طاولة فووسبالل المستقلة: 5 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

كان الهدف الرئيسي للمشروع هو إكمال نموذج أولي عملي لطاولة كرة القدم المستقلة (AFT) ، حيث يواجه اللاعب البشري خصمًا آليًا. من منظور الإنسان للعبة ، فإن طاولة فووسبالل تشبه إلى حد بعيد الطاولة العادية. يتم التحكم في اللاعب (اللاعبين) الموجود على الجانب البشري من خلال سلسلة من أربعة مقابض يمكن تحريكها للداخل والخروج وتدويرها لتحريك اللاعبين خطيًا عبر الملعب وركل الكرة باتجاه مرمى الخصم. يتكون الجانب المستقل من:> ثمانية محركات مؤازرة تستخدم للتعامل مع مقابض طاولة كرة القدم> متحكم دقيق لتنشيط محركات المؤازرة والتواصل مع الكمبيوتر> كاميرا ويب مثبتة فوق الرأس لتتبع الكرة واللاعبين> جهاز كمبيوتر للمعالجة صور كاميرا الويب ، وتنفيذ الذكاء الاصطناعي ، والتواصل مع وحدة التحكم الدقيقة ، أدت قيود الميزانية الخاصة بالنموذج الأولي إلى إبطاء المشروع إلى حد ما والحفاظ على وظائفه إلى الحد الأدنى. تم العثور على المحركات المناسبة لتحريك اللاعبين بسرعة تنافسية باهظة الثمن ، لذلك كان لابد من استخدام الماكينات ذات النهاية المنخفضة. في حين أن هذا التنفيذ المحدد كان محدودًا بالتكلفة والوقت ، فإن نسبة التروس الأكبر ستؤدي إلى روبوت لعب أسرع ، على الرغم من القيام بذلك سيكلف أكثر من السعر الأساسي 500 دولار (السعر بدون مصدر طاقة وجهاز كمبيوتر).

الخطوة 1: تجميع لوحة التحكم في المحرك

الصور المرفقة عبارة عن مخطط دائري كامل بالإضافة إلى صورة للمنتج النهائي للوحة التحكم في المحرك. يمكن شراء كل هذه الأجزاء المطلوبة من معظم متاجر الإلكترونيات الرئيسية على الإنترنت (بما في ذلك Digi-Key و Mouser. كملاحظة جانبية ، كانت جميع الأجزاء المستخدمة هنا من خلال ثقب ، وبالتالي ، يمكن تجميع الأجزاء على لوح أولي / لوح تجارب ، أو باستخدام تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور المرفق. يمكن إنشاء حزمة أصغر بكثير باستخدام عدد من الأجزاء المثبتة على السطح. عندما قمنا بتنفيذ التصميم ، قمنا بتقسيم عناصر التحكم في المحرك إلى دائرتين ، على الرغم من عدم وجود ميزة للقيام بذلك بخلاف أي مخطط محدد للكابلات يستخدم اللوحة الزرقاء الصغيرة التي تطبق دائرة التحكم PWM ، والتي هي في الأساس مجرد PIC-12F مسجّل مع بعض الرموز المتخصصة.

الخطوة 2: تجميع محرك سيرفو

يتم استخدام نوعين مختلفين من الماكينات. أولاً ، يتم التحكم في الحركة الجانبية بواسطة مجموعة من أربعة أجهزة ذات عزم دوران عالي: Robotis Dynamixel Tribotix AX-12. تعمل هذه الأربعة على خط تسلسلي واحد وتوفر وظائف مذهلة. يتيح عزم الدوران العالي توجيه هذه الماكينات بطريقة توفر سرعة عرضية عالية للحركة الجانبية. تمكنا من العثور على مجموعة من التروس والمسارات مقاس 3.5 بوصة للذهاب معهم من Grainger بتكلفة تبلغ حوالي 10 دولارات لكل منها. توفر الماكينات حماية من الحمل الزائد لعزم الدوران ، ونظام عنونة مؤازر فردي ، واتصالات سريعة ، ومراقبة درجة الحرارة الداخلية ، واتصالات ثنائية الاتجاه ، وما إلى ذلك. الجانب السلبي لهذه الماكينات هو أنها باهظة الثمن وليست سريعة جدًا (على الرغم من أن التروس يساعدها). لذلك من أجل الحصول على حركة أسرع للركل ، يتم استخدام Hitec HS-81s. تعتبر HS-81s غير مكلفة نسبيًا ولديها سرعة زاويّة سريعة بشكل لائق وسهلة التفاعل (معيار PWM). ومع ذلك ، فإن HS-81s تدور 90 درجة فقط (على الرغم من أنه من الممكن - وليس من المستحسن - محاولة تعديلها إلى 180 درجة). بالإضافة إلى ذلك ، لديهم تروس نايلون داخلية تنزع بسهولة إذا حاولت تعديل المؤازرة. سيكون من المفيد العثور على مؤازر دوار بزاوية 180 درجة له هذا النوع من السرعة الزاوية ، حيث يتم ربط النظام بأكمله مع قطع من الألواح الليفية متوسطة الكثافة (MDF) والألواح الليفية عالية الكثافة (HDF). تم اختيار هذا لتكلفته المنخفضة (حوالي 5 دولارات للورقة مقاس 6 × 4 بوصات) ، وسهولة القطع ، والقدرة على التفاعل مع أي سطح تقريبًا. سيكون الحل الأكثر ديمومة هو تصنيع أقواس الألمنيوم لتجميع كل شيء معًا. المسامير اللولبية التي تثبت أجهزة PWM في مكانها هي براغي قياسية للماكينة (# 10) مع صواميل سداسية تمسكها من الجانب الآخر. مسامير آلة متري 1 مم ، طولها حوالي 3/4 بوصة ، تمسك AX-12 في MDF الذي يربط الماكينات معًا.

الخطوة 3: البرمجيات

الخطوة الأخيرة هي تثبيت جميع البرامج المستخدمة على الجهاز. يتكون هذا من بضع أجزاء فردية من التعليمات البرمجية:> يتم تشغيل الكود على كمبيوتر معالجة الصور> يتم تشغيل الكود على متحكم PIC-18F> يتم تشغيل الكود على كل من وحدات التحكم الدقيقة PIC-12F هناك شرطان أساسيان للتثبيت على معالجة الصور الكمبيوتر. تتم معالجة الصور من خلال Java Media Framework (JMF) ، المتاح من خلال Sun هنا. تتوفر أيضًا واجهة برمجة تطبيقات Java Communications API ، المتوفرة عبر Sun ، للتواصل مع لوحة التحكم في المحرك ، عبر المنفذ التسلسلي على الكمبيوتر. يكمن جمال استخدام Java في أنه * يجب * تشغيله على أي نظام تشغيل ، على الرغم من أننا استخدمنا Ubuntu ، وهو توزيع Linux. على عكس الرأي الشائع ، فإن سرعة المعالجة في Java ليست سيئة للغاية ، خاصة في الحلقات الأساسية (التي يستخدمها تحليل الرؤية قليلاً) ، كما هو موضح في لقطة الشاشة ، يتم تتبع كل من الكرة واللاعبين المنافسين في كل تحديث للإطار. بالإضافة إلى ذلك ، يوجد مخطط الجدول بشكل مرئي ، ولهذا السبب تم استخدام شريط الرسامين الأزرق لإنشاء مخطط بصري. يتم تسجيل الأهداف عندما يتعذر على الكمبيوتر تحديد موقع الكرة لمدة 10 إطارات متتالية ، مما يشير عادةً إلى سقوط الكرة في المرمى بعيدًا عن سطح اللعب. عندما يحدث هذا ، يقوم البرنامج ببدء بايت صوتي إما للتعبير عن فرحتهم أو صيحات الاستهجان للخصم ، اعتمادًا على اتجاه الهدف. النظام الأفضل ، على الرغم من عدم توفر الوقت لتنفيذه ، هو استخدام زوج بسيط من باعث / مستشعر الأشعة تحت الحمراء لاكتشاف سقوط الكرة في المرمى. جميع البرامج المستخدمة في هذا المشروع متاحة في ملف مضغوط واحد ، هنا. لتجميع كود Java ، استخدم الأمر javac. يتم توزيع الكود PIC-18F و PIC-12F مع برنامج MPLAB الخاص بشركة Microchip.

الخطوة 4: تثبيت كاميرا الويب

تم استخدام كاميرا الويب Philips SPC-900NC ، على الرغم من عدم التوصية بذلك. تم تزوير مواصفات هذه الكاميرا إما من قبل المهندسين أو موظفي المبيعات في Philips. بدلاً من ذلك ، ستفعل أي كاميرا ويب رخيصة الثمن ، طالما أنها مدعومة من قبل نظام التشغيل. لمزيد من المعلومات حول استخدام كاميرات الويب في نظام Linux ، راجع هذه الصفحة ، لقد قمنا بقياس المسافة التي يتطلبها الطول البؤري لكاميرا الويب لتلائم طاولة فووسبالل بالكامل في الإطار. بالنسبة لطراز الكاميرا هذا ، تبين أن هذا الرقم يزيد قليلاً عن 5 أقدام. استخدمنا رفوف رفوف متاحة من أي متجر لاجهزة الكمبيوتر لبناء حامل للكاميرا. تمتد أرفف الرفوف لأعلى من كل ركن من أركان الطاولة الأربعة ويتم دعمها من خلال أقواس من الألومنيوم بزاوية. من المهم جدًا أن تتمركز الكاميرا ولا تحتوي على دوران زاوي ، نظرًا لأن البرنامج يفترض أن المحورين x و y محاذيان للجدول.

الخطوة 5: الخاتمة

يمكن تنزيل جميع ملفات المشروع ذات الصلة من هذا الموقع. يمكن العثور على نسخة احتياطية من غالبية محتوى الموقع هنا ، على مضيف الويب الشخصي الخاص بي. يتضمن هذا التقرير النهائي ، الذي يحتوي على تحليل تسويقي بالإضافة إلى الأشياء التي قد نغيرها ، وأهدافنا الأصلية وقائمة بالمواصفات التي تم تحقيقها بالفعل. لا يُقصد بالمشروع أن يكون اللاعب الأكثر تنافسية في العالم. إنها أداة جيدة لإظهار المزيد من الخطوات المستخدمة في تصميم مثل هذا الوحش بالإضافة إلى نموذج أولي لائق لهذا النوع من الروبوتات المصممة بتكلفة منخفضة بشكل لا يصدق. هناك روبوتات أخرى من هذا القبيل في العالم ، وبالتأكيد ، فإن العديد منهم "سيهزمون" هذا الروبوت. تم تصميم هذا المشروع من قبل مجموعة من أربعة مهندسي كهرباء / كمبيوتر في Georgia Tech كمشروع تصميم كبير. لم يتلق أي من المهندسين الميكانيكيين أي مساعدة ولم يتم استخدام أي تمويل من طرف ثالث. لقد كانت عملية تعليمية رائعة بالنسبة لنا جميعًا واستخدامًا لائقًا لوقت دورة التصميم العليا وأود أن أشكر> الدكتور جيمس هامبلن ، مستشار القسم لدينا ، على مساعدته المستمرة في الاستراتيجيات التقنية> الدكتورة جينيفر مايكلز ، الأستاذة الرئيسية ، لعدم تثبيطنا عن محاولة مشروع أكثر طموحًا> جيمس شتاينبرغ وإدغار جونز ، كبار مديري معمل التصميم ، للمساعدة المستمرة في طلب الأجزاء ، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها ، والعثور على "الأشياء الرائعة" لإلقاءها في المشروع بتكلفة منخفضة و وظائف عالية> وبالطبع ، الأعضاء الثلاثة الآخرون في فريقي ، لم يكن أي من هذا ممكنًا: مايكل أيبرهارد ، وإيفان تار ، ونارديس والكر.