Forum 10 05.indd - Pomiary Automatyka Robotyka

Forum 10 05.indd - Pomiary Automatyka Robotyka

Nr 5/2010
Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010
Forum Młodych
System automatycznych pomiarów
rynometrycznych (1)
Tomasz Kuśmierczyk – Studenckie Koło Naukowe Cybernetyki
ozwój nowoczesnych technologii przekłada się na ich
przegląd i analiza działania istniejących rozwiązań w zastosowanie w coraz to nowych obszarach ludzkiej dziakresie skanningu 3D, co pozwoli na zapoznanie się z kołalności. Mimo to wciąż pozostają obszary, w których domirzyściami i wadami takiego podejścia w zastosowaniu do
nuje metodyka opracowana na początku XX, a nawet w XIX
antropometrii
opracowanie algorytmów wstępnego przetwarzania dawieku. Jedną z takich dziedzin jest antropometria – technika
nych pozyskiwanych ze skanera 3D (adaptacja istniejąpomiarów ludzkiego ciała.
cych lub opracowanie nowych)
Zakres zastosowań antropometrii jest bardzo szeroki: poopracowanie nowych metod i algorytmów analizy danych
cząwszy od wzornictwa przemysłowego przez badania antroi poszukiwania punktów charakterystycznych ciała
pologiczne, systemy monitoringu, a skończywszy na medyocena i weryfikacja uzyskanych rozwiązań.
cynie. Zwłaszcza ta ostatnia dziedzina zawiera duży potencjał
dla zastosowania inżynierii komputerowej. Na pograniczu
Tradycyjne pomiary antropometryczne
medycyny i informatyki prowadzi się badania dotyczące oceny wad postawy i jej zmienności w ciągu życia czy diagnoDefinicje, podstawowe pojęcia i stosowane nazowania problemów zdrowotnych m. in. związanych z dziarzędzia
łaniem górnych dróg oddechowych. Prace na temat związku
Antropometria to technika stosowana w antropologii. Polega
między rynometrią (pomiarami nosa) a kwestiami zdrowotna liczbowym opisie wymiarów ciała ludzkiego. Jej nazwa
nymi prowadzone są na Warszawskim Uniwersytecie Mewywodzi się z greckich słów: anthropos – człowiek i medycznym [1]. Wiadomo, że na wyniki diagnoz dotyczących
trikos – pomiar. Metoda ta rozwijana jest od ponad 200 lat.
nosa wpływ ma nie tylko stan zdrowia osoby badanej ale rówW wersji klasycznej dokonuje się pomiarów statycznych za
nież jej budowa antropologiczna [1]. Pozyskanie takiej wiepomocą elementarnego zestawu narzędzi [2, 7, 9]:
dzy jest niezwykle ważne w celu uwzględnienia jej wpływu
waga – pomiar ciężaru
na wynik badania.
aparat fotograficzny – utrwalanie wyglądu części ciała
W tradycyjnej antropometrii stosuje się wciąż najprostsze
taśma pomiarowa – długość krzywizn i obwody części ciała
narzędzia, jednak prowadzi się prace nad użyciem technik
antropometr (ang. anthropometer) – pomiar odległości
komputerowych w połączeniu ze znacznie bardziej rozwimiędzy punktami na ciele
niętym instrumentarium. Współczesne skanery powierzchni 3D stwarzają nowe możliwości. Stosowanie nowych technologii wiąże się z licznymi
problemami (za [2]): istniejące rozwiązania
są bardzo drogie i niedoskonałe, brakuje też
opracowań (zwłaszcza algorytmów analizy)
na ten temat. Metodą zajmuje się stosunkowo
niewielka grupa firm i ośrodków naukowych.
Technika automatycznych pomiarów antropometrycznych leży na pograniczu antropologii, mechatroniki i informatyki. Kolejne
aspekty, które należy rozważyć i opracować
projektując system realizujący takie zadanie
to:
określenie stanu istniejącej wiedzy na temat
antropometrii, która umożliwi dobór charakterystycznych punktów twarzoczaszki
i mierzonych parametrów; dane a priori
dotyczące tych wymiarów mogą znacznie
Rys. 2. Płaszczyzny ciała: PF - płaszczyzna
ułatwić projektowanie algorytmów autoRys. 1. Podstawowy zestaw narzędzi
czołowa główna, PN - płaszczyzna
do pomiarów antropometrycznych
poprzeczna, PSM - płaszczyzna strzałkowa
matycznego pomiaru
55
Forum Młodych
Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010
suwak (cyrkiel liniowy, ang.
spreading caliper) – pomiar
średnic
goniometr – pomiary kątów
cyrkle kabłąkowe.
Rys. 3. Punkty pal - pal
Zarys metodyki
pomiarów
antropometrycznych
Podstawowymi pojęciami z zakresu antropometrii są rzuty,
płaszczyzny i linie ciała (rys. 2).
Najważniejszą płaszczyzną dotyczącą głowy jest płaszczyzna
frankfurcka. Odpowiada ona takiemu ułożeniu głowy, w którym
najniższy punkt kostnej krawędzi oczodołu i najwyższy punkt
Rys. 4. Punkty sn-prn
na kostnej krawędzi kanału słuchowego znajdują się w jednej
płaszczyźnie (poziomej). Drugim
pojęciem potrzebnym do definiowania punktów pomiarowych
antropometrii są linie – ślady, jakie pozostawiają płaszczyzny na
powierzchni ciała [7]. Istotną jest
linia pośrodkowa przednia, która
przechodzi przez środek czoła,
środek wcięcia szyjnego rękoRys. 5. Punkty al-al
jeści mostka, aż do środkowego
punktu dolnego brzegu spojenia
łonowego.
Pomiaru [3] należy dokonywać w ułożeniu maksymalnie
zbliżonym do pozycji anatomicznej: stojąc wyprostowanym,
pięty złączone, pośladki, tył głowy i łopatki dotykają ściany
za plecami osoby, na której dokonywany jest pomiar. Ramiona i palce powinny być wyprostowane. Głowa powinna być
nieskręcona i ułożona w płaszczyźnie frankfurckiej.
Głównymi źródłami błędów i niepowtarzalności pomiarów
dokonanych za pomocą tej metody są:
subiektywność ustalenia punktów charakterystycznych ciała – różne osoby różnie oceniają spełnienie kryteriów określających ich
położenie
niedokładność ułożenia ciała przy pomiarze
niedokładność narzędzi.
Poprawę wyników można uzyskać poprzez
zwiększenie liczby osób dokonujących subiektywnej oceny pomiaru i uśrednienie wyników.
być jednoznacznie określone i łatwe do identyfikacji
znajdować się w obszarach łatwo dostępnych
dobrze różnicować i charakteryzować osoby.
Z punktu widzenia wrażliwości na błędy, wskazane jest, by
małe przesunięcie punktu charakterystycznego w nieistotnym
stopniu wpływało na wartość zmierzonego parametru.
Medycyna definiuje wiele punktów charakterystycznych
dla twarzy (cefalometrycznych czyli rozmieszczonych na
czaszce ale rzutowanych na powierzchnię miękką), jednak
nie wszystkie są użyteczne dla pomiarów antropometrycznych w każdym zastosowaniu. Dzieli się je na parzyste, dla
których istnieją dwa punkty na ciele spełniające kryterium
oraz nieparzyste – pojedyncze. Są to m.in. [1, 2, 7, 9]:
vertex (v) – punkt najwyżej położony na szczycie głowy
ustawionej w płaszczyźnie frankfurckiej
glabella (g) – punkt na kości czołowej, najbardziej wysunięty ku przodowi, znajdujący się na przecięciu linii pośrodkowej ciała z linią przeprowadzoną przez wyniosłości
nadoczodołowe
gnathion (gn) – punkt położony na krawędzi dolnej żuchwy
(czaszka w płaszczyźnie frankfurckiej), zwykle punkt najniższy na żuchwie
opisthocranion (op) – punkt na kości potylicznej najbardziej odległy od punktu glabella w płaszczyźnie pośrodkowej
zygion (zy) – najdalej bocznie wysunięty punkt łuku jarzmowego.
Punkty dotyczące nosa to:
subnasale (sn) – punkt leżący w linii pośrodkowej ciała, na
połączeniu słupka nosa i rynienki podnosowej wargi górnej; położony jest na szczycie kąta, jaki tworzy dolna krawędź przegrody nosowej i rynienka wargowa
alare (al) – najbardziej bocznie wysunięty punkt skrzydełka nosowego
pronasale (prn) – punkt w linii pośrodkowej, w najbardziej
wysuniętym ku przodowi punkcie końca nosa, przy ustawieniu głowy w płaszczyźnie uszno-ocznej
stomion (st) – punkt leżący na przecięciu linii pośrodkowej
ciała ze szparą ust
supraalare (sala) – punkt położony jest w miejscu najwyższym na bruździe skrzydła nosa
Punkty charakterystyczne
i parametry twarzy
Podstawowym zagadnieniem antropometrii
jest wybór punktów lub obszarów charakterystycznych (ang. landmarks) na ciele, pomiędzy
którymi dokonywane są pomiary. Punkty te powinny spełniać następujące kryteria:
56
Rys. 6. Punkty antropologiczne twarzy,
widok z boku [7]
Rys. 7. Punkty antropologiczne głowy,
widok z przodu [7]
Nr 5/2010
Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010
nariale (na) – punkt położony najniżej na krawędzi dolnej
otworu gruszkowatego
postalare (pal) – punkt położony z tyłu skrzydełek nosa
w miejscu, gdzie skóra nosa przechodzi w skórę twarzy,
najbardziej bocznie
nasion (n) – punkt leżący w linii pośrodkowej, na wysokości nasady nosa.
Wykorzystując tak zdefiniowane punkty można wyznaczyć
wiele odległości. W medycynie jednak przyjęło się stosować
te najbardziej intuicyjne, które zdają się najlepiej charakteryzować człowieka:
największa długość głowy (glabella – opisthocranion,
g – op)
największa szerokość głowy (euryon – euryon, eu – eu)
wysokość głowy uszna (vertex – tragion, v – t)
szerokość jarzmowa twarzy (zygion – zygion, zy – zy)
wysokość morfologiczna górno-twarzowa (nasion – stomion, n – st)
Te dotyczące nosa [1, 7]:
wysokość (długość) nosa (nasion – subnasale, n – sn)
długość grzbietu nosa (nasion – pronasale, n – prn)
szerokość nosa (alare – alare, al – al) – pomiar przy bezdechu i braku napięcia skrzydełek nosa
wysokość słupka nosa (długość podstawy nosa) (subnasale
– pronasale, sn – prn)
szerokość nasady nosa (pal-pal) – pomiar ze skrzydełkami
nosa u jego nasady
kąt profilu nosa, nachylenie linii nasion – subnasale (n-sn)
do pionu.
Zastosowania
i problemy antropometrii
Mając do dyspozycji zbiór pomiarów antropometrycznych można
estymować rozkład wartości danych cech dla gatunku ludzkiego.
Wyniki mogą być użyte we wzornictwie przemysłowym [7]. Jednym z możliwych obszarów zastosowań szybkich pomiarów antropometrycznych jest przemysł
odzieżowy.
Informacje antropometryczne
używane są również w medycynie: do oceny stanu zdrowia danego osobnika – np. znając stopień
korelacji pomiędzy danymi wymiarami, a trudnymi do zbadania
cechami charakteryzującymi zdrowie osoby: wymiary zewnętrzne nosa, a wymiary jam nosa [1].
Inne przykłady zastosowań to klasyfikacja antropologiczna oraz
chirurgia plastyczna. Współcześnie nietrudno znaleźć kolejne
zastosowania zaawansowanych
technik antropometrii:
do weryfikacji tożsamości –
np. można wyobrazić sobie system, który na podstawie automatycznych pomiarów wymiarów akceptuje lub odrzuca
osobę chcącą dostać się do budynku
przy produkcji modeli 3D do gier/animacji komputerowych
przy doborze ubioru lub automatycznej personalizacji stanowiska pracy.
Pomiary ciała ludzkiego mają swoistą specyfikę, które
znacznie ograniczają ich stosowalność. Podstawowymi problemami utrudniającymi praktyczne zastosowania antropometrii są:
zmienność ciała ludzkiego w ciągu życia – widoczne jest
to szczególnie w okresie od urodzenia do osiągnięcia dojrzałości [1]
plastyczność twarzy i ciała jako całości [6]
trudności związane z dostępem do obszarów pomiarowych
(np. ze względu na ubiór).
Anatomia twarzoczaszki i nosa
Znajomość specyfiki budowy twarzoczaszki i nosa stanowią
wiedzę niezwykle istotną dla dokładnej analizy tych obszarów, jak i dla późniejszego opracowywania algorytmów automatyzujących ich pomiary.
Twarz można podzielić w pionie na trzy obszary: od linii
włosów do glabelli (część czołowa) od linii brwi do podstawy
nosa (środek) od podstawy nosa do brody wyznaczonej przez
gnathion (część dolna). Niezależnie od tego podziału wyróżnia się następujące regiony twarzy: czoło, brwi, oczy, nos, policzki, usta, podbródek. Podział ten jest naturalny i dlatego łatwy do użycia. W budowie nosa obecnie wydziela się [1]:
Tab. 1. Zestawienie wartości parametrów twarzoczaszki dla osób powyżej 17 roku życia w okolicach
Warszawy [1]
Średnia dla
kobiet [mm]
Odchylenie
standardowe [mm]
Średnia dla
mężczyzn [mm]
Odchylenie
standardowe [mm]
Największa szerokość
głowy
152,43
5,09
159,64
5,40
Największa długość
głowy
179,09
5,4
192,05
5,91
Wysokość uszna głowy
148,91
5,59
157,21
5,52
Szerokość jarzmowa
twarzy
135,51
4,92
144,46
4,77
Wysokość twarzy górna
74,45
12,78
78,51
4,81
Mierzony wymiar
Tab. 2. Zestawienie wartości parametrów nosa dla osób powyżej 17 roku życia w okolicach Warszawy [1]
Średnia dla
kobiet [mm]
Odchylenie
standardowe [mm]
Średnia dla
mężczyzn [mm]
Odchylenie
standardowe [mm]
Wysokość nosa
51,00
3,37
55,08
4,62
Długość grzbietu nosa
47,51
3,44
50,92
4,95
Szerokość nosa
32,17
2,8
35,82
2,85
Wysokość słupka nosa
24,61
2,32
26,77
2,53
Mierzony wymiar
57
Forum Młodych
Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010
grzbiet nosa (dorsum nasi) – składa się z dwóch części:
górnej (opartej wewnętrznie na kości czaszki) i dolnej, zakończonej wierzchołkiem nosa (opartej wewnętrznie na
chrząstce); w zależności od kształtu grzbietu nosa wyróżnić można nos prosty, wypukły, wklęsły oraz postacie mieszane
wierzchołek lub koniec nosa (apex nasi) – może być szeroki, wąski, rozlany lub zaostrzony
skrzydła nosa (ala nasi) – z boku przechodzą w policzki,
a do dołu i przyśrodkowo w wargę górną; ogranicza je rowek skrzydłowy, mogą być wąskie lub szerokie, owalne,
okrągłe lub zaostrzone
nasadę nosa (radix nasi) – miejsce, gdzie grzbiet nosa przechodzi w czoło, w tym miejscu powstaje różnej wielkości
zagłębienie.
Statystyki parametrów
antropometrycznych
Parametry charakteryzujące twarzoczaszkę jak i nos przedstawiono wcześniej, jednak dla opracowania systemów pomiarowych pomocna jest wiedza na temat oczekiwanych wyników. Zestawienie wartości średnich wraz z odchyleniami
standardowymi wartości pomiarów przedstawiają tabele.
Podsumowanie
W części tej omówione zostały tradycyjne pomiary antropometryczne. Pokazane zostały wady stosowanej obecnie metody jak i narzędzi. Dodatkowo scharakteryzowano budowę
twarzoczaszki i nosa. Wyszczególnione zostały punkty charakterystyczne tych obszarów jak również ich parametry. Załączono również informację o rozkładzie statystycznym tych
wartości.
Wiedza w przedstawionym zakresie daje dobry obraz dziedziny nauki, jaką jest antropometria i pozwala na dalsze prace
w jej obszarze. Kolejnym aspektem w dążeniu do stworzenia
Studenckie Koło Naukowe Cybernetyki działa od 2008 roku
z ramienia Instytutu Systemów Elektronicznych Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej. Należy do
grupy badawczej Zespołu Aparatury Biocybernetycznej, kierowanego przez prof. nzw. dra hab. Antoniego Grzankę. Wraz z innymi
zespołami naukowymi współtworzy międzyuczelnianą grupę Neuroscience.
Tematyka prac Koła jest zróżnicowana, mimo to główny nacisk został położony na połączenie osiągnięć z dziedziny medycyny i elektroniki, w celu rozwoju diagnostyki, modelowania oraz monitorowania stanu organizmu biologicznego.
Wśród swych członków Koło skupia studentów Politechniki Warszawskiej, a także Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie
i Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego. Łączy ich wspólna pasja tworzenia i wcielania w życie nowych pomysłów, propagowania
korzystnych rozwiązań technicznych.
Do największych sukcesów należą projekty Brain Computer Interface oraz Inteligentny dom, opierające się na odpowiedniej akwizycji,
przetwarzaniu sygnałów z wykorzystaniem technik komputero-
58
w pełni automatycznego systemu pomiarowego jest rozważenie aspektów technicznych, co zostanie zrobione w kolejnej
części.
Bibliografia
1. Szczęsnowicz-Dąbrowska P.: Związek Pomiędzy Wynikami Rynometrii Akustycznej a Parametrami Antropometrycznymi u Zdrowych Osobników. Rozprawa na stopień doktora, Akademia Medyczna w Warszawie: Zakład
Profilaktyki Zagrożeń Środowiskowych Wydziału Nauki
o Zdrowiu, Warszawa 2006.
2. Peavy Simmons K.: Body Measurement Techniques:
A comparison of three-dimensional body scanning and
physical anthropometric methods. North Carolina State
University, Raleigh, North Carolina, January 12, 2001
3. Kroemer K.H.E., Kroemer H.J., Kroemer-Elbert K.E. Engineering physiology: Physiologic bases of human factors/ergonomics. Amsterdam, Elsevier, 1986.
4. Montagu, M.F.A., A handbook of anthropometry. Springfield, IL: Charles C. Thomas, 1960
5. J. Young, Head and Face Anthropometry of Adult U.S. Civilians, Final Report, July 1993.
6. A. Raouzaiou, S. Ioannou, G. Akrivas, K. Karpouzis and
S. Kollias, Adaptation of expression analysis based on
evaluation principles, National Technical University of
Athens
7. Napoleon Wolański przy współautorstwie Stanisława Niemca i Miry Pyżuk, Antropometria inżynieryjna: Kształt i wymiary ciała, a wzornictwo przemysłowe,
Książka i Wiedza, Warszawa 1975
8. Malinowski A., Wolański N.: Metody Badań w Biologii
Człowieka: Wybór metod antropologicznych, PWN, Warszawa 1988
9. [http://www.archeointernet.pl/antropologia.html] – Antropologia fizyczna.
wych oraz sieci neuronowych. Ponadto już we wrześniu 2008 roku
Koło miało okazję zaprezentować swój dorobek na Festiwalu Nauki,
organizując seminaria młodzieżowe pod tytułem Biocybernetyka
w służbie ludzkości.
W obecnej chwili równolegle prowadzonych jest dziesięć różnych
projektów dotyczących różnych obszarów, od zagadnień militarnych począwszy, na aspektach fizjologii człowieka skończywszy.
Więcej informacji na temat Koła Biocybernetyki można znaleźć na
stronie internetowej http://cyber.ise.pw.edu.pl/.
Dane kontaktowe:
SKN CYBERNETYKI
Politechnika Warszawska,
Wydział EiTI
Instytut Systemów Elektronicznych,
ul. Nowowiejska 15/19, 00-665 Warszawa
Nr 5/2010
Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010
OPOLCHESS – robot do gry w szachy (3)
Układ sterowania
Krzysztof Gawlik, Radosław Gruszka, Krzysztof Galeczka, Marcin Hnatiuk, Marcin Kupczyk,
Michał Tomczewski, Krzysztof Tomczewski – SKN Spektrum
odstawą układu sterowania robota jest komputer PC
z programem rozgrywającym partie w szachy, który
decyduje o wykonywanych ruchach. Komputer ten poprzez
łącze szeregowe komunikuje się z mikroprocesorami umieszczonymi w złączach manipulatora, chwytaka i szachownicy.
Położenie złącz manipulatora napędzanych serwomechanizmami modelarskimi zadawane jest w postaci impulsów
prostokątnych o ustalonej szerokości. Do ich generowania wykorzystano sprzętowe generatory PWM procesorów
rodziny ATmega. Przyjęto koncepcję jednoczesnej realizacji
ruchów niezależnie wszystkimi przegubami. Przyjętą strukturę układu sterowania robota pokazano na rys. 1.
zadanego czasu transmisja jest ponawiana. Po sprawdzeniu
poprawności otrzymanych danych komputer wysyła kolejny
telegram zawierający rozkaz rozpoczęcia wykonania ruchu
do modułu komunikacyjnego. Moduł komunikacyjny generuje przerwania zewnętrzne INT0 w procesorach sterujących
napędami przegubów, co powoduje jednoczesne rozpoczęcie
wykonywania ruchów wszystkich przegubów. Zakończenie
wykonania ruchu przez złącza zgłaszane jest do modułu komunikacyjnego liniami przerwań i dalej łączem RS-232 do
komputera. Teraz jest kolej na ruch człowieka.
W trakcie wykonywania ruchu przez człowieka moduł komunikacyjny kontroluje cyklicznie stan na szachownicy. W tym
celu w module szachownicy zamontowano układy rejestrów
wejściowych, do których podłączono czujniki hallotronowe
oraz rejestry wyjściowe, do których podłączono podświetlające pola szachownicy diody LED (rys. 2.). Do komunikacji
z szachownicą zastosowano interfejs SPI.
Rys. 1. Schemat blokowy układu sterowania robota
Algorytm działania
Komputer komunikuje się z robotem przez interfejs RS-232
[1], przesyłając rozkazy zawierające numery pól na szachownicach, z których i na które należy przesunąć bierki, bez informacji o rodzaju bierki. W pamięci mikroprocesorów, przeznaczonych do sterowania złączami kinematycznymi, zapisane zostały tablice wartości odpowiadające wypełnieniom
impulsów PWM, przy jakich chwytak osiąga położenie bazowe, dowolnego pola na szachownicy i polach dodatkowych
oraz wrzutni zbitych bierek. Procedura komunikacyjna wykonywana jest cyklicznie i obejmuje wysłanie rozkazu ruchu
dla robota oraz zbieranie danych o ruchu przeciwnika, czyli
człowieka.
Wykonanie ruchu przez robota: komputer poprzez interfejs
RS-232 wysyła 14-bajtowy telegram do modułu komunikacyjnego umieszczonego przy szachownicy oraz modułów sterujących pracą przegubów i chwytakiem. Po odebraniu danych
moduły te za pośrednictwem czterowejściowej bramki AND
uruchamiają przerwanie zewnętrzne INT0 procesora w module komunikacyjnym. Następnie moduł komunikacyjny odsyła do komputera odebraną ramkę sprawdzając poprawność
transmisji. W przypadku błędów transmisji lub braku potwierdzenia odebrania ramki przez dowolny procesor, po upływie
Rys. 2. Schemat blokowy układu kontroli stanu na szachownicy
Informacja o każdej zarejestrowanej zmianie ustawień
bierek na szachownicach przesyłana jest do komputera. Rozpoznanie podniesienia bierki sygnalizowane jest człowiekowi
podświetleniem pola, z którego bierka została zdjęta. Założeniem projektu jest, że za kontrolę legalności ruchu odpowiada
program komputerowy. Po rozpoznaniu wykonania legalnego
ruchu podświetlenie pola jest wyłączane, co sygnalizuje człowiekowi, że jego ruch został zakończony.
Układy elektroniczne
Do realizacji przyjętego algorytmu opracowano układ elektroniczny zgodny ze schematem blokowym (rys. 1). Ramię
robota zostało wyposażone w moduły elektroniczne sterujące
pracą serwomechanizmów (rys. 3). Podstawowymi elementami tych modułów są mikrokontrolery ATmega8 [3]. Ich za-
59
Forum Młodych
Pomiary Automatyka Robotyka 5/2010
daniem jest odbieranie rozkazów z komputera i odpowiednie
wysterowanie serwomechanizmów. Do sterowania każdego
złącza zastosowano oddzielny mikroprocesor.
Rys. 3. Moduły elektroniczne złącz i chwytaka
Rys. 5. Moduł szuflady
Rozkazy z komputera wysyłane są w postaci numerów pól
tablic, w których w każdym procesorze zapisano odpowiadające zadanemu położeniu pola na szachownicy wypełnienie sygnału PWM. Procesory zmieniają szerokość impulsów
z ustaloną stałą czasową umożliwiając poprawne wykonanie
rozruchu i hamowania, ponieważ regulatory w serwomechanizmach mają zbyt krótką stałą czasową. W module kontrolującym pracę chwytaka zastosowano mikroprocesor ATmega8
[3] w obudowie SMD (rys. 3).
Układ elektroniczny zamontowany w szachownicy składa się
z modułu szachownicy głównej i dwóch modułów szachownic
bocznych. Umieszczono je pod polami szachownic (rys. 4.).
Odpowiednio połączone tworzą układ, którego zadaniem jest
zbieranie informacji o rozmieszczeniu bierek na szachownicy
i sygnalizacja optyczna rozpoznania ruchu człowieka.
Bajt 12 to bajt informacyjny. Stosowany jest w celu
potwierdzanie poprawności transmisji. Informacja ta przeznaczona jest tylko dla modułu komunikacyjnego.
Podsumowanie
Projekt robota do gry w szachy jest obecnie w końcowej
fazie realizacji. Robot został uruchomiony z zastosowaniem
programu testowego. Program szachowy działa prawidłowo. Aktualnie trwają prace nad przystosowaniem programu
komputerowego do współpracy z układem sterowania robota.
Modernizowany jest również sposób realizacji ruchów. Obecnie wszystkie ruchy wykonywane są w jednakowym czasie.
Trwają prace nad uzależnieniem czasu realizacji ruchu od
jego długości. Autorzy wierzą, że w najbliższej przyszłości
robot rozegra pierwszą partię szachów z człowiekiem.
Rys. 4. Moduły elektroniczne szachownic
Modułem pracującym niezależnie od pozostałych jest układ
kontroli odkładania bierek, zastosowanym w szufladzie. Wykorzystano w nim również mikroprocesor ATmega8 (rys. 5).
Układ ten ma wyjście PWM do serwomechanizmu odsuwającego bierki, czujniki optyczne i obwody sygnalizacji stanu
pracy. Ostatnim elementem układu elektronicznego robota
jest moduł komunikacyjny, wykonany na bazie mikroprocesora ATmega32 [4] (rys. 6), wyposażony w interfejs szeregowy do komunikacji z komputerem.
60
Rys. 6. Moduł komunikacyjny
Komunikacja z komputerem
Bibliografia
Do komunikacji z komputerem zastosowano protokół
transmisji kompatybilny z protokołem USS [5]. Transmisja odbywa się w trybie asynchronicznym półdupleksowym. Telegram składa się z 14 bajtów. Znaczenie poszczególnych bajtów różni się jednak od standardu USS.
Podczas transmisji komputer-moduł komunikacyjny, bajty
3 – 8 zawierają numery kolejnych pól tablic zawierających
wartości wypełnienia sygnałów PWM, odpowiadające sześciu pozycjom na szachownicy. Umożliwia to realizację
trzech pojedynczych ruchów, składających się na najbardziej złożony ruch w szachach czyli promocję z biciem.
1. Daniluk A.: RS 232C - praktyczne programowanie. Wyd.
Helion, Gliwice 2002.
2. Grębosz J.: Symfonia C++, Tom 1, 2, 3, Wyd. Oficyna
Kallimach, Kraków 1996.
3. Dokumentacja mikroprocesora ATmega8 firmy ATMEL.
4. Dokumentacja mikroprocesora ATmega32 firmy ATMEL.
5. Dokumentacja Using USS Protocol with MICROMASTER MM420.
6. Witkowski A.: Mikrokontrolery AVR programowanie
w języku C przykłady zastosowań. Wyd. Prac. Komp.
Jacka Skalmierskiego, Katowice 2006.