخته اولیه/تخته نان مونتاژ شوند. ، یا با استفاده از طرح PCB متصل شده. می توان با استفاده از تعدادی قطعه نصب سطح ، یک بسته بسیار کوچکتر ایجاد کرد. هنگامی که طراحی را پیاده کردیم ، کنترل های موتور را به 2 مدار تقسیم می کنیم ، اگرچه هیچ مزیتی جز انجام این کار وجود ندارد تابلوی آبی کوچک مدار کنترل PWM را پیاده سازی می کند ، که اساساً فقط یک ساعت PIC-12F با کد اختصاصی است.

مرحله 2: مونتاژ سرو موتور

از دو نوع مختلف سروو استفاده می شود. اول ، حرکت جانبی توسط گروهی از چهار سرو گشتاور بالا کنترل می شود: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. این چهار در یک خط سریال واحد اجرا می شوند و عملکرد شگفت انگیزی را ارائه می دهند. گشتاور بالا این سرووها را قادر می سازد به گونه ای چرخ دنده داشته باشند که سرعت مماسی بالایی را برای حرکت جانبی فراهم کند. ما توانستیم مجموعه ای از چرخ دنده ها و ریل های 3.5 اینچی را پیدا کنیم که با گرینجر با هزینه 10 دلار برای هر کدام همراه آنها برویم. سرووها حفاظت از اضافه بار گشتاور ، یک برنامه آدرس دهی سروو ، ارتباطات سریع ، نظارت بر دمای داخلی ، ارتباطات دو طرفه و غیره را ارائه می دهند. جنبه منفی این سرویس ها این است که گران هستند و سرعت زیادی ندارند (هرچند چرخ دنده به آنها کمک می کند). بنابراین برای حرکت سریعتر برای لگد زدن ، از Hitec HS-81 استفاده می شود. HS-81 ها نسبتاً ارزان هستند ، دارای سرعت زاویه ای بسیار مناسب و رابط کاربری آسان هستند (استاندارد PWM). با این حال ، HS-81 فقط 90 درجه می چرخد (هر چند ممکن است-و توصیه نمی شود-سعی شود آنها را تا 180 درجه تغییر دهد). علاوه بر این ، آنها دارای چرخ دنده های نایلونی داخلی هستند که اگر بخواهید سروو را تغییر دهید به راحتی جدا می شوند. پیدا کردن یک سرووی چرخشی 180 درجه ای که دارای این نوع سرعت زاویه ای باشد ، بسیار ارزشمند است. کل سیستم با قطعاتی از تخته فیبر با چگالی متوسط (MDF) و تخته فیبر با چگالی بالا (HDF) به هم متصل است. این دستگاه به دلیل هزینه کم (5 پوند برای ورق 6 x 4 اینچ) ، سهولت برش و قابلیت رابط تقریباً با هر سطحی انتخاب شد. یک راه حل دائمی تر این است که براکت های آلومینیومی را برای نگه داشتن همه چیز در کنار هم ماشین کنید. پیچ هایی که سروهای PWM را در جای خود نگه می دارند ، پیچ های استاندارد ماشین (شماره 10s) هستند که مهره های شش گوش آنها را از طرف دیگر نگه می دارند. پیچ های دستگاه متریک 1 میلی متری ، حدود 3/4 اینچ طول ، AX-12 را در MDF نگه می دارد که دو سروو را به هم متصل می کند. یک کشوی کشویی دو کاره کل مجموعه را در پایین و در راستای مسیر نگه می دارد.

مرحله 3: نرم افزار

آخرین مرحله نصب تمام نرم افزارهای مورد استفاده بر روی دستگاه است. این شامل چند قطعه کد جداگانه است:> کد اجرا شده در رایانه پردازش تصویر> کد اجرا شده بر روی میکروکنترلر PIC-18F> کد اجرا شده بر روی هر یک از میکروکنترلرهای PIC-12F دو پیش نیاز برای نصب روی پردازش تصویر وجود دارد کامپیوتر پردازش تصویر از طریق Java Media Framework (JMF) انجام می شود که از طریق Sun در اینجا در دسترس است. همچنین از طریق Sun ، API ارتباطات جاوا برای ارتباط با برد کنترل موتور ، از طریق درگاه سریال کامپیوتر استفاده می شود. زیبایی استفاده از جاوا این است که * باید * روی هر سیستم عاملی اجرا شود ، اگرچه ما از توزیع لینوکس از اوبونتو استفاده کردیم. برخلاف تصور رایج ، سرعت پردازش در جاوا چندان بد نیست ، به ویژه در حلقه اصلی (که تجزیه و تحلیل بینایی از آن بسیار استفاده می کند). همانطور که در تصویر مشاهده می شود ، هر دو بازیکن توپ و حریف در هر به روزرسانی فریم ردیابی می شوند. علاوه بر این ، طرح کلی جدول بصری قرار دارد ، به همین دلیل از نوار نقاشان آبی برای ایجاد یک طرح کلی بصری استفاده شد. گلها زمانی ثبت می شوند که کامپیوتر نتواند توپ را برای 10 فریم متوالی پیدا کند ، که معمولاً نشان می دهد که توپ به داخل دروازه ، خارج از سطح زمین ، افتاده است. هنگامی که این اتفاق می افتد ، نرم افزار بسته به جهت گل ، یک بایت صدا را آغاز می کند تا یا خودش را تشویق کند یا حریف را تشویق کند. یک سیستم بهتر ، اگرچه زمان لازم برای پیاده سازی آن را نداشتیم ، استفاده از یک جفت ساطع کننده/مادون قرمز ساده برای تشخیص برخورد توپ به داخل دروازه بود. همه نرم افزارهای مورد استفاده در این پروژه در یک فایل فشرده موجود است. ، اینجا. برای کامپایل کد جاوا ، از دستور javac استفاده کنید. کد PIC-18F و PIC-12F با نرم افزار MPLAB Microchip توزیع می شود.

مرحله 4: نصب وب کم

از وب کم فیلیپس SPC-900NC استفاده شد ، اما توصیه نمی شود. مشخصات این دوربین توسط مهندسین یا کارکنان فروش فیلیپس جعل شده است. در عوض ، هر وب کم ارزان قیمت ، تا زمانی که توسط سیستم عامل پشتیبانی می شود ، انجام می شود. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد استفاده از وب کم تحت لینوکس ، این صفحه را بررسی کنید. ما فاصله مورد نیاز توسط فاصله کانونی وب کم را برای قرار دادن کل میز foosball در قاب اندازه گیری کردیم. برای این مدل دوربین ، این عدد کمی بیش از 5 فوت بود. ما از قفسه های قفسه بندی موجود در هر فروشگاه سخت افزاری بزرگ برای ساختن پایه برای دوربین استفاده کردیم. قفسه های قفسه بندی از هر چهار گوشه میز به سمت بالا امتداد یافته و توسط براکت های آلومینیومی زاویه دار به هم متصل شده اند. بسیار مهم است که دوربین در مرکز قرار گیرد و چرخش زاویه ای نداشته باشد ، زیرا نرم افزار فرض می کند که محور x و y در جدول تراز شده است.

مرحله 5: نتیجه گیری

همه فایلهای مربوط به پروژه را می توانید در این سایت بارگیری کنید. نسخه پشتیبان از اکثریت محتوای سایت را می توانید در اینجا ، در میزبان وب شخصی من پیدا کنید. این شامل گزارش نهایی است ، که شامل تجزیه و تحلیل بازاریابی و همچنین مواردی است که ما تغییر خواهیم داد ، اهداف اصلی ما و لیستی از مشخصات دقیقاً به دست آمده. این پروژه به معنای رقابتی ترین بازیکن جهان نیست. این یک ابزار خوب برای نشان دادن مراحل بیشتر مورد استفاده در طراحی چنین جانوری و همچنین نمونه اولیه مناسب این نوع روبات ها است که با هزینه ای فوق العاده کم ساخته شده است. چنین روبات های دیگری در جهان وجود دارد و مطمئناً بسیاری از آنها این ربات را "ضرب و شتم" می کنند. این پروژه توسط گروهی از چهار مهندس برق/کامپیوتر در Georgia Tech به عنوان یک پروژه طراحی ارشد طراحی شده است. هیچگونه راهنمایی از سوی مهندسین مکانیک دریافت نشد و از بودجه شخص ثالث استفاده نشد. این یک فرایند یادگیری عالی برای همه ما و استفاده مناسب از زمان دوره طراحی ارشد بود. من از دکتر جیمز همبلن ، مشاور بخش ما ، برای کمک مستمر در استراتژی های فنی تشکر می کنم. ، برای اینکه ما را از تلاش برای پروژه بلندپروازانه تر دلسرد نکرده اید> جیمز استاینبرگ و ادگار جونز ، مدیران ارشد آزمایشگاه طراحی ، برای کمک دائمی در سفارش قطعات ، عیب یابی و یافتن "چیزهای جالب" برای پرتاب کردن به پروژه با هزینه کم و عملکرد بالا> و البته ، سه نفر دیگر از اعضای تیم من ، که هیچ کدام از آنها امکان پذیر نبود: مایکل ایبرهارد ، ایوان تار و ناردیس واکر.