TECHNION - ISRAEL INSTITUTE OF TECHNOLOGY פרוייקט חיקוי תנועה לרובוט NAO מצגת סוף רועי שרייר אלעד אושרוב מנחה : מעיין גל-און

מבנה ההצגה הצגת הרעיון המרכזי ומטרת הפרוייקט אתגרים מרכזיים בפרוייקט דיאגרמת הבלוקים הטכנולוגיה שמאחורי Wii קוד המערכת תכנון אל מול ביצוע הצגת סרט הדגמה פערים והערות נוספות סיכום

הרעיון המרכזי מימוש יכולת שליטה ברובוט Nao באמצעות שלט Nintendo WiiMote - דגש על חיקוי תנועת אדם - שליטה על מספר דרגות חופש בו זמנית

האתגרים בפרויקט חיקוי תנועת אדם ע"י מדידת זוויות המפרקים השונים וזאת תוך מחסור יחסי בחומרה שליטה בזמן אמת התממשקות למערכת ההפעלה של הרובוט עבודה עם חישני ה-Wii כתיבת פרוייקט בשתי שפות תכנות C ו ++C מימוש שליטה באמצעות מספר שלטים במקביל

דיאגראמת בלוקים כללית

הטכנולוגיה שמאחורי WiiMote

הטכנולוגיה שמאחורי WiiMote שלט בעל יכולת זיהוי ועקיבה אחרי תנועה בעל ארבעה סוגי קלטים : חישני תנועה מצלמה לחצנים אביזרי העשרה

הטכנולוגיה שמאחורי WiiMote חישן תנועה מסוג ADXL330 של חברת Analog Devices המודד נתוני זויות Pitch/Yaw/Roll בדיוק של אלפית המעלה. למדידת Roll נדרש שימוש ב IR.

הטכנולוגיה שמאחורי WiiMote מצלמה בעלת פילטר קדמי לתחום IR ברזולוציה של 96X128 הכוללת מנגנון עבוד תמונה מובנה יכולת לקלוט ולטפל ב -4 מקורות אור נקודתיים (מונוכרומטיים) אפשרות להסרת הפילטר וביצוע עקיבה אחרי מקורות אור בתחום הנראה – דוגמת לייזר.

הטכנולוגיה שמאחורי WiiMote מגוון אופציות נרחב לחיבור אביזרי העשרה לשלט (כגון Nunchuk, Motion Plus ,Guitar hero) הרחבת ה Nunchuk מאפשרת שימוש בחישן תנועה נוסף וכן שימוש בג'ויסטיק נפרד. הרחבת הMotion Plus מגדילה את תדר הדגימה ומשפרת את דיוק מדידת התנועה.

הטכנולוגיה שמאחורי WiiMote קישוריות של עד 4 שלטים במקביל – המגבלה היא רוחב סרט ממשק Bluetooth L2CAP וכן מוסכמת H.I.D חוצץ נפרד מסוג EEPROM לכל שלט לאיחסון נתוני תנועה זמן אמת – נגיש למשתמש. יכולת משוב באמצעות מנוע מכאני על השלט. יכולת משוב באמצעות נורות LED ורמקול הניתנים לתכנות מלא.

קישוריות למערכת ההפעלה Windows קישור באמצעות מנהל התקנים של חברת BlueSoleil – בוצע רכש עצמאי. (היחיד המאפשר גישה לכלל נתוני השלט בסביבת (Windows שימוש במוסכמות H.I.D מאפשר כתיבת קוד נוחה.

קוד המערכת כבר בתחילת הפרוייקט הבנה שמדובר בפרוייקט תכנה כבד ! כבר בתחילת הפרוייקט הבנה שמדובר בפרוייקט תכנה כבד ! בדיקת כעשרה קודים פתוחים ל WiiMote כגון: GlovePie TWMP WiiUse WiiUse נבחר לבסוף בגלל מימושו בשפת C הקוד הפתוח מממש ממשק H.I.D

קוד המערכת: מודול Event Handler

קוד המערכת: מודול Event Handler נתוני השלט לאחר עבוד במודול H.I.D עוברים לטיפול במודול EventHandler המודול מקבל כתובת של שלט ספציפי ויוצר ממשק נתונים מול מודול H.I.D רלבנטי. נתוני השלט נשמרים במבנה נתונים שתוכנן לצורך כך ומכיל בתוכו את כל נתוני השלט באיטרציה האחרונה המודול מעדכן את מבנה הנתונים ע"פ מוסכמות של שינוי במיקום החישנים או ביצוע לחיצה על כפתור

קוד המערכת: מודול Event Handler בקוד ממומשת מתודה לסינון אירועים מתחת לסף מסויים – במימוש שלנו שינוי קטן ממעלה. המודול מרכז את השליטה בהרחבת ה NunChuk בעל יכולת שליטה במספר שלטים בו זמנית וכן אבחנה בין הדלקה וניתוק של שלט בזמן ריצה בנוסף לנתוני סוללה.

קוד המערכת: מודול Event Handler

קוד המערכת: מודול Main Wii

קוד המערכת: מודול Main Wii זהו מודול האב למערכת ה NAO מקבל נתונים ממודול ה EventHandler וקורא למתודות התנועה ALMotion עם פרמטרי התנועה ביצוע עבוד ותרגום של נתוני התנועה לנתונים פיסיקליים כולל חסמים על תנועת מפרקים שאינה פיסיבילית ביצוע שיוך בין כפתור למפרק רלבנטי

תכנון אל מול ביצוע מימוש שליטה מלאה במפרקי היד – בוצע LShoulderPitch LShoulderRoll LElbowYaw LElbowRoll LHand – שליטה בזוית מפתח כף היד

תכנון אל מול ביצוע מימוש שליטה מלאה במפרק הראש באמצעות אביזר ה Nunchuk - בוצע HeadYaw שליטה ע"י ג'ויסטיק HeadPitch שליטה ע"י חישן תנועה מימוש Reset Position - בוצע יכולת שליטה בLED או הליכה - בוצע

תכנון אל מול ביצוע מימוש שליטה באמצעות 2 שלטים במקביל – בוצע ניתן לשלוט בעד 4 שלטים במקביל, מחוסר חומרה נבדק עם 2 בלבד. מימוש שליטה בשני צידי הגוף

סרט = מליון מילים

הערות בוצעה בחינה גם לאופציית מצלמת ה-IR, נפסל עקב רעש מדידה גבוה יחסית. מימוש שליטה במספר מפרקים באמצעות לחצנים, בעולם אידיאלי - שלט לכל דרגת חופש. התחממות הרובוט – מהווה מגבלה על איכות התנועה וזמן העבודה על הרובוט.

פערים מחסור בשלטים, ממליצים על רכישת מספר שלטים נוספים לפרוייקטים עתידיים. חוסר תאימות בין מערכת ההפעלה של הרובוט לזו המותקנת במעבדה גרם לתנועות פחות מדוייקות בחלק מהמקרים ולביצוע כושל של חלק אחר של התנועות. ישנו מחסור עקרוני בעמדות עבודה המעודכנות בגרסה עדכנית של מע' ההפעלה

פערים מחסור "בזמן רובוט" במעבדה – מעריכים מאד את המאמצים להביא את NAO למעבדה, אך בכל מקרה הפער קיים. נדרשת תמיכה של איש System ע"מ להביא לייעול וזירוז העבודה של הצוותים השונים. מנהלי ההתקנים לתקשורת עם השלט, BlueSoleil מותקנים על מחשב אחד בלבד במעבדה.

פערים מחסור "בזמן רובוט" במעבדה – מעריכים מאד את המאמצים להביא את NAO למעבדה, אך בכל מקרה הפער קיים. נדרשת תמיכה של איש System ע"מ להביא לייעול וזירוז העבודה של הצוותים השונים. מנהלי ההתקנים לתקשורת עם השלט, BlueSoleil מותקנים על מחשב אחד בלבד במעבדה.

כיוונים להמשך והצעה לפרוייקט נוסף ניצול חישני תנועה למידול תנועת גוף אדם באופן מלא ובזמן אמת. שימוש בפלטפורה קיימת של שלטי Wii תוך ביצוע Hacking ברמת החומרה והוספה של חישני תנועה נוספים.

סיכום ושאלות ?