Noot Shoot云台开源分享

描述

该项目是 ME 461（机械系统的计算机控制）的最终作业的结果，这是伊利诺伊大学提供的一门课程。

介绍

Noot Shoot是一款云台上的橡皮筋射击游戏，使用计算机视觉瞄准特定颜色。云台使用 HiTec HS-311 伺服系统移动，安装在从 servocity 获得的块中。摄像头被拧在前面。另一个伺服器用作射手的触发器。

 

伺服系统使用德州仪器 (TI) 的微控制器 MSP430 进行定向，而 Orange Pi Zero 则用于与相机接口。舞台和腿是 3D 打印的。

系统输入

系统的输入是来自摄像机的实时馈送。在 Pi 中连续运行的 C++ 程序逐帧读取此提要并计算我们感兴趣的对象的中心坐标。在我们的例子中，我们将颜色范围定位在一系列 HSV 值之间：(239*, 103 , 103) 和 (15*, 255, 255)。这对应于 HSV 光谱中的亮粉色。该程序计算帧中的所有粉红色像素，如果有超过 60 个活动像素，则计算对象的质心（这是必要的，因此环境中的噪声不会被视为对象）。这些坐标使用 I2C 通信协议发送到 MSP430。

其他输入是两个按钮。一个用于手动拍摄，另一个用于改变状态。下一节将详细介绍更多信息。

比例控制器

一旦 MSP430 接收到物体的中心坐标，x 轴和 y 轴的误差就会计算为相机框架中心与物体中心之间的差值。误差的大小表明需要多少转弯。因此，我们将转率计算为误差和我们调整的比例增益的乘积。然后从先前发送的伺服命令中减去该转速，并将该新值设置为伺服的新目的地。我们需要减去，因为误差和舵机的正角运动方向相反。

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;

状态机

我们将控制程序包装在状态机中。射手可以分为两种状态。它要么正在主动识别要射击的目标，要么处于重新加载模式，此时载物台停止移动，以便用户可以加载下一个橡皮筋。射手以主动观察模式开始。以下是导致状态改变的条件：

从主动寻找到重装模式：

按状态更改按钮。

• 按状态更改按钮。

按下手动拍摄按钮。这会启动橡皮筋，并且射手会在很短的延迟后进入重新加载模式。

• 按下手动拍摄按钮。这会启动橡皮筋，并且射手会在很短的延迟后进入重新加载模式。

x 轴和 y 轴的误差小于定义的阈值超过 3 秒。这意味着目标要么移动非常缓慢，要么根本不动。在这种情况下，射击者会自动射击橡皮筋，然后在很短的延迟后进入装弹模式。

• x 轴和 y 轴的误差小于定义的阈值超过 3 秒。这意味着目标要么移动非常缓慢，要么根本不动。在这种情况下，射击者会自动射击橡皮筋，然后在很短的延迟后进入装弹模式。

从重新加载模式到积极寻找：

按状态更改按钮（这是唯一的方法）。

• 按状态更改按钮（这是唯一的方法）。

更多 MSP430 实施细节

结合三个伺服系统：我们使用定时器 B 来实现平移和倾斜伺服系统。载波频率设置为 20 ms。定时器设置为向上模式，输出模式设置为重置/设置。计时器 A 也进行了类似的调整，以控制射手伺服系统。

按钮连接：如上所述，我们使用了 2 个按钮。为此，我们将引脚 2.4 和 2.5 定义为启用和下拉电阻器的输入引脚。这些按钮还连接到电容器以防止弹跳。