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

1. פרליניםפני רובוט לחיווים נשלטימחשב מצגת אמצע פרויקט – סוף חלק ראשון. • תאריך: 08 ספטמבר 2011. • מבצע: רועי הרשקו. • מנחה: קובי כוחיי. • סמסטר ביצוע: אביב 2011. מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

2. מבנה המצגת • סקירת פרויקטים דומים קיימים. • תיאור הפרויקט. • המקוריות והחידוש של הפרויקט. • כיווני פיתוח עתידיים. • אבני דרך. • סיכום. מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

3. סקירת פרויקטים דומים קיימים • פרויקט FLOBI– ראש רובוטי של אוניברסיטת Bielefeld מגרמניה • 18 דרגות חופש תנועה (עיניים,גבות, עפעפיים, פה, צוואר). • נבנה בשיקול למניעת Uncanny Valley. • מכיל זוג מצלמות בעיניים. • מעבד ATMEGA – בתדר 32MHz. • תוכנה – משולבת C ו-ASM. • בפיתוח משנת 2009-2010. • צוות הפיתוח כולל 8 איש. קישור מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

4. סקירת פרויקטים דומים קיימים • פרויקט ICUB - ראש רובוטי של אוניברסיטת Lisbon, מפורטוגל. • 6 דרגות חופש תנועה בראש (עיניים, צוואר). • מכיל זוג מצלמות בעיניים. • נבנה לחקר אינטראקציה עם ילדים. • בפיתוח משנת 2004-2010, תקצוב של €200,000-250,000 • בצוות הפיתוח – שת"פ של מספר אוניברסיטאות אירופאיות, הכולל מספר מהנדסים, ופרופ'. • קישור מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

5. סקירת פרויקטים דומים קיימים • פרויקט WE-4RII  - אוניברסיטת Waseda WasedaEye No.4Refined II • מכיל מצלמות עיניים, עם יכולות שליטה. • רובוט בעל גוף, DOF=54 לכל הרובוט. • פותח בשיתוף עם מעבדות ARTS באיטליה • מכיל אלגוריתמי הבעה, במודל רב-שכבתי. • בפיתוח משנת 2004, תקצוב של מאות K$ • צוות הפיתוח מכיל 4 מסטרנטים ודוקטור. • קישור מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

6. פרלינים - תיאור הפרויקט גבות עפעפיים עיניים לחיים שפתיים פה ולסת צוואר המטרה: יצירת ראש רובוטי, בעל יכולות הבעה, באמצעות שליטה על מאפייני הפנים הבאים: מאפייני הפנים ינועו באמצעות מנועי סרבו, אשר יקבלו פקודות תנועה בזויות מתאימות ממיקרו-בקר. הלחיים יוכלו להסמיק (ע"י הפעלת נוריות אדומות). מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

7. פרלינים - תיאור הפרויקט מחשב יחובר למיקרו-בקר להעברת פקודות לחיווי הבעה, המורכבת מהזזת מספר מנועים יחדיו. אלגוריתם להפעלת הבעות ורגשות יוגדרו במיקרו-בקר, ויתופעלו ע"י המחשב. תתאפשר שליטה פרטנית על כל אחד מהמאפיינים בנפרד, ע"י כלי תפעול ייעודי (ייכתב ב-Visual C++) שייכתב בהמשך. הראש הרובוטי מורכב מ-25 דרגות חופש (DOF = 25) תוכנן כ-Humanoid – דמוי אנוש מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

8. פרלינים - תיאור הפרויקט חומרה: מיקרו-בקרMicrochip: PIC18F6390, מסוג RISC. • צריכת זרם נמוכה, Debugging, יכולת זרמי sinkגבוהים, (מעל 20mA, המתאימים לאפליקציה שלנו). מעגל RESET. מייצבי מתח: • LM338 מייצב מתח 5v, מספק עד 7A • מייצב זה מזין את המצמדים האופטיים, מנועי הסרבו ורכיב ה-max232. • LP38502-ADJ מייצב מתח מתכוונן, מספק עד 3A. • מייצב זה יספק מתחים לכרטיס הראשי, למיקרו-בקר, ולחומרה ההיקפית שלו. בנוסף – מחברי צריבה נוחים, הלחמת המעגל והתושבות, חיווט בצבעים להקלת Debugging מתאם רמות מתחים לתקשורת מול מחשב: RS-232(max232). (נדרש לעבוד ב-12v, מול מחשב, כאשר מתחי העבודה במעגל הינם 5v ) מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

9. פרלינים - תיאור הפרויקט חומרה מצמדים אופטיים - Opto-couplars: • המצמדים האופטיים משמשים אותנו להפרדת הזרמים במעגל. • מיקרו-בקר ורכיבים - זרמים נמוכים (2 – 10 mA). • מנועי סרבו – זרמים גבוהים (0.2-0.7 A). תושבות • מעבד (התאמת רגליים), צריבה נוחה. • ממשק חיבור בין הכרטיסים(Power, Data). • חיבור מנועים. מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

10. פרלינים - תיאור הפרויקט חומרה לוח שליטה ראשי: • גביש • מעגל אתחול • מייצבי מתח • מחברי צריבה • מחבר לכרטיס המנועים מיקרו-בקר PIC18F6390 מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

11. פרלינים - תיאור הפרויקט חומרה כרטיס מנועים: • מחבר לכרטיס ראשי • מצמדים אופטיים • מחברים למנועי סרבו מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

12. פרלינים - תיאור הפרויקט • תכנון תדרי עבודה, והשהיות קיימות: • תדר שעון גביש: זמני השהייה למעברי האותות (1.2 x 50ns)^-1=16MHz דרך ה-Opto-couplarT=0.1ms, T_rise,T_fall < 10us מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

13. פרלינים - תיאור הפרויקט תוכנה: • עבודה עם קומפיילר CCS-C, למשפחת מיקרו-בקרי PIC18FXXXX (אין צורך לעבוד באסמבלר). • יצירת תשתית תפעול מנועי סרבו (ישנם 3 סוגי מנועים: - HS-82MG, JR – DS378, Z9100S-JR) • מיפוי המנועים, ודרגת החופש הקיימת – לכל מנוע. • שימוש בI\O PORT – כיציאות PWM, המנוהלות בתוכנה – בעזרת Timer Interrupts. מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

14. פרלינים - תיאור הפרויקט תוכנה – מעבד PIC: תכנון מודולי תפעול המערכת - חלוקת תפקידים: • Communication • BIT • Manager • RT-Interrupts • Expressions Data structures • PWM Pulse control creation מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

15. פרלינים - תיאור הפרויקט Start-Up BIT תוכנת PIC - תרשים זרימה כללי: Initializations Receive new command Process new command for expression Initiate algorithm for facial expression Wait 5 seconds and idle מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

16. פרלינים - תיאור הפרויקט SBIT תוכנת PC - תרשים זרימה כללי: Initializations Validate Communications with the Robotic Head Process and send new command for expression Report Success \ Failure מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

17. המקוריות והחידוש שבפרויקט • עלויות נמוכות יחסית לפרויקטים דומים. • יצירת 25 יציאות PWM, במיקרו בקר, ע"י שילוב חומרה ותוכנה (no busy-wait). • שילוב מצלמות בעיניים – Built-in. • הפרדת זרמים ומתחים ע"י מצמדים אופטיים מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

18. כיווני פיתוח עתידיים • עיבוד וניתוח תמונות ממצלמות העיניים, והפעלת חיווי רגשות בהתאם, בראש הרובוטי. • הוספת מנוע דיבור, והתאמת תנועות הפה בהתאם. • זיהוי פנים, והתאמת ההבעה לאובייקט. • הוספת יכולות תקשורת \ wireless web-based מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

19. גאנט – אבני דרך מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

20. סיכום • הראש הרובוטי אשר נבנה עונה על דרישות הפרויקט. • מאפשר הרחבה עתידית לתמיכה בפרויקטי המשך. • איכות החומרים גבוהה, ותכנון החומרה והתוכנה יאפשרו שימוש לאורך זמן. מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.

21. סיכום שאלות... ? מעבדה לרובוטיקה ובקרה, טכניון.