描述

該項(xiàng)目是 ME 461（機(jī)械系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制）的最終作業(yè)的結(jié)果，這是伊利諾伊大學(xué)提供的一門課程。

介紹

Noot Shoot是一款云臺上的橡皮筋射擊游戲，使用計(jì)算機(jī)視覺瞄準(zhǔn)特定顏色。云臺使用 HiTec HS-311 伺服系統(tǒng)移動(dòng)，安裝在從 servocity 獲得的塊中。攝像頭被擰在前面。另一個(gè)伺服器用作射手的觸發(fā)器。

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伺服系統(tǒng)使用德州儀器 (TI) 的微控制器 MSP430 進(jìn)行定向，而 Orange Pi Zero 則用于與相機(jī)接口。舞臺和腿是 3D 打印的。

系統(tǒng)輸入

系統(tǒng)的輸入是來自攝像機(jī)的實(shí)時(shí)饋送。在 Pi 中連續(xù)運(yùn)行的 C++ 程序逐幀讀取此提要并計(jì)算我們感興趣的對象的中心坐標(biāo)。在我們的例子中，我們將顏色范圍定位在一系列 HSV 值之間：(239*, 103 , 103) 和 (15*, 255, 255)。這對應(yīng)于 HSV 光譜中的亮粉色。該程序計(jì)算幀中的所有粉紅色像素，如果有超過 60 個(gè)活動(dòng)像素，則計(jì)算對象的質(zhì)心（這是必要的，因此環(huán)境中的噪聲不會被視為對象）。這些坐標(biāo)使用 I2C 通信協(xié)議發(fā)送到 MSP430。

其他輸入是兩個(gè)按鈕。一個(gè)用于手動(dòng)拍攝，另一個(gè)用于改變狀態(tài)。下一節(jié)將詳細(xì)介紹更多信息。

比例控制器

一旦 MSP430 接收到物體的中心坐標(biāo)，x 軸和 y 軸的誤差就會計(jì)算為相機(jī)框架中心與物體中心之間的差值。誤差的大小表明需要多少轉(zhuǎn)彎。因此，我們將轉(zhuǎn)率計(jì)算為誤差和我們調(diào)整的比例增益的乘積。然后從先前發(fā)送的伺服命令中減去該轉(zhuǎn)速，并將該新值設(shè)置為伺服的新目的地。我們需要減去，因?yàn)檎`差和舵機(jī)的正角運(yùn)動(dòng)方向相反。

errorX = 160 - rxlong1; // rxlong1 is the x-coordinate of the object in frame.
errorY = 120 - rxlong2; // rxlong2 is the y-coordinate of the object in frame.
turnrateX = kpx*errorX; // kpx and kpy are gain values that need to be tuned.
turnrateY = kpy*errorY; 
currX = prevX - (turnrateX * 20)/1000; //We multiply with 0.02 based on the loop time
currY = prevY - (turnrateY * 20)/1000;

狀態(tài)機(jī)

我們將控制程序包裝在狀態(tài)機(jī)中。射手可以分為兩種狀態(tài)。它要么正在主動(dòng)識別要射擊的目標(biāo)，要么處于重新加載模式，此時(shí)載物臺停止移動(dòng)，以便用戶可以加載下一個(gè)橡皮筋。射手以主動(dòng)觀察模式開始。以下是導(dǎo)致狀態(tài)改變的條件：

從主動(dòng)尋找到重裝模式：

按狀態(tài)更改按鈕。

• 按狀態(tài)更改按鈕。

按下手動(dòng)拍攝按鈕。這會啟動(dòng)橡皮筋，并且射手會在很短的延遲后進(jìn)入重新加載模式。

• 按下手動(dòng)拍攝按鈕。這會啟動(dòng)橡皮筋，并且射手會在很短的延遲后進(jìn)入重新加載模式。

x 軸和 y 軸的誤差小于定義的閾值超過 3 秒。這意味著目標(biāo)要么移動(dòng)非常緩慢，要么根本不動(dòng)。在這種情況下，射擊者會自動(dòng)射擊橡皮筋，然后在很短的延遲后進(jìn)入裝彈模式。

• x 軸和 y 軸的誤差小于定義的閾值超過 3 秒。這意味著目標(biāo)要么移動(dòng)非常緩慢，要么根本不動(dòng)。在這種情況下，射擊者會自動(dòng)射擊橡皮筋，然后在很短的延遲后進(jìn)入裝彈模式。

從重新加載模式到積極尋找：

按狀態(tài)更改按鈕（這是唯一的方法）。

• 按狀態(tài)更改按鈕（這是唯一的方法）。

更多 MSP430 實(shí)施細(xì)節(jié)

結(jié)合三個(gè)伺服系統(tǒng)：我們使用定時(shí)器 B 來實(shí)現(xiàn)平移和傾斜伺服系統(tǒng)。載波頻率設(shè)置為 20 ms。定時(shí)器設(shè)置為向上模式，輸出模式設(shè)置為重置/設(shè)置。計(jì)時(shí)器 A 也進(jìn)行了類似的調(diào)整，以控制射手伺服系統(tǒng)。

按鈕連接：如上所述，我們使用了 2 個(gè)按鈕。為此，我們將引腳 2.4 和 2.5 定義為啟用和下拉電阻器的輸入引腳。這些按鈕還連接到電容器以防止彈跳。

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