Ball Balancing Robot(PyCharm)

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Valutazione

Difficoltà
5/5
Tempo stimato
Più di una settimana
Idoneità per principianti
18/100
Tipo di issue
Funzionalità
Chiarezza
Da chiarire
Stato di attività
Ferma
Stack tecnologico
numpy, opencv, python

Direzione di ricerca

La issue contiene uno script Python autonomo, ma non indica alcun file del repository, test o modifica richiesta. Inizia chiarendo se è destinato a essere aggiunto al progetto, quindi esamina i punti di ingresso della fotocamera e del rilevamento ArUco di OpenCV insieme alla connessione seriale ad Arduino. Nell’issue non sono definiti criteri di completamento.

Scritto dal modello di indicizzazione a partire dal testo della issue.

Descrizione

import cv2
import numpy as np
import serial
import time
import math

=== CONFIG ===

SERIAL_PORT = 'COM3'
BAUD_RATE = 9600
FRAME_WIDTH, FRAME_HEIGHT = 640, 480
MAX_ANGLE_CHANGE = 25

=== COLOR RANGE ===

lower_ball = np.array([10, 100, 70]) # Orange ball
upper_ball = np.array([25, 255, 255])

lower_disc = np.array([35, 40, 40]) # Green disc
upper_disc = np.array([85, 255, 255])

=== ARUCO ===

aruco_dict = cv2.aruco.getPredefinedDictionary(cv2.aruco.DICT_4X4_50)
aruco_params = cv2.aruco.DetectorParameters()

=== SERVO CENTER ANGLES ===

CENTER_ANGLES = [60, 75, 60]

=== PD CONSTANTS ===

Kp = 0.4
Kd = 0.20

PD state

prev_dx, prev_dy = 0, 0
prev_time = time.time()

Connect to Arduino

arduino = serial.Serial(SERIAL_PORT, BAUD_RATE)
time.sleep(2)

Start webcam

cap = cv2.VideoCapture(2)

def get_servo_angles(dx, dy, ddx, ddy):
dx /= (FRAME_WIDTH / 2)
dy /= (FRAME_HEIGHT / 2)
ddx /= (FRAME_WIDTH / 2)
ddy /= (FRAME_HEIGHT / 2)

# Apply PD control
control_x = Kp * dx + Kd * ddx
control_y = Kp * dy + Kd * ddy

angle1 = CENTER_ANGLES[0] + (-control_x * math.cos(math.radians(0)) - control_y * math.sin(math.radians(0))) * MAX_ANGLE_CHANGE
angle2 = CENTER_ANGLES[1] + (-control_x * math.cos(math.radians(120)) - control_y * math.sin(math.radians(120))) * MAX_ANGLE_CHANGE
angle3 = CENTER_ANGLES[2] + (-control_x * math.cos(math.radians(240)) - control_y * math.sin(math.radians(240))) * MAX_ANGLE_CHANGE

return int(angle1), int(angle2), int(angle3)

while True:
ret, frame = cap.read()
if not ret:
break

frame = cv2.resize(frame, (FRAME_WIDTH, FRAME_HEIGHT))
frame = cv2.flip(frame, 1)
hsv = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2HSV)

# ===== 1. Detect ArUco Marker =====
gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
corners, ids, _ = cv2.aruco.detectMarkers(gray, aruco_dict, parameters=aruco_params)

center_x, center_y = FRAME_WIDTH // 2, FRAME_HEIGHT // 2  # fallback

if corners:
    c = corners[0][0]
    center_x = int(np.mean(c[:, 0]))
    center_y = int(np.mean(c[:, 1]))
    cv2.polylines(frame, [c.astype(int)], True, (255, 0, 255), 2)
    cv2.circle(frame, (center_x, center_y), 5, (255, 0, 255), -1)
    cv2.putText(frame, "Aruco", (center_x + 10, center_y), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (255, 0, 255), 1)

# ===== 2. Disc Detection =====
disc_mask = cv2.inRange(hsv, lower_disc, upper_disc)
disc_mask = cv2.morphologyEx(disc_mask, cv2.MORPH_OPEN, np.ones((5, 5), np.uint8))

disc_contours, _ = cv2.findContours(disc_mask, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
valid_area_mask = np.zeros_like(disc_mask)

if disc_contours:
    largest_disc = max(disc_contours, key=cv2.contourArea)
    cv2.drawContours(frame, [largest_disc], -1, (0, 255, 255), 2)
    cv2.drawContours(valid_area_mask, [largest_disc], -1, 255, -1)

# ===== 3. Ball Detection =====
ball_mask = cv2.inRange(hsv, lower_ball, upper_ball)
ball_mask = cv2.bitwise_and(ball_mask, ball_mask, mask=valid_area_mask)
ball_mask = cv2.erode(ball_mask, None, iterations=2)
ball_mask = cv2.dilate(ball_mask, None, iterations=2)

ball_contours, _ = cv2.findContours(ball_mask, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

if ball_contours:
    c = max(ball_contours, key=cv2.contourArea)
    ((x, y), radius) = cv2.minEnclosingCircle(c)

    if radius > 8:
        cv2.circle(frame, (int(x), int(y)), int(radius), (0, 255, 0), 2)
        dx = x - center_x
        dy = y - center_y

        # PD derivative calculation
        current_time = time.time()
        dt = current_time - prev_time if current_time != prev_time else 1e-3
        ddx = (dx - prev_dx) / dt
        ddy = (dy - prev_dy) / dt

        # Get new servo angles
        angle1, angle2, angle3 = get_servo_angles(dx, dy, ddx, ddy)
        print(f"Ball: ({int(x)}, {int(y)}) Δx: {int(dx)} Δy: {int(dy)} | Angles: {angle1}, {angle2}, {angle3}")
        arduino.write(f"{angle1},{angle2},{angle3}\n".encode())

        # Update previous for next frame
        prev_dx, prev_dy = dx, dy
        prev_time = current_time

cv2.imshow("Balancing Bot", frame)
if cv2.waitKey(1) & 0xFF == 27:
    break

cap.release()
arduino.close()
cv2.destroyAllWindows()

Lingua principale
Python
Stelle
284k
Fork
36.3k
Metriche di merge delle PR
Nessuna PR unita negli ultimi 30g

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Come iniziare

  1. Leggi tutta la issue e poi la guida ai contributi del progetto.
  2. Commenta sulla issue per dire che te ne occupi tu — evita che due persone facciano lo stesso lavoro.
  3. Fai un fork del repository e lavora su un branch.
  4. Apri una pull request che faccia riferimento al numero della issue.

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