# 東京威力參賽企劃書

## 參考資料:
> [威力官網](http://teltwrobotcombat.rs-event.com.tw/index.html)
> [競賽規則](http://teltwrobotcombat.rs-event.com.tw/download/rule.pdf)
> [活動時程表](http://teltwrobotcombat.rs-event.com.tw/a02.html#h2)
> [討論紀錄](https://hackmd.io/@teltwrobotcombat/r1sqlywkD)
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迷你小瓦力

## 壹、創作敘述
> 請詳細說明選擇何種開發平台，並詳述選擇此開發平台之原因。

我們選擇以樹莓派作為主要開發平台，PYTHON為主要程式語言，負責進行定位、影像傳輸、遠端遙控、場地辨識等複雜行為，輔以微控制器進行周邊設備的控制EX.馬達、手臂等重複性高之行為，並以鋁擠做為主要結構。

* 樹莓派
* 優點
* 具有許多USB孔。
* 內建WIFI、藍芽等，可以很方便地去進行對外部設備的連結。
* 能夠執行系統，對於開發來說想當便利。
* 體積小，可應用於移動設備或是狹小空間內。
* 缺點
* 效能比不上一般的電腦
* 選擇原因
為了同時進行影像處理、網路通訊、訂位資料運算等複雜任務，一個具有執行系統的環境是必須的。而樹莓派剛好符合這些要求，有USB用來連結外部設備，WIFI用來進行無線通訊、同時又能跑作業系統執行較複雜的程式。

* PYTHON
* 優點
* 各平台通用。
* 函式庫眾多可達成各式各樣的任務。
* 編寫快速，語法格式整齊。
* 缺點
* 執行速度慢
* 選擇原因
由於所學尚淺及時間較不充足，我們需要一個能同時做到通訊、影像處理、對周邊設備進行整合的語言，如此一來便只需要掌握一種語言便能完成所有訊息的處理、計算、傳輸等動作。

* 微控制器
* 優點
* 穩定
* 價格便宜
* 體積小
* 缺點
* 只能執行固定程式
* 選擇原因
微控制器非常適合用在控制設備這種行為非常單一的場合，由於只執行一個程式並且執行速度由振盪器決定，可以精確地進行控制，而不用擔心運算時間過久導致延遲。

* 鋁擠
* 優點
* 長度自由
* 固定方便
* 缺點
* 形狀固定
* 選擇原因
只需要進行簡單的加工即可自由地組裝，同時具有一定的強度。鋁擠型的擴充能力十分優良，在更改設計時，能直接進行安裝而不用重新設計機體。

## 貳、功能需求
> 說明機器人在競賽項目中的障礙及解決辦法（所需之功能）。

### 上半場任務
* 自動控制
解決辦法 : 透過雷射測距儀定位、步進馬達控制步數及用樹莓派規劃路線去自動給出控制命令。

* 避障
解決辦法 : 透過雷射測距儀回授數據加上樹莓派的路徑規劃去做到避障動作及細微的位置調整。

* 戳氣球
解決辦法 : 配合已知場地戳氣球位置設計針頭裝置。

* 定位
解決辦法 : 透過雷射測距儀定位。

* 撿東西
解決辦法 : 以伺服馬達搭建多軸手臂夾取物體。

* 放東西
解決辦法 : 透過手臂直接進行放置。

* 上下陡坡
解決辦法 : 底盤系統使用一般的輪子並以步進馬達作為驅動裝置。

* 拆板子
解決辦法 : 透過手臂將板子撞掉。

### 下半場任務
* 影像傳輸
解決辦法 : 影像來源來自webcam，透過wifi送出影像使操作者能了解機器人目前的位置、狀態。

* 無線遙控
解決辦法 : 操作者在遠處觀看鏡頭傳來的影像並透過wifi下達控制命令給樹莓派。

* 抓取及運送東西
解決辦法 : 透過手臂系統夾取物體置倉儲系統，到定位時再進行卸貨。

## 參、設計概念與佈置
> 如：機器人之動力系統、機器人之結構與轉向系統、電力與控制系統、外型設計構想、程式設計、操作參數預估測試、電池…等（以上為舉例，內容不限）。
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### 硬體部分
我們設計將機器人分為互不相干的六個區域，分別是車架、電力系統、電控系統、底盤系統、手臂系統、倉儲系統，再透過電路與程式進行整合。

* 車架
作為車體之主要結構，用以固定其他系統。
並實現模組化設計，方便未來根據需求進行更換和維修。
* 設計:
* 由鋁擠構建而成，在擴充及組裝上具有相當高的彈性。
* 組成:
鋁擠、3D列印零件

* 電力系統
供給全車所需電力。
* 設計:
* 放置底部可使重心降低，增強車體穩定性。
* 因應充電需求，放在最外側將有助於更換及充電。
* 組成:
鋰電池、行動電源

* 電控系統
放置樹莓派以及微控制器(Adruino)。做為整台機器人的大腦，將其放置於機體中央。
* 設計:
* 將控制器至於機體中央可免於碰撞造成的損壞。
* 控制器的集中放置可避免訊號被馬達影響導致雜訊產生。
* 控制器與車上設備均有電路連結，置於中央可避免線路過於複雜。
* 組成:
樹莓派、微控制器、驅動器

* 底盤系統
控制機體移動的機構。
* 設計:
* 使用步進馬達，可在一些較為難以定位的狀況下，進行盲走。
* 能輕鬆地達到速度、距離等控制。
* 組成:
步進馬達、輪子、馬達固定座

* 手臂系統
夾取物品及刺破氣球的機構。
* 設計:
* 使用舵機本身帶有回授訊號，因此可以避免馬達失步或是控制不精確等現象發生。
* 因為手臂需要輕量化設計，夾取物品時需要減少力矩產生，因此選用較為輕型的伺服馬達。
* 組成:
舵機、3D列印零件

* 倉儲系統
儲存物品及卸貨。
* 組成:
伺服馬達、壓克力or木板

### 電控部分
主要電力來源為鋰電池，供給步進馬達使用。
同時透過DC降壓器或是行動電源供給5伏特電源給伺服馬達以及車上搭載之樹莓派、微控制器以及一些感測元件使用。
將來也可以考慮使用行動電源進行5V電源的供給。

### 軟體部分
我們設計讓樹梅派做為主要的數據處理中心，負責資料的接收與處理，並對其他微控制器下達控制命令。實現模組化以及系統分工。
* 樹莓派
負責接收相機、定位用感測器資料以及來自使用者的控制命令，將取得之料進行運算、處理之後，將控制命令下達給對應微控制器。

* 微控制器-底盤
接收來自樹莓派的控制命令，依照命令進行車體的運動控制。

* 微控制器-手臂
接收來自樹莓派的控制命令，將目標位置進行演算後，分別控制手臂的各個伺服馬達。

* 微控制器-倉儲
接收來自樹莓派的控制命令，控制倉儲的卸貨動作。
除此之外，由於平時大多處於空閒狀態，可額負責一些簡易的控制，例如聲音與燈光的控制讓操作者可以在沒有螢幕的狀況下，快速的了解目前的車體狀態。

## 肆、創意與技術
> 說明機器人設計之創意
>
1. 軟體及硬體模組化設計，使各系統和程式分別有獨立性，同時系統之間也有整合性
2. 硬體機構設計簡單化

## 伍、預算規劃
> 說明製作機器人預估所需之項目及費用概算
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1. [LIDAR RPLIDAR-A1 (12m 360°)](https://www.playrobot.com/slamtec/2089-lidar-rplidar-a1.html?search_query=LIDAR+&results=6)NT$ 3,465
2. [100mm 45°麥克納姆輪*4](https://shopee.tw/%E4%B8%80%E5%A5%97100mm-45%C2%B0%E5%85%A8%E8%83%BD%E9%BA%A5%E5%85%8B%E7%B4%8D%E5%A7%86%E8%BC%AA%EF%BC%882%E5%8F%B32%E5%B7%A6%EF%BC%89-i.140390881.4718528764) NT$ 2410
3. [大功率MOSFET *20](https://shopee.tw/MOSFET-%E5%A0%B4%E6%95%88%E9%9B%BB%E6%99%B6%E9%AB%94-IRFZ46N-N-CH-55V-53A-TO220-i.8182302.1278668005) NT$ 400
4. [Arduino Nano V3.0 *2](https://shopee.tw/%E3%80%90%E5%82%91%E6%A3%AE%E5%89%B5%E5%B7%A5%E3%80%91Arduino-Nano-V3.0-ATMEGA328P-%E6%94%B9%E9%80%B2%E7%89%88-%E5%AE%8C%E5%85%A8%E7%9B%B8%E5%AE%B9%E7%89%88-%E9%80%81USB%E7%B7%9A-i.20917936.348716787) NT$ 200
5. [MG996R (13kg)舵機*4](https://shopee.tw/MG996R-%E9%87%91%E5%B1%9E%E9%BD%92%E8%BC%AA%E6%A8%99%E6%BA%96%E8%88%B5%E6%A9%9F180%E5%BA%A6-%E6%95%B8%E4%BD%8D%E8%88%B5%E6%A9%9F-%E6%A9%9F%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA-%E5%A4%A7%E6%89%AD%E5%8A%9B%E8%88%B5%E6%A9%9F-%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E9%A6%AC%E9%81%94-%E5%8F%8D%E6%87%89%E5%BF%AB-55g(13kg)-i.7906240.2113809375) NT$ 464
4. [羅技 C270 HD 網路攝影機](https://shopee.tw/%E3%80%90%E7%8F%BE%E8%B2%A8%E9%99%84%E7%99%BC%E7%A5%A8%E3%80%91Logitech-%E7%BE%85%E6%8A%80-C270-HD-%E7%B6%B2%E8%B7%AF%E6%94%9D%E5%BD%B1%E6%A9%9F-%E8%A6%96%E8%A8%8A-HD-%E9%99%8D%E5%99%AA-%E7%9B%B4%E6%92%AD-%E4%B8%8A%E8%AA%B2-%E5%85%AC%E5%8F%B8%E8%B2%A8-i.8855246.3127409140) NT$ 749
5. [Raspberry Pi 4 Model B](https://24h.pchome.com.tw/prod/DSAJ2B-A900ADLET) NT$ 2000
6. [履帶*50片](https://shopee.tw/M4%E6%BB%BF180%E5%87%BA%E8%B2%A8DIY%E6%A8%A1%E5%9E%8B%E5%88%B6%E4%BD%9C%E7%A7%91%E6%8A%80%E5%88%B6%E4%BD%9C%E9%85%8D%E4%BB%B6-%E8%BB%8A%E8%BC%AA%E5%B1%A5%E5%B8%B6-%E5%9D%A6%E5%85%8B%E5%B1%A5%E5%B8%B602-10%E7%89%87%E8%A3%9D-i.27378994.3334280252) NT$ 550
7. [雜項：3D列印料、記憶卡、鋁擠等 預計]() NT$ 2000
總計：NT$ 12238

## 陸、工作時程表