ABC61

Спасибо за отзывы! Честно сказать не ожидал такого внимания, даже растерялся. На самом деле ничего гениального и нового здесь нет, от военных турелей моя отличается только прицелом. Для реализации проекта было просто решено много мелких разнообразных задач. Только всё вместе представляет какую то ценность. Поэтому мне сложно отвечать на некоторые узкоспециальные вопросы.

Требования к прицелу минимальные, он должен увидеть самые простые цели.

Поэтому ПО прицела достаточно примитивно: бинаризация, сегментация, вычисление параметров цели. В дальнейшем возможности модернизации безграничны.

Дальномер при использовании двух камер, работающих в стерео-режиме, не нужен. После стереотриангуляции мы получаем готовые координаты цели в пространстве.

Про стереозрение можно почитать тут.

Идея перекрестия позаимствована из матлаба, робокоп просто совпадение.

Повороты систем координат описываются углами Эйлера.

Дальность до цели и траектория полета шарика учитываются расчётом внешней баллистики.

Используемый софт:

Borland C++ Builder 6.0

Matlab (калибровка камер)

Из готовых библиотек разве что math.h

Если кому интересно, вот исходные видео:

Первое видео со звуком.

Второе видео.

Немного о себе: живу в провинции, холост, безработный.

Турель не продаётся, а делать на заказ у меня сейчас нет ни сил, ни, самое главное, оборудования.

Для связи const30006@yandex.ru, фио фейковые.

Всем советующим снять ковёр - придите и снимите.

Привет всем! По специальности я инженер-математик, но так сложилось, что последние годы работаю не по специальности. Поэтому, чтобы не забыть навыки, да и для интереса делаю различные проекты для себя. Так 3 года назад мне пришла идея сделать автоматическую турель с максимальной точностью стрельбы, способную самостоятельно поражать летящие цели. Сейчас основная часть работы сделана, и вы сможете увидеть результат. Красивые статьи писать я не умею, поэтому будет очень краткое сухое техническое описание, кому не интересно могут сразу посмотреть видео в конце.

Первым делом был куплен страйкбольный автомат CYMA AK-74M CM040 и 3000 боеприпасов к нему. С автомата сняты приклад, крышка ствольной коробки, возвратный механизм, затвор, пистолетная рукоятка и шомпол. Для возможности управления стрельбой с компьютера реализован электронный спуск.

Далее конструкция. Ответственные детали сделаны из дюрали и стали, остальные изготовлены из фанеры, ДСП и картона. Зачастую достать нужный материал было невозможно, из-за чего некоторые детали дорабатывались под имеющийся. На большие дюралевые детали материала и вовсе не нашлось, поэтому пришлось выплавлять заготовки. Плавил в первый раз, поэтому из-за неопытности отливки получились пористые и с раковинами, но на функциональность готовых деталей это не повлияло. В основании установки расположен радиально-упорный подшипник диаметром 130 мм.

Изначально планировалось сделать зубчатые передачи, однако в последний момент возникли опасения насчёт точности нарезания зубьев. Поэтому было решено использовать ременную передачу с ремнём GT2. Заготовку горизонтального колеса удалось приспособить, а вот заготовку вертикального колеса пришлось выбросить, как и уже готовые шестерни.

Углы наведения по вертикали от -15 до +60 град, наведение по горизонтали за счёт применения контактных колец неограниченно.

В движение установку приводят два шаговых двигателя NEMA17 JK42HS40-1704, управляемых драйверами DRV8825. Разгон и торможение двигателей происходит с переключением микрошага. Питает двигатели силовой трансформатор с выходным напряжением 35 V и током 4 A. Для охлаждения установлены два вентилятора 80 мм и 120 мм. Получившиеся характеристики приводов: скорость наведения до 55 град/с, ускорение до 85 град/с/с.

Для работы с драйверами ШД и датчиками использован микроконтроллер STM32F407VGT6 на отладочной плате STM32F4-Discovery. Связь с компьютером осуществляется через виртуальный COM-порт.

В качестве прицела используются две web-камеры Logitech c270, работающие в стерео-режиме с частотой 30 кадров в секунду. Казалось бы две одинаковые камеры, но качество изображения заметно отличается. Камеры калибруются в Matlab при помощи Camera Calibration Toolbox.

Микроконтроллер и камеры подключены к хабу USB 3.0. Кабель USB 3.0 разрезан, спаян через контактные кольца и выведен из нижней части корпуса основания турели. Провода от колец с каждой стороны изначально по 25 см, поэтому их необходимо максимально укоротить. Я этого сразу не сделал и хаб не определялся в компьютере, хотя все контакты прозванивались. Также в турель идёт кабель 220V, но его я побоялся подключать через контактные кольца, поэтому сделал щётки.

Для уравновешивания люльки в передней части размещены противовесы общей массой 2.5 кг.

Итоговые массогабаритные характеристики: масса 20.4 кг, длина 945 мм, ширина 481 мм, высота 423 мм.

Стоимость компонентов вышла примерно в 18000 рублей.

Что получилось:

Невозможно идеально сделать детали и собрать их, отсюда проблема - взаимное положение осей неизвестно, не равно теоретическим 0 или 90 град. Чтобы согласовать оси вращения башни и люльки, визирную ось прицела и ось ствола необходимо построить соответствующие системы координат.

Для построения систем координат башни и люльки применена инерциальная навигационная система на базе модуля GY-521. Основа модуля - микросхема MPU6050, содержащая трех осевой MEMS акселерометр, трех осевой MEMS гироскоп и температурный датчик. Предварительно акселерометр и гироскоп калибруются.

Система координат прицела строится путём наблюдения за меткой на щите в различных угловых положениях башни и люльки.

Для построения системы координат ствола необходимо визуализировать ось ствола. Для этого в ствол помещается стержень с лазером на конце, а точка на щите фиксируется прицелом.

Зная системы координат и решив задачу внешней баллистики, можно рассчитать углы наведения на цель.

Общая ошибка не превышает 4 мрад, что на дистанции 30 м даст отклонение 12 см.

В системе управления огнём реализованы два режима: статический (ручное целеуказание) и динамический (автоматический поиск и поражение целей). В первом необходимо на экране указать одну или несколько целей и нажать кнопку открытия огня. Во втором установка сама обнаруживает движущиеся контрастные цели. После необходимого количества наблюдений прогнозируется дальнейшая траектория цели. Далее, учитывая время поворота и время полета шарика, рассчитывается упреждающая точка. С момента обнаружения цель может быть поражена через 1.5 секунды.

Также турелью можно управлять мышкой как в компьютерной игре-стрелялке. Положение перекрестия при этом регулируется колёсиком мыши в зависимости от визуально оцененной дальности до цели.

К сожалению, у меня нет возможности провести испытания на открытом пространстве. Поэтому пришлось стрелять в домашних условиях. На видео работа турели в статическом режиме по целям шириной 5 см.

Отклонение составило 2-3 мрад, поэтому можно считать максимальную точность стрельбы достигнутой. А самостоятельно поражать летящие цели турель пока может только теоретически в математической модели.

В дальнейшем открываются большие возможности по доработке. Например, идентификация целей с помощью нейронных сетей, дистанционное управление.

Спасибо за внимание! В комментариях отвечу на вопросы.