打造可以和你PK空氣曲棍球的機器人

七月 5, 2017
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圖片Hep Svadja攝


空氣曲棍球機器人EVO是個不容小覷的對手。它很容易組裝和設置,而且它可以由你的Android智慧型手機控制。
 
這臺開放程式碼的機器人,可以從零開始,由容易取得的元件和3D列印部件打造,也可以以套件的方式購買。它需要安裝在一張空氣曲棍球桌上,我們有一張建議的桌子型號,很適合我們的機器人,但你也可以修改專題的尺寸來安裝在其他球桌上。
 
這是一個有趣的專題,可以讓大家認識科學、機器人、計算、視覺識別和工程。
PARTS

  • 空氣曲棍球桌──我們推薦athleteshop.com的Buffalo Explorer Mini Air Hockey Table。透過JJRobots網站jjrobots.com購買有提供折扣。
  • Android 智慧型手機──Lollipop OS 或更高版本
  • JJRobots的Air Hockey Robot EVO套件

機器人套件包含

  • 螺栓:M3×6mm(12),M3×10mm(4),M3×15mm(6),M3×25mm(7)
  • 螺帽,M3(20)
  • 自鎖螺帽,M3(2)
  • 木螺釘,M2.5×20mm(12)
  • EVA泡棉,2種不同顏色
  • 風扇,12V,4cm
  • 步進馬達,NEMA17,附纜線(70 + 70mm)(2)
  • Brain shield,JJRobots,或者你可以使用github.com/jjrobots提供的資訊打造自己的版本
  • Arduino Leonardo微控制器板
  • 步進馬達驅動器,A4988,附散熱片(2)
  • 電源供應器,12V 2A,5.5mm / 2.5mm插孔
  • 直線軸承,LM88UU(2)
  • 滾珠軸承,623(12)
  • 不銹鋼棒,8mm直徑。455mm長(2)
  • 陽極氧化鋁管,直徑8mm。43.5mm長(2)
  • 鋁合金管12mm×12mm,長71cm
  • GT2正時皮帶,長300mm
  • 雙面泡棉膠
  • 束線帶,150mm×3mm(5)
  • 3D列印部件(非必要) 付額外費用可將其添加到套件中,或你也可以自己列印。
TOOLS

怎麼執行?

智慧型手機是機器人的大腦。透過空氣曲棍球機器人的應用程式,可以實時處理由鏡頭捕捉的數據、偵測遊戲場地的特徵、並根據偵測到的對象位置及軌跡實行攻擊/防禦的行動(圖A)。你的手機很可能會在遊戲中打敗你!
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(圖A) JJ Robots提供圖片

對視覺系統的工作而言,均勻的照明很重要,所以請避免陰影和反射,如果可以,使用螢光燈會更好。

可調整性與可攜性

調整機器人的技能程度高低並不難,例如當要和小朋友一起玩時,只要到應用程式中的設定頁面中調整難易度即可。你還可以將其設定為「手動」模式,並使用手指控制機器人。另外也有一臺適合機器人愛好者的PlayStation 3相機,它可在一般的PC上運用,並允許你修改視覺系統。當你想要移動它,或是想和別人對打的時候,也可以輕鬆地將機器人從桌子上拆下來。

怎麼做?

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(圖B)

機器人是由金屬棒、正時皮帶和3D列印的部件組合而成。電子元件包括JJRobots Brain Shield,Arduino Leonardo、2個步進馬達驅動器和一個12V風扇來冷卻(圖B)。機器人主要由Brain Shield控制,它決定了其速度和加速度,再向步進馬達發送相應的動力。完整說明請參考jjrobots.com/air-hockey-robot-evo。
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(圖C)

H-bot系統是一臺機器人能否完美作業的關鍵(圖C);該系統讓機器人能夠僅使用兩顆馬達就能移動到運動場上的任何位置(圖D)。H-bot系統需要兼顧順暢且平穩的執行。你設置得愈好,可以達到的加速度就愈大。接下來,我們會介紹如何將機器人組裝在一起。
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(圖D)

組裝H-Bot

  1. 安裝馬達和組裝滑輪
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(圖E)

用M3×6mm螺栓將馬達固定在馬達支架上,每一顆馬達用3個(圖E)。接著,用一個M3×25mm螺栓將兩個623滾珠軸承固定在6個皮帶輪上(圖F)。然後,用4顆M3×15mm螺栓和M3螺帽將風扇固定在支架上。
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(圖F)

     2.  組裝X軸
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(圖G)

取兩根鋁管,將其插入橫向套管。這是組裝中最重要的部分。把管子插入3D列印的元件中看似困難,但整體結構的堅固性會取決於內部部件的緊密程度。你可以在推進管子時一邊旋轉它。如果有必要,可以使用錘子(輕輕地)將鋁管推入通道中。接著插入襯套,如圖G中的紅色部分所示,然後將第二個橫向套管套入另一端。
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(圖H)

旋上四個組裝好的滑輪,不需要使用螺帽(圖H)。將球拍(又名守門員,前鋒或大槌)用4條束線帶穿過球拍兩側的兩個通道固定,並將它們收緊包覆塑膠襯套。請剪掉束線帶多餘的部分(圖I)。請測試球拍是否容易沿著軌道滑動。如果不會,你可以用橄欖油來降低鋁和PLA塑膠之間的摩擦力。最後,使用四個M3×15mm螺栓來安裝球拍的基座。這就是機器人的X軸。
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(圖I)

      3.  打造側軌
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(圖J)

用四個M3×10mm螺栓和螺帽緊緊地將馬達滑輪連接到每顆馬達的軸上,這些滑輪會將所有的運動傳遞給機器人(圖J)。使用自鎖螺帽將剩下的兩個滑輪分別固定到兩側支架上(圖K)。將鋼條的一端插入兩側。將LM88UU直線軸承滑動到桿上,然後將兩端插入馬達支架(圖L)。現在,我們完成了H-bot的部分。
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(圖K)

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(圖L)

注意:在空氣曲棍球機器人運作時,請保持風扇開啟。如果沒有恆定的氣流來冷卻它們,步進馬達驅動器很可能會因此損壞。
另一個注意事項:機器人在遊戲區內可能會突然加速,讓你措手不及。在做出任何調整之前,請記得先關閉電源。

安裝到桌上

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(圖M)

在桌子的一端,請先鬆開側面頂部的螺絲。將馬達支架置於其上,然後將其旋回。使用木螺釘將其固定到位(圖M)。在桌子的對面重複相同的步驟。
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(圖N)

使用兩個木螺釘(圖N)固定桌子兩側的支架。請輕輕地將機器人的X軸與推進器卡住鋼條上的LM88UU軸承。X軸應該可以很容易地在側鋼條上下滑動。如果在直線軸承的通道內發現任何毛邊,請輕輕移除。兩個LM88UU必須完美地對準,以避免與鋼條產生任何摩擦。
查看網站上的完整說明

更進一步

在桌子上安裝兩臺機器人,一邊一臺,讓他們進行競賽,或是在比賽中比較其不同的遊戲策略。請記住,你可以輕鬆地透過Arduino程式碼來改變他們的行為。遊戲開始!

(譯:編輯部)
原文

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