Vaarika PI nägemisprotsessor (SpartaCam): 8 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Vaarika PI nägemisprotsessori süsteem teie FIRST Robotics Competition robotile

Umbes FIRST

Vikipeediast tasuta entsüklopeedia

ESIMENE robootikavõistlus (FRC) on rahvusvaheline keskkooli robootikavõistlus. Igal aastal töötavad kuue nädala jooksul keskkooliõpilaste, treenerite ja mentorite meeskonnad, et ehitada kuni 120 naela (54 kg) kaaluvad mängurobotid. Robotid täidavad selliseid ülesandeid nagu pallide löömine väravatesse, ketaste lendamine väravatesse, sisetorud riiulitele, trellidel rippumine ja robotite tasakaalustamine tasakaalupalkidel. Mäng koos vajalike ülesannete komplektiga muutub igal aastal. Kuigi meeskondadele antakse standardne osade komplekt, lubatakse neil ka eelarvet ning neid julgustatakse ostma või valmistama spetsiaalseid osi.

Selle aasta mäng (2020) INFINITE RECHARGE. Mäng Infinite Recharge hõlmab kahte liitu kolmest meeskonnast, kus iga meeskond kontrollib robotit ja täidab väljakul konkreetseid ülesandeid, et punkte koguda. Mäng keskendub futuristlikule linnateemale, mis hõlmab kahte liitu, mis koosnevad kolmest meeskonnast, kes võistlevad erinevate ülesannete täitmisel, sealhulgas vahupallide laskmine kõrgete ja madalate eesmärkideni, et aktiveerida kilbigeneraator, manipuleerida juhtpaneeli abil selle kilbi aktiveerimiseks, ja naasmine Kilbigeneraatori juurde, et matši lõpus parkida või ronida. Eesmärk on pingestada ja aktiveerida kilp enne mängu lõppu ja asteroidid tabavad FIRST Cityt, futuristlikku linna, mille eeskuju on tähesõjad.

Mida teeb Raspberry PI nägemisprotsessor?

Kaamera saab skaneerida mänguvälja ja sihtmärgi asukohti, kus mängutükke tarnitakse või mis tuleb paigutada skoorimiseks. Komplektil on 2 ühendust, toide ja Ethernet.

Nägemise sihtmärgid mänguväljal on visandatud helkurpaelaga ja valgus peegeldub tagasi kaamera objektiivile. Cha-leme Visioni avatud lähtekoodiga (Pi) (https://chameleon-vision.readthedocs.io/en/latest/…) töötleb vaadet, tõstab selle esile, lisab pildi ülekatteid ja väljundkõrgust, nihkumist, kontuuri ja asukohta massiivi väärtused järjestatud x ja y meetrites ja nurk kraadides koos muude andmetega võrgutabeli kaudu. Seda teavet kasutatakse tarkvaras, et juhtida meie robotit autonoomses režiimis, samuti suunata ja tulistada meie torniga laskurit. Pi abil saab käivitada ka teisi tarkvaraplatvorme. FRC visiooni saab installida, kui teie meeskond on juba investeerinud sellele platvormile tarkvara aja.

Meie eelarve oli sel aastal pingeline ja Limelighti $ 399.00 (https://www.wcproducts.com/wcp-015) kaamera ostmine ei olnud kaartidel. Ostes kõik tarvikud Amazonist ja kasutades meeskonna 3512 Spartatroniks 3D -printerit, suutsin kohandatud nägemissüsteemi pakkida hinnaga 150,00 dollarit. Mõned esemed tulid hulgi, teise kaasprotsessori loomiseks oleks vaja ainult teist Raspberry Pi, PI-kaamerat ja ventilaatorit. CAD -i abiga ühelt meeskonnalt Mentorid (aitäh Matt) loodi PI -korpus Fusion 360 abil.

Miks mitte lihtsalt kasutada odava korpusega Pi -d, ühendada USB -kaamera, lisada helin, paigaldada kameeleonivisioon ja ongi valmis. Ma tahtsin rohkem energiat ja vähem kaableid ning kohandatud süsteemi jahedustegurit.

Pi 4 kasutab täisavaga töötades 3 amprit, see tähendab, et ta kasutab enamikku oma portidest, wifi -ühendust ja kuvarit. Me ei tee seda oma robotite puhul, kuid roboRIO https://www.ni.com/en-us/support/model.roborio.ht… USB-pordid on pingeregulaatori mooduliga (mahuga 900 mA)) 5 -voldine voolutugevus kuni 2 amprit, 1,5 ampri piir, kuid see on jagatud pistik, nii et kui mõni muu seade on 5 -voldisel siinil, on võimalik väljalülitus. VRM toidab ka 12 volti 2 amprit, kuid me kasutame mõlemat ühendust raadio toiteks, kasutades POE -kaablit ja koondamiseks tünniühendust. Mõned FRC inspektorid ei luba sinna midagi muud peale VRM -i trükitud materjali ühendada. Seega tuleb Pi toiteallikaks kasutada 12 volti PDP -st 5 -amprise kaitselülitiga.

Toitejaotuspaneelil (PDP) oleva 5 ampri kaitselüliti kaudu tarnitakse 12 volti, see muundatakse 5,15 voltiks, kasutades LM2596 DC to DC Buck Converter. Bucki muundur toidab 5 volti 3 amprit ja jääb reguleeritavaks kuni 6,5 volti sisendini. See 5 -voldine siin annab seejärel toite 3 alamsüsteemile, LED -rõngasmassiivile, ventilaatorile, Raspberry Pi -le.

Tarvikud

• 6-osaline LM2596 alalisvoolu-alalisvoolu muundur 3.0-40V kuni 1.5-35V toiteallika astmemoodul (6 pakki) $ 11.25
• Noctua NF-A4x10 5V, vaikne ventilaator, 3-pin, 5V versioon (40x10mm, pruun) 13,95 $
• SanDisk Ultra 32 GB microSDHC UHS-I kaart koos adapteriga-98 MB/s U1 A1-SDSQUAR-032G-GN6MA 7,99 $
• Raspberry Pi kaameramoodul V2-8 megapiksline, 1080p 428.20
• GeeekPi Raspberry Pi 4 jahutusradiaator, 20 tk Raspberry Pi alumiiniumist jahutusradiaatorid koos soojusjuhtiva kleeplindiga Raspberry Pi 4 mudelile B (Raspberry Pi plaat ei kuulu komplekti) $ 7.99
• Raspberry Pi 4 mudel B 2019 neljatuumaline 64 -bitine WiFi Bluetooth (4 GB) $ 61.96
• (200 tk pakendis) 2N2222 transistor, 2N2222 kuni 92 transistor NPN 40V 600mA 300MHz 625mW läbi augu 2N2222A $ 6.79
• EDGELEC 100tk 100 oomi takisti 1/4w (0,25 W) ± 1% tolerants metallkile fikseeritud takisti $ 5.69 https://smile.amazon.com/gp/product/B07QKDSCSM/re… Waycreat 100PCS 5mm rohelised LED -dioodtuled selged kiirgavad LED -id Kõrge intensiivsusega üliheledad pirnlambid Elektroonikakomponendid Lambidioodid $ 6.30
• J-B Weld Plastic Bonder $ 5.77

Samm: prototüüp 1

Esimene test pakendis:

Meeskonnal oli eelmisest aastast Pi 3, mis oli testimiseks saadaval. Lisati pi kaamera, DC-DC buck/boost circuit ja Andymarki rõngastuli.

Sel ajal polnud ma Pi 4 -ga arvestanud, nii et ma ei muretsenud energiavajaduse pärast. Toide saadi roboRIO kaudu USB kaudu. Kaamera sobis ümbrisesse ilma muudatusteta. Rõngastuli liimiti korpuse katte külge kuumalt ja ühendati võimendusplaadiga. Suurendusplaat ühendati GPIO portidega 2 ja 6 5 volti jaoks ning väljund reguleeriti rõnga käivitamiseks kuni 12 voltini. Korpuse sees ei olnud ruumi võimendusplaadi jaoks, nii et see oli ka väljast liimitud. Tarkvara installiti ja testiti, kasutades 2019. mänguaasta sihtmärke. Tarkvarameeskond andis pöidlad püsti, nii et tellisime Pi 4, jahutusradiaatorid ja ventilaatori. Ja samal ajal, kui me seal viisime, oli korpus kavandatud ja 3D -trükitud.

2. samm: prototüüp 2

Korpuse sisemõõtmed olid korras, kuid sadama asukohad olid nihutatud, mitte näitusekork.

See lõpetati vahetult pärast uue mängu avalikustamist, nii et tarkvara saaks testida uute sihtkohtade suhtes.

Head ja halvad uudised. Rõngavalgus ei olnud piisav, kui olime sihtmärgist kaugemal kui 15 jalga, nii et oleks aega valgustuse ümbermõtestamiseks. Kuna muudatusi oli vaja, pean seda seadet prototüübiks 2.

Samm: prototüüp 3

Prototüüp 2 jäeti kokku, et tarkvara saaks oma süsteemi täiustada. Vahepeal leiti veel üks Pi 3 ja panin teise katsekambri kokku. Sellel oli Pi3, USB lifecam 3000 otse plaadile joodetud, võimendusmuundur ja käsitsi joodetud dioodimassiiv.

Jälle head, halvad uudised. Massiiv võib valgustada sihtmärki 50+jala kauguselt, kuid kaotab sihtmärgi, kui nurk on suurem kui 22 kraadi. Selle teabe abil saab lõpliku süsteemi luua.

4. samm: lõpptoode

Prototüübil 3 oli 6 dioodi, mis paiknesid üksteisest ligikaudu 60 kraadi kaugusel ja olid suunatud otse ette.

Lõplikud muudatused olid 8 objektiivi ümber 45 kraadi kaugusel asuva dioodi lisamine, 4 dioodi suunatud ettepoole ja 4 dioodi 10 kraadi väljapoole, andes vaatevälja 44 kraadi. See võimaldab ka korpuse paigaldada robotile vertikaalselt või horisontaalselt. Uus korpus trükiti muudatustega, et mahutada Pi 3 või Pi 4. Korpuse esikülge muudeti üksikute dioodide jaoks.

Testimine ei näidanud Pi 3 või 4 vahel mingeid jõudlusprobleeme, nii et korpuse avad tehti nii, et Pi oleks võimalik paigaldada. Eemaldati tagumised kinnituspunktid ja kupli ülaosas olevad väljalaskeavad. Pi 3 kasutamine vähendab kulusid veelgi. Pi 3 töötab jahedamalt ja kasutab vähem energiat. Lõpuks otsustasime kulude kokkuhoiuks kasutada PI 3 -sid ja tarkvara meeskond soovis kasutada mõnda koodi, mis töötaks Pi 3 -l, mida polnud Pi 4 jaoks värskendatud.

Importige STL oma 3D -printerite viilutajasse ja minema. See fail on tollides, nii et kui teil on Cura -tüüpi viilutaja, peate selle mõõtmeteks teisendamiseks tõenäoliselt skaleerima osa %2540 -ni. Kui teil on Fusion 360, saab.f3d -faili vastavalt teie vajadustele muuta. Tahtsin lisada.step -faili, kuid juhised ei luba faile üles laadida.

Vajalikud põhilised tööriistad:

• Traadi eemaldajad
• Tangid
• Jootekolb
• Kuumakahandavad torud
• Traadilõikurid
• Pliivaba joodis
• Flux
• Abistavad käed või tangid
• Soojuspüstol

5. samm: dioodimassi juhtmestik

Ohutusalane teave:

Jootekolb Ärge kunagi puudutage jootekolvi elementi…. 400 ° C! (750 ° F)

Hoidke juhtmeid kuumutamiseks pintsettide või klambritega.

Hoidke puhastuskäsn kasutamise ajal märjana.

Pange jootekolb alati oma alusele tagasi, kui seda ei kasutata.

Ärge kunagi pange seda töölauale.

Lülitage seade välja ja eemaldage vooluvõrgust, kui te seda ei kasuta.

Jootmine, voog ja puhastusvahendid

Kandke kaitseprille.

Jootmine võib "sülitada".

Kasutage võimaluse korral kampolivaba ja pliivaba jootet.

Hoidke puhastuslahusteid pudelites.

Pärast jootmist peske alati käsi seebi ja veega.

Töötage hästi ventileeritavas kohas.

OK, asume tööle:

Korpuse esiküljele trükiti dioodiavad 0, 90, 180, 270 punkti on 10 kraadi väljapoole kallutatud. Aukud punktides 45, 135, 225, 315 on sirged.

Asetage kõik dioodid korpuse esiküljele, et kontrollida 5 mm ava suurust. Tihe kinnitus hoiab dioodid õige nurga all. Dioodi pikk juhe on anood, jootke igale dioodile 100 oomi takisti. Dioodi ja takisti jootejuhtmed sulguvad ja jätavad takisti teisele küljele pika juhtme (vt fotod). Enne jätkamist katsetage iga kombinatsiooni. AA patarei ja 2 mõõtejuhet valgustavad dioodi hämaralt ja kontrollivad, kas polaarsus on õige.

Asetage diood/takisti kombinatsioon tagasi korpusesse ja asetage juhtmed siksakiliselt, nii et iga takisti juhe puudutab rõnga loomiseks järgmist takistit. Jootke kõik juhtmed. Ma segaksin kokku mõne J-B keevisõmblusega plastikühendi (https://www.amazon.com/J-B-Weld-50133-Tan-1-Pack) ja epoksiidiks dioodi/takisti kombinatsiooni. Kaalusin superliimi, kuid polnud kindel, kas tsüanoakrülaat udustab dioodläätse. Ma tegin seda kogu jootmise lõpus, kuid soovin, et oleksin seda teinud, et vähendada pettumust, kui dioodid jootmise ajal paigal ei hoia. Epoksü paigaldatakse umbes 15 minutiga, nii et see on hea koht puhkamiseks.

Nüüd saab kõik katoodijuhtmed kokku jootma, et luua - või maandusrõngas. Lisage oma dioodrõngale 18 gabariidi punased ja mustad juhtmed. Testige valmis massiivi 5 -voldise toiteallika abil, USB -laadija sobib selleks hästi.

Samm 6: Buck/Boost juhtmestik

Enne Buck -muunduri ühendamist peame seadistama väljundpinge. Kuna me kasutame PDP -d 12 -voldise toite jaoks, ühendasin juhtme otse PDP -porti, mis on sulatatud 5 amprit. Klammerdage voltmeeter plaadi väljundisse ja alustage potentsiomeetri pööramist. Muudatuste nägemiseks kulub üsna palju pöördeid, kuna plaati testitakse tehasel täisvõimsusele ja jäetakse selle sätte juurde. Seadke 5,15 voltile. Seame mõne millivolti kõrgeks, et see vastaks sellele, mida Pi ootab USB -laadijalt, ja ventilaatori ja dioodimassiivi mis tahes laadimisest. (Esialgse testimise ajal nägime Pi -lt ebameeldivaid sõnumeid, mis kurtsid madala bussi pinge üle. Interneti -otsing andis meile teavet, et Pi ootas rohkem kui 5,0 volti, kuna enamik laadijaid pani veidi rohkem välja ja Pi tüüpiline toiteallikas on USB -laadija.)

Järgmisena peame juhtumi ette valmistama:

Pöördmuundurit ja Pi hoitakse kinni 4-40 masinakruvi abil. #43 Puurotsik sobib ideaalselt 4-40 niidi teipimiseks täpsete aukude loomiseks. Hoidke Pi- ja buck -muundurit takistuste juures, märkige ja puurige puuriga #43. Seisukohtade kõrgus võimaldab tillidele piisavat sügavust ilma seljataga läbimata. Puudutage auke 4–40 pimekraaniga. Plastist kasutatavad isekeermestavad kruvid toimiksid siin hästi, kuid mul oli 4–40 kruvi saadaval, nii et ma kasutasin seda. SD -kaardile juurdepääsu võimaldamiseks on vaja kruvisid (selle korpusega ei kaasne välist juurdepääsu kaardile).

Järgmine auk, mida puurida, on teie toitekaabli jaoks. Valisin alumisest nurgast punkti, et see kulgeks piki Etherneti kaabli külge väljastpoolt ning sisemiselt Pi poole ja seejärel selle alla. Kasutasin varjestatud 2 -juhtmelist kaablit, mis mul käepärast oli, mis tahes 14 -gaasiline traatpaar töötab. Kui kasutate ilma ümbriseta traatpaari, pange kaitseks ja pingete leevendamiseks juhtmele 1–2 kihti kahanev koht, kus see siseneb teie korpusesse. Aukude suurus määratakse teie traadi valiku järgi.

Nüüd saate jooteid juhtida DC-DC muunduri sisendliinidesse. Ühendused on plaadil märgistatud. Punane juhe sisse+ must juhe sisse-. Tahvlist välja tulles jootsin 2 lühikest paljast juhet, mis toimisid traatpostina ventilaatori, Pi ja transistori ühendamiseks.

Samm: lõplik juhtmestik ja epoksü

Pi -ga tehakse ainult 4 ühendust. Maandus, toide, LED -juhtimine ja kaamera liidese lintkaabel.

Pi -l kasutatavad kolm tihvti on 2, 6 ja 12.

Lõigake punane, must ja valge traat 4 tolli pikkuseks. Eemaldage 3/8 tolli isolatsioon juhtmete mõlemalt otsalt, traadi tinaotsad ja tina tihvtid Pi peal.

• Jootke punane traat GPIO tihvtiga 2, libistage 1/2 tolli termokahanevast torust soojust.
• Jootke must traat GPIO tihvti 6 külge, libistage 1/2 tolli termokahanevast torust soojust.
• Jootke valge traat GPIO tihvti 12 külge, libistage 1/2 tolli termokahanevast torust soojust.
• Jootke punane traat väljalülitamiseks+
• Jootke must traat väljalülitamiseks-
• Lisage 1 -tolline termokaha valgele juhtmele ja jootke 100 -oomisele takistile ja takistilt transistori alusele. Isoleerige termokahanemisega.
• Transistori kiirgaja Buckile -
• Transistori kollektor dioodimassiivi katoodi poolele
• Dioodimassiiv Anood/takistus Buck + -le
• Ventilaatori punane juhe väljalülitamiseks+
• Ventilaatori must traat väljalülitamiseks-

Viimane ühendus:

Lükake kaamera liidese kaabel sisse. Kaabliühendus kasutab zif -pistikut (null sisestamisjõudu). Pistiku ülaosas olev must riba tuleb üles tõsta, kaabel asetada pistikupessa, seejärel suruda pistik tagasi alla, et see oma kohale lukustada. Olge ettevaatlik, et kaablit mitte krimpsutada, sest isolatsiooni jäljed võivad puruneda. Samuti tuleb pistik otse lintkaabli ja tihvtide joondamise jaoks sisestada.

Kontrollige, kas teie töös ei ole hulkuvate traatide ahelaid ja jooteplekke, kinnitage tagumised jootmispostid üleliigse pikkusega.

Kui olete oma tööga rahul, saab ventilaatori ja kaamera paika panna. Mõni tilk nurkades on kõik, mida vajate.

8. samm: tarkvara

Epoksiidi kõvenemise ajal saab tarkvara SD -kaardile sisestada. arvutiga ühendamiseks vajate SD-kaardi adapterit (https://www.amazon.com/Reader-Laptop-Windows-Chrom….

Minema:

www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ ja laadige alla Raspbian Buster Lite. SD -kaardi vilkumiseks raspbianiga vajate teist tarkvarariista BalenaEtcher ja selle leiate siit, Epoksü oleks pidanud praeguseks piisavalt kõvastuma, et saaksite SD -kaardi paigaldada ja buck/boost plaadi alla keerata. Kontrollige enne katte kinnitamist, et juhtmed ei segaks katet ja kaamera kaabel ei puudutaks ventilaatori labasid. Kui kate on paigas, puhun ventilaatorile ja vaatan, kuidas see liigub, et tagada juhtmete või lintkaabli häirete puudumine.

Aeg sisselülitamiseks:

Esmakordsel sisselülitamisel vajate hdmi -kaablit, kui Pi 4 on mini -hdmi -kaabel, USB -klaviatuur ja hdmi -monitor koos Interneti -ühendusega. Ühendage 12 -voldise toiteallikaga, PDP 5 -amprise kaitselülitiga.

Pärast sisselogimist tuleb kõigepealt konfiguratsioonitööriist käivitada. Siin saab määrata SSH -d koos PI -kaamera lubamisega. https://www.raspberrypi.org/documentation/configur… sisaldab juhiseid.

Taaskäivitage enne Chameleon Visioni installimist

Külastage enne nende tarkvara kasutamist nende saiti, seal on palju teavet. Üks märkus, nende toetatud riistvara lehel kuvatakse Pi -kaamerat mitte toetatuna, kuid see on nende uusima väljalaskega. Veebileht vajab värskendamist.

Kameeleoni visiooni veebisaidilt:

Chameleon Vision saab töötada enamikus Raspberry Pi jaoks saadaolevates operatsioonisüsteemides. Siiski on soovitatav installida Rasbian Buster Lite, mis on saadaval siin https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/. Raspbiani installimiseks SD -kaardile järgige juhiseid.

Veenduge, et Raspberry Pi oleks Etherneti kaudu Internetiga ühendatud. Logige sisse Raspberry Pi (kasutajanimi pi ja parool raspberry) ja käivitage terminalis järgmised käsud:

$ wget https://git.io/JeDUk -O install.sh

$ chmod +x install.sh

$ sudo./install.sh

$ sudo taaskäivitage kohe

Palju õnne! Teie Raspberry Pi on nüüd Chameleon Visioni käivitamiseks seadistatud! Kui Raspberry Pi on taaskäivitatud, saab Chameleon Visioni käivitada järgmise käsuga:

$ sudo java -jar chameleon -vision.jar

Kui Chameleon Visioni uus versioon ilmub, värskendage seda, käivitades järgmised käsud:

$ wget https://git.io/JeDUL -O update.sh

$ chmod +x update.sh

$ sudo./update.sh

LED -massiivi juhtimine:

Teie LED -massiiv ei sütti ilma tarkvara juhtimiseta

Selle aasta esimesel robootikal on reegel eredate LED -tulede vastu, kuid lubab neid, kui neid saab vastavalt vajadusele välja ja sisse lülitada. Colin Gideon "SpookyWoogin", FRC 3223, kirjutas LED -i juhtimiseks Pythoni skripti ja selle leiate siit:

github.com/frc3223/RPi-GPIO-Flash

See süsteem käivitab ka FRC visiooni, kui teie meeskond on juba investeerinud tarkvara platvormile. FRC -nägemise abil kuvatakse kogu SD -kaart, nii et pole vaja raspbiani alla laadida. Hangi see siit

Nii saate nägemissüsteemi jahedas vormis. Edu võistlustel!

Võistlus Raspberry Pi konkursil 2020