Цель работы и решаемые задачи.

Реферат

Тема данной дипломной работы - разработка системы управления робота для тренировок по боксу.

Основная цель данной дипломной работы - разработка системы управления, обеспечивающей возможность решения поставленной задачи, распознавать движения человека и передавать их компьютеру для обработки данных, реализуемая на базе бесконтактного сенсорного контроллера KinectforWindows.

При этом решается социальная задача - замена спаринг-партнера, что позволит самостоятельно обучатся боксу и снизить риск получения травмы, во время тренировки.

Abstract

The topic of this thesis - the development of a robot control system for training in boxing.

The main objective of this thesis - development management system, providing the opportunity to solve the problem, to recognize human movement and transfer them to a computer for data processing is realized on the basis of non-contact touch controller Kinect for Windows.

This solves the social problem - replacement sparring partner that will own will learn boxing and reduce the risk of injury during exercise.

 

 

Содержание

Введение.. 6

1 Исследовательская часть. 7

1.1 Цель работы и решаемые задачи. 8

1.2 Разработка структурной схемы робота. 8

1.3 Обзор аналогов робота - боксера. 9

1.4 Сравнительный анализ устройств СТЗ. 11

1.5 Устройство Kinect. 13

1.5.1 ВозможностиKinect for Windows SDK. 15

1.5.2 Видеопоток от сенсора. 15

1.5.3 Аудиопоток от сенсора. 16

1.6 Сравнительный анализ встраиваемых одноплатных компьютеров. 17

1.7 Технические характеристики WAFER-OT-Z670. 18

1.7.1 Варианты модели. 19

1.7.2 Разъемы. 19

1.7.3 Размеры. 19

1.7.4 Технические характеристики. 20

1.7.5 Поток данных. 21

1.8 Периферийные интерфейсные разъемы. 22

1.8.1 Периферийные Интерфейсные разъемы. 23

1.8.2 Внешние разъемы интерфейс панели. 24

1.8.3 В Разъем питания SATA. 24

1.8.4 12 В Разъем питания. 25

1.8.5 Разъем кнопки питания. 26

1.8.6 Разъем привода SATA. 26

1.8.7 Разъем USB (4-контактный). 27

1.8.8 Разъем USB (8-контактный). 28

1.8.9 Панель внешних периферийных разъемов интерфейса. 29

1.8.10 12 В Разъем питания. 29

1.8.11 Разъем Ethernet. 29

1.8.12 Разъем HDMI. 30

1.8.13 USB разъем. 31

1.8.14 LVDS ЖК Установка. 31

1.8.15 Подключение SATA привода. 32

1.8.16 USB-кабель. 33

1.8.17 Подключение USB (двойной разъем). 33

1.8.18 Соединение HDMI Дисплейное устройство. 34

1.9 BIOS. 34

1.9.1 Начало установки. 34

1.9.2 Использование установки. 35

1.9.3 Главная. 35

1.9.4 Advanced. 35

1.9.5 Chipset. 35

1.10 Выбор микроконтроллера для робота. 35

1.11 Разработка алгоритма системы управления. 38

2 Конструкторская часть.. 40

2.1 Функцианальная схема. 41

2.2 Построение системы управления с использованием сетей Петри. 41

2.3 Анимация. 44

2.4 Определение углов поворота двигателей. 45

2.5 Определение углов при нанесении ударов по сопернику с помощью системы захватов движения. 46

3 Технологическая часть. 48

3.1 Технологический процесс. 49

3.2 Программа управления роботом боксером. 50

 

 

Введение

Задачей бакалаврской работы является создание робота для тренировок по боксу с различными схемами тренировок, позволяющим развивать реакцию, нарабатывать мышечную память спортсмена, начинающего, в том числе, отрабатывать базовые движения и удары в динамике, приближенной к реальной ситуации, и имитировать реальный спарринг, кроме того, изменять усилия, направление ударов и скорость движения.

Поставленная задача решается тем, что в роботе для тренировок по боксус программным управлением использована автоматизированная система управления, состоящая из микро-компьютера, оснащенного программным обеспечением, которое загружается в контроллер управления, подающий сигналы на двигатели, датчиков движения и позиционирования, опосредованно соединенная с механическими частями конструкции робота-боксера.

Для расширения диапазона использования роботадля тренировок по боксу, будут использоваться двигатели постоянного тока.Применение ДПТ обусловлено удобством и простотой регулирования скорости и момента.

В качестве плечевых соединений роботадля тренировок по боксубудут использоваться поворотные механизмы с осевым приводом, соединенные с двигателями постоянного тока, позволяющими использовать в программах тренировок боковые удары, а также для демпфирования (подавления колебаний) в момент удара, что позволит спортсмену применять блоки и отводящие движения.

Для осуществления различной скорости и силы ударов в процессе тренировок контроллер управления выполнится с возможностью изменения скорости вращения двигателей.

Для приближения имитации движений роботадля тренировок по боксу к движениям человека, в конструкции робота использовать соотношения и пропорции размеров частей тела человека, а в движения манипуляторов заложить сходство с движениями тела человека.

 

Исследовательскаячасть.

 

 

Цель работы и решаемые задачи.

Цель работы: Разработка системы управления робота для тренировок по боксу

Задачи:

1. Поисканалогов;

2. Разработкаалгоритмаработысистемы;

3. Разработка функциональной схемы;

4. Провести сравнительный анализ устройства СТЗ;

5. Провести сравнительный анализвстраиваемых одноплатных компьютеров;

6. Разработать структурную схему системы управления;

7. Разработатьтехнологический процесс;

8. Создание 3d модели конструкции для Kinect;

9. Произвестивыборэлементов;

На сегодняшний день робототехника имеет большую популярность и сегодня создается огромное количество робот в разных сферах деятельности человека. Существует большое количество роботов: маленькие, большие, быстрые, медленные, одни летают, другие плавают но всех их объединяет система управления. Мало создать конструкцию, этой конструкцией нужно управлять и в данном проекте будет разработана система управления для робота - боксера.

Существует также большое количество способов управлять роботом и для данного проекта, было выбрано управление, по средствам технического зрения, основанным на устройстве KinectforWindows.Далее будет показан сравнительный анализ и основные характеристики данного устройства.

 

Разработка структурной схемы робота.

Устройство Kinect.

Начинать знакомство с Kinect лучше со знакомства с самим сенсором. Три камеры, в корпусе длиной чуть более 20 см и высотой около 5 см (не считая ножки). Один нюанс – в Kinect две камеры. (рис.4). На рисунке 3 показаны сенсоры Kinect.

Рисунок 3- Изображение сенсоров Kinect.

· IR Emitter – Инфракрасный излучатель. Да, это не камера. Его назначение испускать инфракрасные лучи, которые, отражаясь от предметов, попадают назад в сенсор, где их принимает:

· IR DepthSensor – Инфракрасный приёмник. Собирает отраженные лучи, преобразуя их в расстояние от сенсора до объекта(ов). И таким образом строится, можно сказать, матрица расстояний — целый кадр. Максимальное разрешение 640x480 (30 fps).

· ColorSensor – Цветная камера. Захват видео с максимальным разрешением 1280x960 (12fps). Угол обзора камеры: 43° по вертикали и 57° по горизонтали (угол обзора дальномера идентичный). Можно выбрать формат картинки:RGB или YUV.

· MicrophoneArray – набор микрофонов. 4 встроенных микрофона позволяют определить местоположение источника звука и направление звуковых волн. Встроенный обработчик звукового сигнала включает подавление эха и уменьшение шума.

· TiltMotor – Коррекция наклона. Позволяет программно настраивать наклон сенсора в диапазоне ±27° по вертикали.

Сенсор подключается к компьютеру через USB, хотя, строго говоря, USB устройством не является, т.к. имеет несколько отличную прошивку, нежели стандартное USB устройство. Нарисунке 4 показан диапазон «рабочих» расстояний Kinect.

Рисунок 4- Диапазон «рабочих» расстояний Kinect.

Режим DefaultRange доступен как для KinectforWindows, так и для KinectforXBox, но NearRange доступен только для сенсора KinectforWindows. Простой пример: для всех объектов в кадре находящихся в пределах NormalValues сенсор вернёт измеренное расстояние, но для объектов, выходящих за этот диапазон, сенсор вернёт либо ноль, либо определенную для каждого диапазонаконстанту(зависит от заданных настроек). Одно из существенных отличий SDK 1.5 от 1.0 в том, что теперь в режиме NearRange можно получить информацию о сидящем человеке, это так называемый трекинг сидящей фигуры(seatedskeletaltracking). Kinect отслеживает 10 точек: голову, шею и руки. Но об этом чуть позже.

Хочется обратить внимание наразличиядвух Kinect (XBox и Windows). Первый разрабатывался и тестировался с одним устройством – XBox. Второй же, напротив, должен работать с широким диапазоном устройств (компьютеров), поэтому его кабель короче, а специальное устройство призвано не позволитьKinect подраться с остальной USB периферией. Лицензионное соглашение позволяет использовать KinectforWindows в коммерческих целях, а KinectforXBox нет.

Перейдем теперь к установке SDK. В версии 1.5 Microsoft разделил SDK на два пакета. Скачать их можно с официальнойстраницы:KinectforWindows SDK. Включает APIs и драйверы сенсора.KinectforWindowsDeveloperToolkit. Включает KinectStudio, FaceTracking SDK, примеры кода и документация.

Видеопотокотсенсора.

 

Внимательно почитав MSDN можно узнать полезную информацию об этом потоке. Например, разработчик волен установить уровень качества и формат картинки при инициализации видеопотока. От уровня качества напрямую зависит количество и скорость передаваемых от сенсора данных, ограниченной, в свою очередь, пропускной способностью USB 2.0. Так для картинки разрешением 1280x960 количество кадров в секунду составит 12, а для картинки разрешением 640x480 – 30. Формат изображения определяется цветовой моделью и может быть либо RGB, либо YUV.

Комбинации уровня качества и формата картинки представлены перечислением ColorImageFormat. Три из его значений определяют 32-битное кодирование каждого пиксела изображения:

RgbResolution1280x960Fps12,RgbResolution640x480Fps30иYuvResolution640x480Fps15, ачетвертый – 16-битноеRawYuvResolution640x480Fps15. Большое недоумение вызывает YuvResolution640x480Fps15. В MSDN четко сказано (тути тут), что это YUV конвертированный в RGB32… но, тем не менее, продолжающий оставаться YUV.

Чтобы начать принимать видеопоток от сенсора, этот самый поток необходимо инициализировать:

// включаем видеопоток с цветовой моделью RGB и разрешением 640x480(30fps)kinect.ColorStream.Enable(ColorImageFormat.RgbResolution640x480Fps30);// теперь можно подписаться на событие сенсора, чтобы получать готовый кадр и работать с нимkinect.ColorFrameReady +=SensorColorFrameReady;

 

Аудиопотокотсенсора.

 

В Kinect встроен набор из четырёх микрофонов, использующий 24-битный аналого-цифровой преобразователь, а встроенный обработчик звукового сигнала включает подавление эха и уменьшение шума. Каждый микрофон установлен так, чтобы иметь небольшую направленность. Задействовать ли эхо или шумоподавление зависит от разработчика, т.е. эти опции задаются на этапе инициализации аудиопотока. Оптимальное расстояние между говорящим и сенсором – 1-3 метра.

Звуковые возможности Kinect могут быть использованы самыми различными способами, например, для высококачественного захвата аудиосигнала, определение положения аудиосигнала или распознавания речи. О распознавании речи мы поговорим далее, а сейчас мне бы хотелось остановиться на одной особенности Kinect,. Инициализация аудиопотока занимает чуть меньше четырех секунд. Это необходимо учитывать, и, скажем, после вызова метода сенсора Start(), делать задержку в четыре секунды, прежде чем настраивать параметры аудиопотока - KinectSensor.AudioSource.Примеропределения направления звука можно найти в MSDN.

Поток данных дальномера от сенсора это поток формирующийся из кадров, в которых каждый пиксель содержит расстояние (в миллиметрах) от плоскости сенсора до ближайшего объекта в определенных координатах поля зрения камеры. Как и в случае видеопотока, для потока данных дальномера можно устанавливать разрешение одного кадра, которое определяется перечислениемDepthImageFormat. При частоте кадров 30 в секунду, разработчик волен выбирать разрешения 80x60 (Resolution80x60Fps30), 320x240 (Resolution320x240Fps30) и 640x480 (Resolution640x480Fps30). И как уже было сказано в предыдущей части, существует два диапазона «рабочих» расстояний: DefaultRange и NearRange, определяемых перечислениемDepthRange.

// устанавливаем диапазон расстоянийkinect.DepthStream.Range = DepthRange.Near;// и включаем поток дальномера с разрешением 640x480(30fps)kinect.DepthStream.Enable(DepthImageFormat.Resolution640x480Fps30);

Расстояния в каждом пикселе кодируется только 13-ю битами, а 3 бита призваны идентифицировать человека. Если расстояние до объекта оказывается выходящим за рабочий, в 13 битах вернется ноль или определенная константа. Если при инициализации сенсора включить возможность трекинга человеческой фигуры, в 3 битах будет возвращаться порядковый номер (1 или 2) обнаруженного человека (если в данной точке найден человек, иначе вернется 0):kinect.SkeletonStream.Enable();

Вариантымодели.

Варианты моделиWAFER-OT-Z650/Z670перечислены ниже в таблице 3.

Таблица3: WAFER-OT-Z650/Z670 Model Variations.

ModelNo.	CPU
WAFER-OT-Z670-R10	Intel® Atom™ Z670 1.5 GHz
WAFER-OT-Z650-R10	Intel® Atom™ Z650 1.2 GHz

Разъемы.

Разъемы на WAFER-OT-Z650 / Z670 показаны на рисунке ниже.

 

Рисунок 8- Разъемы

Размеры.

Основные размеры WAFER-OT-Z650 / Z670 показаны ниже на рисунке 9 - 10.

Рисунок 9-WAFER-OT-Z650 / Z670 размеры.

 

Рисунок 10- Интерфейс внешней панели Размеры (мм).

 

Техническиехарактеристики.

Технические характеристики WAFER-OT-Z650 / Z670 перечислены ниже в таблице 4.

Таблица 4: WAFER-OT-Z650 / Z670 Технические характеристики.

Спецификация/Модель	WAFER-OT-Z650/Z670
Фактор формы	3.5”
Процессор системы	Процессор 1.2 GHz Intel® Atom™ Z650 или 1.5 GHz Intel® Atom™ Z670
Чипсет системы	Intel® SM35
Память	Встроенная 800 MHz 1.0 GBDDR2 SDRAM
Графика	Intel® GMA 600 с графическим ядром 400 MHz Поддержка MPEG2, H.264, VC-1/WMV9 с разрешением до 1080p декодирования

Продолжение таблицы 4.

Дисплей	HDMI 1.3a с разрешением до 1080p 18-bitодноканальныеLVDS с разрешением до 1366x768
BIOS	UEFI BIOS
Аудио	Realtek ALC662 HD Audio кодер-декодер
Ethernet	Интерфейс USB 10/100 Mbps LAN на AX88772A
COM	Четыре RS-232 последовательных порта.
USB	Семь USB 2.0/1.1
SATA	Один порт SATA 3Gb/s с мощностью в 5V
SD	Один слот SD-карты.
Сторожевой таймер	Программируемый поддерживает 1 ~ 255 сек. переустановка системы.
Источник Питания	Вход 12 В поддержка ATиATX. Один внешний разъем питания. Один 4-контактный (2x2) разъема внутреннего питания.
Потребляемая мощность	12V @ 0.93 A (1.2 GHz Intel® Atom™ Z650). 12V @ 0.95 A (1.5 GHz Intel® Atom™ Z670)
Рабочая Температура	-10°C ~ 60°C
Температура хранения	-20°C ~ 70°C
Влажность (рабочая)	5% ~ 95% (без конденсата)
Размеры (Д х Ш)	146 mm x 102 mm
Вес (GW / NW)	450g / 130g

 

Потокданных

Рисунок 11 показывает поток данных, между системным чипсетом, процессором и другими компонентами, установленными на материнской плате.

 

Рисунок 11-Поток данных.

 

В Разъемпитания SATA.

CN Обозначение: SATA_PWR1.

CN Тип:2-контактный пластины.

CN Местоположение: рисунок 13-1.

CN Разводка: таблица 2-3.

Используется разъем питания SATA на 5 V для подключения к SATA разъем питания устройства.

 

Рисунок 13-1-Местоположение разъема питания SATA.

 

В таблице 8-1показана разводка SATA разъема питания.

Таблица 8-1: Разводка SATA разъем питания.

№ контакта	Описание
	+5V Ground
	Ground

 

В Разъемпитания.

CN Обозначение:CN2.

CN Тип:4-контактный разъем Molex питания.

CN Местоположение: рисунок 13-2.

CN Разводка: таблица 8-2.

Разъем питания ATX подключается к источнику питания ATX.На рисунке 13-2 показано местоположениеразъема питания.

 

Рисунок 13-2- Местоположение разъема питания.

В таблице 8-2показано 12 VПитаниеконтактовразъемов.

Таблица8-2: 12 VПитаниеконтактовразъемов

Контакт	Описание
	GND
	GND
	+ 12V
	+ 12V

 

РазъёмMolex: ATX12V в данном проектепредназначендля подключения основного питания WAFER-OT-Z650/Z670

Разъем кнопкипитания.

CNОбозначение: PWR_BTN1.

CN Тип: 2-pin wafer.

CN Местоположение: рисунок 13-3.

CN Разводка: таблица 8-3.

Разъем кнопки питания, подключен к коммутатору питания на корпусе системы, чтобы пользователи могли включить систему включения и выключения. На рисунке 13-3 показано местоположение разъема кнопки питания.

 

Рисунок 13-3- Местоположение разъема кнопки питания.

В таблице 8-3показаны разъемы контактов кнопки питания.

Таблица 8-3: Разъемы контактов кнопки питания.

Канал	Описание
	PWR_BTN+
	PWR_BTN-

 

Разъемпривода SATA.

CNОбозначение: SATA1.

CN Тип: 7-pin SATA drive connector.

CN Местоположение: рисунок 13-4.

CN Разводка: таблица 8-4.

Разъем SATA привод может быть подключен к SATA привод и поддерживает до 3 Гбит / с.скорости передачи данных.На рисунке 13-4 показано местоположениеразъема привода SATA.

 

Рисунок 13-4-Местоположение разъема привода SATA.

В таблице 8-4показаныконтакты разъемов SATA привода.

Таблица 8-4: Контакты разъемов SATA привод.

Канал	Описание
	GND
	TX+
	TX-
	GND
	RX-
	RX+
	GND

 

Интерфейс SATA имеет два канала передачи данных, от контроллера к устройству и от устройства к контроллеру. Для передачи сигнала используется технологияLVDS.Разъем питания SATAв данном проекте предназначен для передачи данных с жесткого диска, в котором будет располагаться программное обеспечениес программным кодом для управления двигателем.

 

Разъем USB (4-контактный).

CNОбозначение:USB1.

CNТип: 4-pin wafer.

CN Местоположение: рисунок 13-5.

CN Разводка: таблица 8-5.

4-контактный разъем USB обеспечивает подключение к USB 1.1 / 2.0 порта.На рисунке 13-5 показано местоположение 4-контактного разъема USB.

 

Рисунок 13-5- Местоположение 4-контактный разъем USB.

 

В таблице 8-5показанараспиновка 4-контактного разъема USB

Таблица 8-5: Распиновка 4-контактного разъема USB.

Канал	Описание	Канал	Описание
	+ 5V		-USB
	+ USB		GND

Разъем USB предназначен для подключения KinectforWindowsк плате WAFER-OT-Z650 / Z670.

 

Разъем USB (8-контактный).

CNОбозначение:USB2.

CNТип: 8-pinheader.

CN Местоположение: рисунок 13-6.

CN Разводка: таблица 8-6.

8-контактный USB обеспечивает возможность подключения до двух 1,1 / 2,0 портов USB.На рисунке 13-6 показано местоположение8-контактного разъема USB.

 

 

 

Рисунок 13-6- Местоположение 8-контактного разъема USB.

В таблице 8-6показанараспиновка 8-контактног разъема USB.

Таблица 8-6: Распиновка 8-контактног разъема USB.

 

Канал	Описание	Канал	Описание
	USB_VCC		GND
	DATA-		DATA+

Продолжение таблицы 8-6.

	DATA+		DATA-
	GND		USB_VCC

 

В Разъемпитания.

CNОбозначение:PWR_CON1.

CNТип: 12 V power jack.

CN Местоположение: рисунок 14-1.

CN Разводка: таблица 9-1.

Используется задняя панель 12V разъема питания, для подключения платы к источнику питания.В таблице 9-1показана разводка разъема 12В питания.В таблице 9-1показана разводка разъема 12В питания.

 

Таблица 9-1: Разводка разъема 12В питания.

Канал	Описание
	+ 12V
	GND
	GND

Разъем Ethernet.

CNОбозначение:LAN1.

CNТип: RJ-45 connector.

CN Местоположение: рисунок 14-2.

CN Разводка: таблица 9-2.

WAFER-OT-Z650 / Z670 оснащен встроенным RJ-45 Ethernetконтроллером.Контроллер может подключаться к локальной сети через разъем RJ-45 LAN. Есть два светодиода на разъеме, указывающие на статус локальной сети. Назначение контактов приведены в таблице 9-2.

 

Таблица 9-2: Разводка LAN.

Канал	Описание	Канал	Описание
	LAN1_MDI0+		LAN1_MDI2+
	LAN1_MDI0-		LAN1_MDI2-
	LAN1_MDI1 +		LAN1_MDI3+
	LAN1_MDI1-		LAN1_MDI3-

 

На рисунке 14-2 показан разъем EthernetRJ-45.

 

 

 

Рисунок 14-2- Разъем EthernetRJ-45.

 

Разъем RJ-45 Ethernet имеет два светодиодных индикатора состояния, зеленый и желтый.Зеленый светодиод указывает на активность на порту и желтый светодиод указывает порт связан. Смотрите таблицу 9-3.

 

Таблица 9-3: Разъем светодиодов RJ-45 Ethernet.

 

Статус	Описание	Статус	Описание
Зеленый	Активный	Желтый	Связанный

 

Разъем HDMI.

CNОбозначение: HDMI1.

CNТип: HDMIconnector.

CN Местоположение: рисунок 14-1.

CN Разводка: таблица 9-3.

Подключается к экрану или устройству, который имеет вход HDMI.В таблице 9-3 показанразъем HDMI.

Таблица 9-3: Разъем HDMI.

Канал	Описание	Канал	Описание
	HDMI_DATA2		N/C
	GND		N/C
	HDMI_DATA2#		HDMI_SCL

Продолжение таблицы 9-3.

	HDMI_DATA1		HDMI_SDA
	GND		GND
	HDMI_DATA1#		+ 5V
	HDMI_DATA0		HDMI_HPD
	GND		HDMI_GND
	HDMI_DATA0#		HDMI_GND
	HDMI_CLK		HDMI_GND
	GND		HDMI_GND
	HDMI_CLK

 

USB разъем.

CNОбозначение: FP_USB1, FP_USB2.

CNТип: DualUSBport.

CN Местоположение: рисунок 14-1.

CN Разводка: таблица 9-4.

Порты подключения к обоим USB 2.0 и USB 1.1 устройств.В таблице 9- показанараспиновка USB-порт

Таблица 9-4: Распиновка USB-порт.

Канал	Описание	Канал	Описание
	USB_VCC		USB_VCC
	DATA-		DATA-
	DATA+		DATA+
	GND		GND

 

LVDS ЖК Установка.

WAFER -OT-Z650 / Z670 может быть подключен к TFT LCD экран через 20-контактныйLVDS обжимной разъем на плате. Для подключения TFT LCD сWAFER-OT-Z650 / Z670, необходимо, выполнить следующие действия.

Шаг 1: Найти разъем. Расположение разъема LVDS показано в глава 2.2.6.

Шаг 2: Вставить разъем кабеля. Вставить штекер от драйвера PCB LVDSк разъемуLVDS платы, как показано на рисунке 15-1. При подключенииразъемы, убедитесь, что контакты выровнены.

 

Рисунок 15-1-Подключение LVDS.

Шаг 3: Найти разъем инвертора подсветки. Расположение инвертора подсветкиРазъем показано в главе 2.2.7.

Шаг 4: Подключите разъем подсветки. Подключите разъем подсветки для драйвера TFT ЖК-платы, как показано на рисунке 15-2. При вставке в разъем кабеля, необходимо убедится, что контакты выровнены должным образом.

 

Рисунок 15-2-Подключение инвертора подсветки.

 

Подключение SATA привода.

 

WAFER-OT-Z650 / Z670 поставляется с приводом кабеля SATA. Для подключения SATA привода к разъему, необходимо выполните следующие действия.

Шаг 1: Найти разъем SATA и разъем питания SATA. Места расположенияразъемы, приведены в главе 2.2.8.

Шаг 2: Вставьте разъем кабеля. Вставьте разъем кабеля в платуразъем привода SATA и разъем питания SATA. Ниже на рисунке 15-3 показано Подключение привода кабеля SATA.

 

 

 

Рисунок 15-3-Подключение привода кабеля SATA

 

Шаг 3: Подключить кабель SATA к диску. Подключить разъем на другом концекабеля SATA к разъему на задней панели дисковода. Смотрите рисунок 15-3.

Шаг 4: Чтобы удалить кабель SATA из разъема, необходимо нажать клипсу на

разъеме, на конце кабеля.

 

USB-кабель

WAFER-OT-Z650 / Z670 поставляется с двойным портом USB кабелем 2.0. Для подключения к разъему кабеля USB, необходимо, выполнить следующие действия.

Шаг 1: Найти разъемы. Места расположения разъемов USB приведены в главе 2.2.9.

Шаг 2: Совместить разъемы.Кабель имеет два разъема. Правильно совместите контактом 1 на каждый разъем кабеля с контактом 1 на разъеме USB WAFER -OT-Z650 / Z670.

Шаг 3: Вставить кабельные разъемы. После того, как кабель разъемы правильно выровнены с разъемами USB на WAFER-OT-Z650 / Z670, подключите кабель к разъемам на плате. Смотреть рисунок15-4.

 

 

 

Рисунок 15-4- Подключение двойногоUSB.

 

BIOS

BIOS запрограммирован в чип BIOS.Программа установки BIOS позволяет изменятьнекоторые настройки системы. В этой главе описываются параметры, которые могут быть изменены.

Началоустановки.

UEFI BIOS активируется, когда компьютер включен.Программа установки может быть выполнена одним из двух способов.

1. Нажать DEL или клавишу F2, как только система включена.

2. Нажать DEL или клавишу F2, когда " надо нажатьDel или F2, чтобы войти в программу настройки" на экране появится соответствующее сообщение.

Если сообщение исчезнет до нажатия DEL или F2, перезагрузите компьютер и попробовать еще раз.

 

Использованиеустановки.

Клавиши со стрелками используются, чтобы выделить элементы, нажмите ENTER, чтобы выбрать, использовать PageUp иPageDown, чтобы изменить записи, нажать клавишу F1 для помощи и нажать ESC, чтобы выйти.

 

Главная

Меню основной BIOS (BIOS Меню 1) появляется, когда программа настройки BIOS вводится.

Главное меню дает краткий обзор основной информации о системе.

 

Advanced.

Меню дополнительно (BIOS Меню 2) используется для настройки процессора и периферийных устройств.

 

Chipset.

Меню Chipset используется (BIOS Меню 10) длядоступакNorthbridge и Southbridgeменюконфигурации.

Также пользователю доступны драйверы программного обеспечения. Следующие драйверы могут быть установлены в системе:

- Chipset

- VGA

- Интернет

- Аудио

 

Конструкторскаячасть

 

 

2.1 Функцианальная схема.

Функциональная схема описывает решение системы управления. На рисунке 18 показана функциональная схема системы управления роботом - боксером.

 

Рисунок 18-Функциональная схема системы управления.

В функциональной схеме показано, как происходит автоматическое моделирование изображения и структура программы управления.

Анимация

Данная анимация, была выполнена с помощью программы KinectSDK которая способна распознать фигуру человека и его движения. Точки в построенном скелете называются Joint, что можно перевести как сустав, соединение, узел. Ниже показана анимация пользователя стоящего в разных позициях. На рисунке 19-1 показывает пользователя в защитной стойке. На рисунке 19-2 показан пользователь в атакующей стойке.

 

 

Рисунок 19-1-Пользователь в стойке «блок».

 

На рисунке 19-2 показан пользователь в атакующей стойке.

 

Рисунок 19-2-Пользователь в стойке «правый джеб».

Математическая модель.

Математическая модель была разработана и выполнена в пакете прикладных программ для решения задач технических вычислений и одноимённый язык программирования MATLAB. На рисунке 23 показана математическая модель системы управления.

 

 

Рисунок 23- Математическая модель системы управления.

 

Математическая модель системы управления разбита на отдельные блоки описанные ниже.

Математическая модель устройства Kinect показывает взаимодействие таких блоков как Depth, Skeleton, IMAQ, video viewer. Блок - Depth это поток данных дальномера. Блок Skeleton - это поток трекинга фигуры. Video viewer, блок просмотра видео.

 

Рисунок 24- Математическая модель функций Kinect.

 

Широтно-Импульсная Модуляция - это импульсный сигнал постоянной частоты и переменной скважности. С помощью задания скважности можно менять среднее напряжение на выходе ШИМ. На рисунке 25 показана математическая модель Arduino Широтно-Импульсная Модуляция.

 

Рисунок 25- Математическая модель Arduino Широтно-Импульсная Модуляция.

Блок реальном времени Pacer замедляет время моделирования, так что он синхронизирует с реально прошедшим временем. Степень замедления управляема с помощью параметра ускорения. На рисуноке 26- математическая модель установки Arduino.

 

Рисунок 26- Математическая модель установки Arduino.

 

Рисунок 27- Математическая модель дэкодера Arduino.

 

 

Рисунок 28-

 

 

Технологическаячасть.

 

Технологический процесс.

В технологическом процессе описан процесс подключения и запуска системы управления роботом - боксером. На рисунке 29 представлены этапы технологического процесса.

 

Рисунок 29- Этапы технологического процесса.

Этап 1.

При помощи персонального компьютера устанавливаем на жесткий диск программные обеспечения: Arduino IDE 1.0, MicrosoftKinect SDK, Coding4Fun KinectToolkit 1.1, MicrosoftVisualBasicExpress 2010,.NET Framework 4, MicrosoftDirectX SDK, RuntimeforMicrosoftDirectX 9.

Этап 2.

В программу MicrosoftVisualBasicExpress 2010 загружаем программный код показанный в приложении А.

Этап 3.

К плате WAFER-OT-Z650 / Z670,через разъёмMolex: ATX12V (указанный в главе n) подключается блок питания.

Этап 4.

Подключаем через разъем питания SATA (указанный в главе1.8.6) предназначенный для передачи данных с жесткого диска, в котором будет располагаться программное обеспечение с программным кодом для управления двигателем.

Этап 5.

Подключение к WAFER-OT-Z650 / Z670, TFT LCD экрана, через 20-контактный LVDS обжимной разъем на плате.

Этап 6.

Подключение устройства ввода.

Этап7.

Запуск WAFER-OT-Z650 / Z670 и настройка BIOS.

Этап 8.

После запуска платы WAFER-OT-Z650 / Z670 по средствам USB (указанный в главе1.8.7) к ней подключается KinectforWindows.

Этап 9.

Подключение по средствам USB (указанный в главе 1.8.7) к плате WAFER-OT-Z650 / Z670, ArduinoUNO.

Этап 10.

Запуск программного обеспечения MicrosoftKinect SDK

Этап 11.

Запуск программного обеспечения MicrosoftVisualBasicExpress 2010 с загруженным программным кодом.

Заключение

В ходе бакалаврской работы была разработка система управления робота для тренировок по боксу. В систему управления вошли: WAFER-OT-Z670, KinectforWindows, ArduinoUNO.

Были выполнены следующие задачи:

Был проведен поиск аналогов, в данной сфере робототехнике. Найденные аналоги были изучены и проанализированы по мере имеющейся информации.Разработка алгоритма работы системы была разработана и выполнена в программном обеспечении MicrosoftVisio.Разработка функциональной схемы была разработана и выполнена в программном обеспечении MicrosoftVisio.

После нахождения и анализа аналогов был проведен сравнительный анализ систем управления, в ходе которой, выяснились плюсы и минусы данной бакалаврской работы. В ходе выполнения бакалаврской работы, был проведен сравнительный анализ встраиваемых одноплатных компьютеров, который показал правильность выбора WAFER-OT-Z670.Была также разработана и построена структурная схема системы управления в программе MicrosoftVisio.

Также, было необходимо разработать технологический процессситемы управления. Выполнение данной задачи происходило в программе MicrosoftVisio. После разработки, технологический процесс был подробно описан.

Создание 3d модели конструкции для Kinect было выполнено в программе KOMPAS 3D.

 

Список литературы

1. Горелик А.П., Методы распознавания. - М.: Высшая школа, 2008 г.

2. Ким Н.В., Обработка и анализ изображений в системах технического зрения. – М.: МАИ, 2009 г.

3. Хорн Б., Минский М., Психология машинного зрения/Пер. с англ. – М.: Мир, 2007 г.

4. Новейшие тенденции и перспективы развития систем машинного зрения.

5. Системы технического зрения -http://www.microsoft.com/ru-ru/default.aspx.

6. Обзор kinect for windows sdk [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://habrahabr.ru/post/151131./

7. Обзор kinect for windows sdk [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://habrahabr.ru/post/150955/.

8. Ким Н.В., Обработка и анализ изображений в системах технического зрения. – М.: МАИ, 2009 г.

9. Клевалин, В. А. Системы технического зрения в промышленной робототехнике / В. А. Кле- валин, А. Ю. Поливанов // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2010. – № 9.

10. Клевалин, В. А. Цифровые методы распознавания в системах технического зрения про- мышленных роботов / В. А. Клевалин, А. Ю. Поливанов // Мехатроника, автоматизация, управле- ние. – 2008. – № 5.

11. РЕФЕРАТ на тему:Процесори фірми Microchip. [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://rushkolnik.ru/docs/10/index-18528.html.

12. Универсальная научно-популярная энциклопедия «Кругосвет» 1997-2015

[Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.krugosvet.ru /enc/ nauka_ i_ tehnika/matematika/ALGORITM.html.

13. Алгоритмы и программы структурного метода обработки данных / В.В. Александров, Н.Д. Горский. – Ленинград: Наука, 1983. 208 с.

14. 3d with kinect / J. Smisek, M. Jancosek, T. Pajdla // Computer vision workshops (ICCV Workshops), 2011 IEEE International conference on, 2011, P. 1154 – 1160.

15. KinectFusion: real-time 3D reconstruction and interaction using a moving depth camera / S. Izadi, D. Kim, O. Hilliges, D. Molyneaux, R. Newcombe, P. Kohli, J. Shotton, S. Hodges, D. Freeman, A. Davison, A. Fitzgibbon // UIST '11 Proceedings of the 24th annual ACM symposium on user interface software and technology, 2011, P. 559 – 568. RGB-D mapping: using depth cameras for dense 3d modeling of indoor environments / P. Henry, M. Krainin, E. Herbst, X. Ren, D. Fox // Proc. of international symposium on experimental robotics (ISER), 2010, P. 15.

16. Tracking-based non-parametric background-foreground classification in a chromaticity-gradient space / C. Cuevas, N. Garcia // Image Processing (ICIP), 2010 17th IEEE International Conference on, 2010, P. 845 – 848.

17. Learning OpenCV: computer vision with the OpenCV library / G. Bradski, A. Kaehler // O'Reilly Media, 2008, P. 580.

18. Разработка и исследование методов захвата, отслеживания и распознавания динамических жестов [Текст]: автореф. дис. … канд. техн. наук / А.Н. Алфимцев. – Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 18 с.

19. Hand gesture recognition with depth images: A review / J. Suarez, R. Murphy // RO-MAN, 2012 IEEE, P. 411 – 417, 2012.

20. Интерфейс бесконтактного человеко-машинного взаимодействия на основе данных сенсора дальномера. [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.ugatu.ac.ru/assets/files/documents/dissov/07/2014/KotyuzhanskiiLA/Kotyuzhanskii.pdf#1.

Реферат

Тема данной дипломной работы - разработка системы управления робота для тренировок по боксу.

Основная цель данной дипломной работы - разработка системы управления, обеспечивающей возможность решения поставленной задачи, распознавать движения человека и передавать их компьютеру для обработки данных, реализуемая на базе бесконтактного сенсорного контроллера KinectforWindows.

При этом решается социальная задача - замена спаринг-партнера, что позволит самостоятельно обучатся боксу и снизить риск получения травмы, во время тренировки.

Abstract

The topic of this thesis - the development of a robot control system for training in boxing.

The main objective of this thesis - development management system, providing the opportunity to solve the problem, to recognize human movement and transfer them to a computer for data processing is realized on the basis of non-contact touch controller Kinect for Windows.

This solves the social problem - replacement sparring partner that will own will learn boxing and reduce the risk of injury during exercise.

 

 

Содержание

Введение.. 6

1 Исследовательская часть. 7

1.1 Цель работы и решаемые задачи. 8

1.2 Разработка структурной схемы робота. 8

1.3 Обзор аналогов робота - боксера. 9

1.4 Сравнительный анализ устройств СТЗ. 11

1.5 Устройство Kinect. 13

1.5.1 ВозможностиKinect for Windows SDK. 15

1.5.2 Видеопоток от сенсора. 15

1.5.3 Аудиопоток от сенсора. 16

1.6 Сравнительный анализ встраиваемых одноплатных компьютеров. 17

1.7 Технические характеристики WAFER-OT-Z670. 18