Mesa autônoma de pebolim: 5 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

O objetivo principal do projeto era completar um protótipo funcional para uma Mesa Autônoma de Pebolim (AFT), onde um jogador humano enfrenta um oponente robótico. Do ponto de vista humano do jogo, a mesa de pebolim é muito semelhante a uma mesa normal. Os jogadores do lado humano são controlados por uma série de quatro alças que podem ser movidas para dentro e para fora e giradas para mover os jogadores linearmente pelo campo de jogo e chutar a bola em direção ao gol do adversário. O lado autônomo consiste em:> Oito servo motores usados para manipular as alças da mesa de pebolim> Um microcontrolador para ativar os servo motores e se comunicar com o computador> Uma webcam montada na cabeça para rastrear a bola e os jogadores> Um computador para processar As imagens da webcam, implementam inteligência artificial e se comunicam com as restrições do microcontroladorBudget para o protótipo, atrasaram um pouco o projeto e mantiveram sua funcionalidade no mínimo. Motores adequados para mover os jogadores em uma velocidade competitiva eram considerados muito caros, então servos de gama baixa tiveram que ser usados. Enquanto esta implementação em particular era limitada pelo custo e tempo, uma relação de engrenagem maior resultaria em um robô de jogo mais rápido, embora fazer isso custaria mais do que o preço base de $ 500 (preço sem fonte de alimentação e computador).

Etapa 1: Montagem da placa de controle do motor

As imagens anexas são um esquema completo do circuito, bem como uma imagem do produto final para a placa de controle do motor. Todas essas peças necessárias podem ser compradas na maioria das principais lojas de eletrônicos online (incluindo Digi-Key e Mouser. Como uma observação lateral, todas as peças usadas aqui eram através de orifício e, portanto, as peças podem ser montadas em um protoboard / breadboard, ou usando o design de PCB anexado. Um pacote muito menor poderia ser criado usando várias peças de montagem em superfície. Quando implementamos o design, dividimos os controles do motor em 2 circuitos, embora não haja outra vantagem em fazer isso, exceto qualquer esquema de cabeamento específico usado. A pequena placa azul implementa o circuito de controle PWM, que é basicamente apenas um PIC-12F com clock com algum código especializado.

Etapa 2: Montagem do servo motor

Dois tipos diferentes de servos são usados. Primeiro, o movimento lateral é controlado por um grupo de quatro servos de alto torque: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. Esses quatro funcionam em uma única linha serial e fornecem uma funcionalidade incrível. O alto torque permite que esses servos sejam engrenados de forma a proporcionar uma alta velocidade tangencial para o movimento lateral. Conseguimos encontrar um conjunto de engrenagens de 3,5 polegadas e esteiras da Grainger a um custo de cerca de US $ 10 cada. Os servos fornecem proteção contra sobrecarga de torque, um esquema de endereçamento de servo individual, comunicações rápidas, monitoramento de temperatura interna, comunicações bidirecionais, etc. A desvantagem desses servos é que eles são caros e não são muito rápidos (embora a engrenagem os ajude). Portanto, para obter um movimento mais rápido para chutar, Hitec HS-81s são usados. Os HS-81s são relativamente baratos, têm uma velocidade angular decentemente rápida e são fáceis de conectar (PWM padrão). O HS-81s gira apenas 90 graus, entretanto (embora seja possível - e não recomendado - tentar modificá-los para 180 graus). Além disso, eles têm engrenagens de náilon internas que se desmontam facilmente se você tentar modificar o servo. Valeria a pena encontrar um servo giratório de 180 graus que tivesse esse tipo de velocidade angular. Todo o sistema é amarrado com pedaços de painel de fibra de média densidade (MDF) e painel de fibra de alta densidade (HDF). Ela foi escolhida por seu baixo custo (~ $ 5 para uma folha de 6'x4 '), facilidade de corte e capacidade de interface com praticamente qualquer superfície. Uma solução mais permanente seria usinar suportes de alumínio para manter tudo junto. Os parafusos que prendem os servos PWM no lugar são parafusos de máquina padrão (# 10s) com porcas sextavadas prendendo-os do outro lado. Parafusos de máquina métricos de 1 mm, com cerca de 3/4 de comprimento, prendem o AX-12 no MDF que conecta os dois servos. Um trilho de gaveta de ação dupla mantém todo o conjunto abaixado e alinhado com o trilho.

Etapa 3: Software

A última etapa é instalar todo o software usado na máquina. Isso consiste em algumas partes individuais de código:> O código executado no PC de processamento de imagem> O código executado no microcontrolador PIC-18F> O código executado em cada um dos microcontroladores PIC-12F Existem dois pré-requisitos para instalar no processamento de imagem PC. O processamento da imagem é feito por meio do Java Media Framework (JMF), que está disponível pela Sun aqui. Também disponível através da Sun, o Java Communications API é usado para se comunicar com a placa de controle do motor, através da porta serial do computador. A beleza de usar Java é que ele * deve * ser executado em qualquer sistema operacional, embora tenhamos usado o Ubuntu, uma distribuição Linux. Ao contrário da opinião popular, a velocidade de processamento em Java não é tão ruim, especialmente em looping básico (que a análise de visão usa bastante). Como visto na imagem, tanto a bola quanto os jogadores adversários são rastreados em cada atualização de quadro. Além disso, o contorno da mesa está localizado visualmente, razão pela qual a fita do pintor azul foi usada para criar um contorno visual. Os gols são registrados quando o computador não consegue localizar a bola por 10 frames consecutivos, normalmente indicando que a bola caiu no gol, fora da superfície de jogo. Quando isso acontece, o software inicia um byte de som para torcer ou vaiar o oponente, dependendo da direção do gol. Um sistema melhor, embora não tenhamos tido tempo de implementá-lo, seria usar um par emissor / sensor infravermelho simples para detectar a queda da bola no gol. Todo o software usado neste projeto está disponível em um único arquivo zip, aqui. Para compilar o código Java, use o comando javac. O código PIC-18F e PIC-12F é distribuído com o software MPLAB da Microchip.

Etapa 4: montagem da webcam

Foi usada uma webcam Philips SPC-900NC, embora não seja recomendada. As especificações desta câmera foram falsificadas pela equipe de engenharia ou de vendas da Philips. Em vez disso, qualquer webcam barata serviria, contanto que fosse compatível com o sistema operacional. Para obter mais informações sobre o uso de webcams no Linux, verifique esta página. Medimos a distância exigida pelo comprimento focal da webcam para caber toda a mesa de pebolim no quadro. Para este modelo de câmera, esse número acabou sendo pouco mais de 5 pés. Usamos prateleiras disponíveis em qualquer grande loja de ferragens para construir um suporte para a câmera. As prateleiras se estendem para cima a partir de cada um dos quatro cantos da mesa e são reforçadas por suportes angulares de alumínio. É muito importante que a câmera esteja centralizada e não tenha rotação angular, uma vez que o software assume que os eixos xey estão alinhados à mesa.

Etapa 5: Conclusão

Todos os arquivos de projeto relacionados podem ser baixados neste site. Um backup da maior parte do conteúdo do site pode ser encontrado aqui, em meu host pessoal. Isso inclui o relatório final, que contém uma análise de marketing, bem como coisas que mudaríamos, nossos objetivos originais e uma lista de quais especificações foram realmente alcançadas. O projeto NÃO pretende ser o jogador mais competitivo do mundo. É uma boa ferramenta para mostrar mais das etapas usadas no projeto de tal besta, bem como um protótipo decente desse tipo de robô construído por um custo incrivelmente baixo. Existem outros robôs semelhantes no mundo e, certamente, muitos deles "derrotariam" este robô. Este projeto foi elaborado por um grupo de quatro engenheiros elétricos / de computação da Georgia Tech como um projeto de design sênior. Nenhuma ajuda foi recebida por nenhum engenheiro mecânico e nenhum financiamento de terceiros foi usado. Foi um ótimo processo de aprendizagem para todos nós e um uso decente do tempo do curso de design sênior. Gostaria de agradecer ao> Dr. James Hamblen, nosso consultor de seção, por sua ajuda contínua em estratégias técnicas> Dra. Jennifer Michaels, a professora principal, para não nos desencorajar de tentar um projeto mais ambicioso> James Steinberg e Edgar Jones, os administradores do laboratório de design sênior, pela ajuda constante no pedido de peças, solução de problemas e encontrar o "material legal" para lançar no projeto a baixo custo e alta funcionalidade> E, claro, os outros três membros da minha equipe, dos quais nada disso teria sido possível: Michael Aeberhard, Evan Tarr e Nardis Walker.