פרלינים פ ני ר ובוט ל ח י ווים נ שלט י מ חשב

1

פרליניםחשבמ ישלטנווים יחלובוט רני פ

פרויקט סיום .מצגת

הרשקו : מבצע• .רועיכוחיי : מנחה• .קוביביצוע • .2012חורף – 2011אביב: סמסטר.2012אפריל 04: תאריך•

.מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון

2

המצגת מבנה.1. בעולם קיימים דומים פרויקטים סקירת.2. ותוכנה – חומרה הפרויקט תיאור.3. הפרויקט של והחידוש המקוריות.4. עתידיים פיתוח כיווני.5. דרך אבניסיכום.6.


3

הקיימים דומים פרויקטים סקירתבעולם באוניברסיטאות


ICUB פרויקט FLOBIפרויקט WE-4RII פרויקט(מנוונות 6) 18 (24 (ראש) 6גוף ) 12(ראש) החופש דרגות מספר

(2009-2011) \ 8 (2004-2010) \ 4 (2004-2011) \ 5 פיתוח \ זמן צוות אנשי

פסיכולוגי ניתוחהבעות של

התנהגות חקרילדים והתפתחות

, פיתוח הבעות שיקוףאלגוריתמים

הפיתוח מטרות

http://aiweb.techfak.uni-bielefeld.de/files/bielefeld-head.pdf

http://mindtrans.narod.ru/pdfs/06-icra-icub-head.pdf

4

הפרויקט - תיאור פרליניםהבעות \ להציג שיוכל רובוטי ראש בניית

פנים מאפייני תנועות בעזרת :רגשותגבות•עפעפיים•עיניים•שפתיים•ולסת • פהצוואר•


סרבו • , Servoמנועי ובכך הפנים שרירי את מחליפיםוליצור – מצב לשינוי הנדרשת מוטוריקה מספקים

הבעות.• : בספרות שימוש נעשה ההבעות יצירת בניתוח

The Artist’s Complete guide to Facial Expressions

5

הפרויקט – תיאור המשך פרלינים• , - הבעה לחיווי פקודות להעברת בקר למיקרו יחובר מחשב

יחדיו מנועים מספר מהזזת .המורכבת

חיצוני • משתמש בקשת פי על המנועים להפעלת אלגוריתם- , - ל מעלות ממיר בקר במיקרו .PWMקיים

תפעול )• תוכנת נוצרה המשתמש #(Cלנוחיות

•- מ מורכב הרובוטי חופש )25הראש ( .DOF = 25דרגות

, בארץ אוניברסיטאי בפיתוח כזה בהיקף רובוטי ראש קיים לא

מתופעת “ להימנע ”Uncanny Valleyקשה


.מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון 6

המערכת - תיאור המשךRS-232 PWM

חופש 25 דרגות( DOF = 25. )

מנועים בקרתאישית \ קבוצתית

עבודה תדר16MHz ,מתחי

יש ) 6-10vאספקה עד (5Aלספק

הגנות ישוחומרה בתוכנהתפעול למניעת

קלוקל

זוויות תרגוםלאותות מנועים

PWM " י PICע

נותן PICמעבד בתקשורת חיווים

RS-232 אמת בזמן

Opto-couplars

PIC Micro-processor


הפרויקט - תיאור פרלינים:חומרה

בקר- .RISCמסוג, Microchip: PIC18F6390 מיקרו• , נמוכה זרם זרמי, Debuggingצריכת , sinkיכולת מעל) גבוהים

20mA.) שלנו, לאפליקציה המתאימים. RESETמעגל

מתח :מייצבי• LM338 מתח עד, 5vמייצב 7Aמספק

•- , ה ורכיב הסרבו מנועי האופטיים המצמדים את מזין זה .max232מייצב•LP38502-ADJ , עד מספק מתכוונן מתח .3Aמייצב

•. , - , שלו ההיקפית ולחומרה בקר למיקרו הראשי לכרטיס מתחים יספק זה מייצב , , להקלת – בצבעים חיווט והתושבות המעגל הלחמת נוחים צריבה מחברי Debuggingבנוסף

: מחשב מול לתקשורת מתחים רמות . RS-232 (max232)מתאם- ב) לעבוד , 12vנדרש הינם, במעגל העבודה מתחי כאשר מחשב (5vמול


הפרויקט - תיאור המשך פרליניםחומרה

אופטיים - ?Opto-couplarsמצמדים מדוע

עד- זרמים בתחומי עובד בקר ,0.5Aמיקרו " עד – – א כ לדרוש יכולים מאומץ עבודה משטר תחת סרוו !0.7Aמנועי קיצון במצבי

הגבוה \ לא הזרם דרכו שזורם הרכיב לאותו יחובר ואפילו חוטים ישתף שהמיקרובקר נרצה

. אופטיים – מצמדים הפיתרון

הינם: – במיתוג האופטיים המצמדים של ההשהייה זמני כי וידאתי על ) cהערה בפרק כך על (PWMיורחב

תושבות•. – ,) נוחה ) החלפה המאפשרת תושבת נוחה צריבה רגליים התאמת מעבדהכרטיסים )• בין חיבור קווי( – Power, Dataממשק בין -Dataהפרדה ה קו (. Powerלבין השפעות ) מניעת•. מנועים חיבור


הפרויקט - תיאור פרליניםחומרה

ראשי שליטה :לוחגביש••. אתחול מעגלמתח • מייצביצריבה • מחברי•. המנועים לכרטיס מחבר

בקר- PIC18F6390מיקרו


הפרויקט - תיאור פרליניםחומרהמנועים :כרטיס

•. ראשי לכרטיס מחבר•. אופטיים מצמדים•. סרבו למנועי מחברים


הפרויקט - תיאור פרלינים•: , קיימות והשהיות עבודה תדרי תכנון•: גביש שעון האותות תדר למעברי השהייה 1.2)זמני

x 50ns-^)1=16MHz- ה Opto-couplarדרך0.1 sec , 10 secRISE FALLT m T T


הפרויקט – תיאור המשך פרליניםPWM: ותוכנה – חומרה

על – שליטה " 25האתגר אות – י ע נשלט אחד כל סרוו (PWMמנועי זרם ) ואספקת

יציאות – • בעל בקר במיקרו שימוש PWMהפיתרון• - היותר – לכל עם באים מעבדים המיקרו רוב PWMיציאת 12בעיה• – , - אות – מייצרים ופסיקה תוכנה ובעזרת בקר המיקרו ברגלי משתמשים אנו :PWMפיתרון

Pulse Width Modulation – סרוו מנועי עם :עבודה

של מחזור זמן דורשים הסרוו -‘1.5ecמהם, msec 20מנועי ב ’, 1שהאות , ) מסויים ) מנוע עבור נדרשת זווית איזו בתקשורת קולט המיקרובקר

, ה לרוחב הזוית את .PWMוממירה הדרוש

בתפקיד • רגל כל להשמיש ניתן - GPIOכרגע כיציאת לשמש בקר המיקרו PWMשלברכיבי ) שימוש (PWMחוסך , - , יותר נמוכה זרם צריכת יחיד בקר ממיקרו ביותר שימוש חיצוניים

החומרה – – • בתכנון בכך להתחשב יש האות צורת על להשפיע תוכנה או חומרה להשהיות אסור(Opto-couplars ( )מודול התוכנה (.PWMותכנון בעצמו - רק אלא אחרים מודולים בשהיות תלוי לא


התוכנה - תיאור פרלינים:תוכנה

חלוקת - המערכת תפעול מודולי תכנוןתפקידים:

•Communication•Initialization•Manager•RT-Interrupts•Expressions Data structures•PWM Pulse control creation


הפעלה פקודת שליחתבקר- למיקרו

Data Packet באורך להיות :62מוגדר , כך ומורכב תווים

- מ מורכב מידע למשל – 2כל = 0x10תווים

של: זוית לבסיס 150דוגמה נשלח, 0x96: 16מתורגמת 2לכןהנמוך – ‘ הבית הראשון הגבוה’, ‘6תווים הבית ’.9ואחריו

25 – " לוודא גם יש לפיה הבא הטבלה פ ע ממופים המנועים. למעגל חשמלי חיבור

0x10 Engine Angle at Index: 0-24 velocity Checksumrep 0x12

a b c d e f

בית נמוךגבוה בית

‘0’‘1’

2 50 2 2 2 2

NU

LL

NU

LL

1 1


- בקר מיקרו רגלי מול מנועים מיפויRobotic Head connectivity:Servo # Description - PORT # | Bit in Byte - ref in Schematics-----------------------------------------------------------------------------------------------Servo 0: Jaw - Open\close - PORT_D| 0x08; BIT 3 - PIC_Servo_01Servo 1: Neck - Left\right - PORT_D| 0x04; BIT 2 - PIC_Servo_02Servo 2: Eye Lid - Lower Left - PORT_D| 0x02; BIT 1 - PIC_Servo_03Servo 3: Eye Lid - Lower Right - PORT_D| 0x01; BIT 0 - PIC_Servo_04Servo 4: Eye Lid - Upper Right - PORT_D| 0x10; BIT 4 - PIC_Servo_05Servo 5: Eye Lid - Upper Left - PORT_D| 0x20; BIT 5 - PIC_Servo_06Servo 6: Frown - Right - PORT_D| 0x40; BIT 6 - PIC_Servo_08Servo 7: Frown - Left - PORT_D| 0x80; BIT 7 - PIC_Servo_07Servo 8: Snarl - Lip Curl - PORT_F| 0x01;BIT 0 - PIC_Servo_09Servo 9: Jaw - Forward\Backward - PORT_F| 0x02; BIT 1 - PIC_Servo_10Servo 10: Jaw - Left\Right - PORT_F| 0x04;BIT 2 - PIC_Servo_11Servo 11: Lip - Upper Left - PORT_F| 0x08;BIT 3 - PIC_Servo_13Servo 12: Lip - Upper Right - PORT_F| 0x10; BIT 4 - PIC_Servo_14Servo 13: Eye - Right Upper - PORT_F| 0x20; BIT 5 - PIC_Servo_12Servo 14: Eye Brow - Left Inner - PORT_F| 0x40;BIT 6 - PIC_Servo_15Servo 15: Eye Brow - Right Inner - PORT_F| 0x80; BIT 7 - PIC_Servo_16Servo 16: Eye Brow - Right Outer - PORT_E| 0x20;BIT 5 - PIC_Servo_17Servo 17: Eye Brow - Left Outer - PORT_E| 0x10;BIT 4 - PIC_Servo_18Servo 18: Eye - Left Upper - PORT_E| 0x40;BIT 6 - PIC_Servo_19Servo 19: Eye - Left Lower Outer - PORT_E| 0x80;BIT 7 - PIC_Servo_20Servo 20: Eye - Right Lower Outer - PORT_A| 0x02; BIT 1 - PIC_Servo_21Servo 21: Eye - Left Lower Inner - PORT_A| 0x04; BIT 2 - PIC_Servo_22Servo 22: Eye - Right Lower Inner - PORT_A| 0x01; BIT 0 - PIC_Servo_23Servo 23: Smile – Left - PORT_A| 0x10; BIT 4 - PIC_Servo_24Servo 24: Smile - Right - PORT_A| 0x20; BIT 5 - PIC_Servo_25Servo 25: aux1

[email protected][c]


הפרויקט - תיאור פרליניםכללי - PICתוכנת זרימה :תרשים

Initializations

Receive new command

Process new command for expression

Initiate algorithm for Conversion from Degrees to PWM

Min to max PWM scan, for each servo choose

enable or disable Rep

Noyes


הפרויקט - תיאור פרליניםכללי - PCתוכנת זרימה :תרשים

, - בתהליך – שלב בכל הערות מחזיר בקר המיקרו הערה- ה .PCתוכנת למסך החיווי את מדפיסה

Initializations

Validate Communications with the Robotic Head

Process and send new command for expression

Report Success \ Failure


שבפרויקט והחידוש המקוריות , נמוך תקצוב

אדם = .1כוחזרמים הפרדת " י ע ומתחים

אופטיים מצמדים

יציאות 25יצירת PWM , בקר, במיקרו

חומרה" שילוב י עותוכנה.

עוד להשמיש ניתןלשימוש GPIOרגלי

PWM

Debugאפשרות " כלי י ע מעולה

תיפעולמצלמות שילוב

.Built-inבעיניים –

Compilerהכנסת לשימוש חדש

במעבדה.


עתידיים פיתוח כיווני• , רגשות חיווי והפעלת העיניים ממצלמות תמונות וניתוח עיבוד

. הרובוטי, בראש בהתאם•. , בהתאם הפה תנועות והתאמת דיבור מנוע הוספת•. , לאובייקט ההבעה והתאמת פנים זיהויתקשורת • יכולות wireless web-based\ הוספת

גירסאות • :Firmwareעידכון בתוכנה –. נתון \ רגע בכל מנוע לכל פרטנית זויות זוויות סריקתזמני ) – מהמנועים מחצית בלפחות משתמש שאינו דיבור עבור גרסה

) דיבור עבור יותר מהירים יהיו התגובה

20

דרך – אבני גאנט


תוכנה תכןוחומרה ראשונית

2011אפריל

רכיבי רכשרובוטי יוני ראש

2011

, טיפוס- 8אבעובדים מנועים

2012אוגוסט IIפאזה

תוכנה תכן2011דצמבר

בניית סיוםחומרה

2011נובמבר

תוכנה תכן סיוםראשונית

2011ספטמבר תוכנת בניית

PCשליטה 2012פברואר

Debugging ותוכנה חומרה

2012מרץ

והגשת סיוםהפרויקט

2012אפריל

21

סיכום


במטרה • שנה לפני הותנע הפרויקטוהבעות חיווים שיתן רובוטי ראש ליצור

מומחי עם התייעצתי הפרויקט על העבודה במהלך , , , מנת, על ופלסטיקה בקרה מכניקה תוכנה חומרה

. המטרה את להגשים

עליהם, שהתעקשנו והשיקולים החומרים איכות התכנון !!! , , רבים לכיוונים הרחבות ובעל מגניב אמין איכותי מוצר לנו נותנים

בהמשך.

. המטרה בהשגת שעזרו ותומכי מלמדי לכל מודה אני

22

סיכום


...שאלות?

פרלינים פ ני ר ובוט ל ח י ווים נ שלט י מ חשב

Documents