“神槍手”射擊模擬器

戴彥祺

在國防教育課上，老師介紹了高科技武器在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的應(yīng)用。同學(xué)們看著精確制導(dǎo)導(dǎo)彈和無人駕駛飛機(jī)在伊拉克戰(zhàn)場上屢建奇功，都贊嘆不已，但又不知道這些武器是如何工作的。于是我就想利用自己在機(jī)器人和計(jì)算機(jī)方面的特長，設(shè)計(jì)制作一個(gè)智能化程度高、能自動(dòng)控制的機(jī)電一體化作品——射擊模擬器，作為同學(xué)們認(rèn)識人工智能和自動(dòng)控制的教具。

“神槍手”創(chuàng)意作品由三個(gè)樂高RCX、便攜計(jì)算機(jī)、數(shù)碼攝像頭等部件組成，較圓滿地解決了圖像識別、機(jī)械校靶、動(dòng)態(tài)報(bào)靶等難點(diǎn)，設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)員(示意)、氣槍、靶子、報(bào)靶牌等裝置。

我們采用樂高部件制作了一個(gè)能夠上下左右靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械手，該機(jī)構(gòu)可以帶動(dòng)氣槍進(jìn)行瞄靶。機(jī)械手、攝像鏡頭和計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成了一個(gè)自動(dòng)的瞄靶系統(tǒng)。

利用數(shù)碼攝像頭作為機(jī)械手的眼睛，利用計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算的特點(diǎn)來進(jìn)行圖像識別，精確計(jì)算氣槍狀態(tài)、靶心位置、彈著點(diǎn)和需要移動(dòng)校正的距離和方向，并轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)。此外，控制計(jì)算機(jī)還用于排除干擾和糾正誤差，從而使機(jī)械手具有一定的視覺、思考和動(dòng)作能力。

在報(bào)靶機(jī)構(gòu)中，電子數(shù)碼LED顯示器中的每一筆畫都由一個(gè)撥動(dòng)開關(guān)控制，而撥動(dòng)開關(guān)由樂高機(jī)器人小車來完成。這個(gè)設(shè)計(jì)使報(bào)靶的過程更具有趣味性和表演性。

當(dāng)機(jī)器人啟動(dòng)后，氣槍在機(jī)械手的帶動(dòng)下，能根據(jù)標(biāo)靶上激光點(diǎn)的位置進(jìn)行瞄靶、校靶、射擊等動(dòng)作，進(jìn)而由攝像鏡頭配合計(jì)算機(jī)進(jìn)行識別判斷，指揮報(bào)靶機(jī)構(gòu)報(bào)靶。演示過程均由機(jī)械手和計(jì)算機(jī)智能控制、自動(dòng)完成，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，真實(shí)感強(qiáng)。同時(shí)，該設(shè)計(jì)也能用于運(yùn)動(dòng)員平時(shí)的射擊訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)靶等功能，具有使用安全，制作成本低，報(bào)靶快速準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

（輔導(dǎo)教師 吳旭日 莊 巖 陳曉芳）

【專家評語】

該作品采用攝像頭捕捉標(biāo)靶的圖像信息，機(jī)器人套件完成機(jī)械的瞄準(zhǔn)、射擊動(dòng)作和報(bào)靶，制作了一整套自動(dòng)瞄準(zhǔn)、自動(dòng)報(bào)靶的射擊模擬裝置。作品中采用圖像處理等多種技術(shù)，涉及知識面較寬，有一定的理論意義和實(shí)用參考價(jià)值。