ROObockey:Ferngesteuerter, zielunterstützter Straßenhockey-Roboter

1. Einführung
   Im Zuge des technologischen Fortschritts wird die Bildverarbeitung in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, insbesondere
   in der Robotik. Beispiele für Bildverarbeitung finden sich in autonomen Fahrzeugen und
   kommerziellen Robotern. Der Robogames-Wettbewerb in San Mateo, Kalifornien, fordert
   Studenten heraus, neue Technologien einzusetzen, um einen Roboter-Hockeyspieler zu entwickeln, der in der Lage ist, einen Puck zu passen und
   zu schießen sowie sich durch eine Hockeyarena zu manövrieren. ROObockey ist von den
   aktuellen Wettbewerben inspiriert, aber das Design beinhaltet einen genaueren und intelligenteren Schussmechanismus.
   

2. Problembeschreibung
   2.1. Need
   Ein Hockeyspiel besteht aus mehreren Herausforderungen, einschließlich der Fähigkeit,
   einen Puck genau an einen anderen Spieler weiterzugeben oder einen Puck ins Tor zu schießen. Hockeyroboter verlassen sich derzeit auf die
   menschliche Kontrolle, um das Ziel zu bestimmen und den Puck entsprechend zu übergeben. Ein Sensorsystem
   das verwendet wird, um die Position eines anderen Spielers genau zu lokalisieren, würde menschliche Fehler beim Passen des Pucks
   ausschließen. Dieses Sensorsystem könnte in Zukunft auf mehrere Roboter erweitert werden
   um ein Roboter-Hockeyteam mit intelligenten Pass- und Schussfähigkeiten zu bilden.
   2.2. Ziel
   Das Ziel von ROObockey ist es, einen Hockeyroboter zu entwickeln und zu bauen, der in der Lage ist,
   einen Puck präzise auf ein Zielziel zu schießen. Stationäre Objekte werden als Zielbaken zum
   Schießen des Pucks verwendet. Der Roboter wird für den manuellen Betrieb drahtlos gesteuert. Es erhält auch
   einen Schussbefehl vom Benutzer.
   2.3. Hintergrund (Forschungsumfrage)
   2.3.1. Übersicht
   Die Hauptidee des Projekts besteht darin, einen Roboter zu entwickeln, der softwaregestütztes Schießen eines Hockeypucks implementieren kann. Der Ansatz für diese Aufgabe besteht darin, die
   Bildverarbeitung verschiedener Formen und Farben zu verwenden, um zwischen den verschiedenen
   Zielen zu unterscheiden. Die Kamera, die für die Eingabe des Bildverarbeitungssystems verwendet wird
   könnte ein Objektiv verwenden, das ein breiteres Sichtfeld bietet. [3] Ein elektromechanischer
   Schießmechanismus wird verwendet, um den Puck zu den benutzerdefinierten
   Zielen zu passieren und zu schleudern.
   2.3.2. Relevante Technologien
   Derzeit beziehen sich Patente auf Hockeyroboter auf humanoide Roboter, die
   ein typisches Eishockeyspiel in Originalgröße simulieren. Eine Idee des Patentinhabers war es,
   in Originalgröße steuerbare Roboter-Hockeyspieler von der Decke zu hängen und sie von einem entfernten Ort aus zu steuern
   . Eine weitere Patentidee besteht darin, einen rotierenden Motor
   Hockey-Puck-Werfer zu verwenden. Es gibt keine Patente für Hockeyroboter, die mit
   drahtlos gesteuerten Anwendungen verwendet werden. [1][2]

2.4.Zielbaum

3. Spezifikation der Designanforderungen
   Der ROObockey-Roboter besteht aus mehreren Sensoreingängen. Das System benötigt zum Betrieb Batteriestrom
   . Das System empfängt drahtlose Steuereingaben, interpretiert die Steuer- und Bilddaten
   und betreibt dann die Motoren.
   3.1. Anforderungen an Technik und Marketing

Das Folgende ist ein einfaches Level-0-Blockdiagramm des gesamten Systems.

4.2. Stufe 1
4.2.1. Hardware
Der Hockey-Roboter wird batteriebetrieben sein, was einen kabelgebundenen Betrieb ermöglicht. Die
Batterie hat eine höhere Spannung, als die Sensoren, der drahtlose Controller und
Prozessor benötigen. Ein Spannungsregler wird verwendet, um die Geräte sicher mit Strom zu versorgen.
Das Energieverwaltungs- und -verteilungssystem liefert die Aufwärts- und Abwärtsspannungen, die für den Betrieb des Systems erforderlich sind.
Der drahtlose Controller-Eingang ermöglicht es dem Benutzer, den Roboter steuern. Das
Kommunikationsgerät steuert das Manövrieren des Roboters und das Schießen
Befehle.
Das Sensornetzwerk besteht aus einer Kamera zur Lokalisierung einer Bake und einem Sensor zur
Bestimmung, ob der Roboter hat derzeit den Puck. Die Sensordaten werden
an den Prozessor gesendet, wo alle erforderlichen Berechnungen verarbeitet werden können.
Der Hauptprozessor verarbeitet die Signal- und Datenverarbeitung, die vom
Sensornetzwerk und den drahtlosen Controller-Eingängen kommen. Es ist auch für die Steuerung
der Motorsteuerung und des Schussmechanismus verantwortlich.
Die Motorsteuerung treibt die Gleichstrommotoren an. Dies ist ein Umschalter zwischen
Batterie und den Motoren, der die Geschwindigkeit und Drehrichtung der
Motoren steuert.
Der Schussmechanismus besteht aus einer Vorrichtung, die das Hockey projizieren kann
nach vorne schieben. Es empfängt den Freigabebefehl vom Prozessor.
Das in Abbildung 3 unten gezeigte Blockschaltbild der Hardwareebene 1 besteht aus jedem dieser Systeme
zusammen mit den entsprechenden Ein- und Ausgängen im
System.

4.2.2. Software
Das Design beinhaltet Farb- und Formerkennungs-Bildverarbeitung, um
den Beacon zu lokalisieren, den der Benutzer passieren möchte und auf den der Puck schießen möchte. Die Software
empfängt die Kameraeingaben, verarbeitet die Bilder während der Suche nach dem Beacon,
und trifft dann eine Entscheidung über die Steuerung der Motoren. Die PWM, die den
Prozessor verlässt, teilt den Motoren mit, wie schnell sie die Motoren drehen sollen, indem das Tastverhältnis variiert wird.
Eine Übersicht über den Softwareprozessfluss ist unten in Abbildung 4, der Softwareebene
dargestellt 1 Blockschaltbild. Es enthält den Kameraeingang, die Form- und Farberkennung
und den Algorithmus zum Bewegen der Motoren.

Quelle:ROObockey:Ferngesteuerter, zielunterstützter Street-Hockey-Roboter