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Ball Balancing Robot(PyCharm)

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Avaliação

Dificuldade
5/5
Tempo estimado
Mais de uma semana
Facilidade para iniciantes
18/100
Tipo de issue
Funcionalidade
Clareza
Precisa de esclarecimento
Status de atividade
Estagnada
Stack de tecnologia
numpy, opencv, python
Domínio
computer-vision, embedded-iot, robotics

Direção de pesquisa

A issue contém um script Python independente, mas não especifica nenhum arquivo do repositório, teste ou alteração solicitada. Comece esclarecendo se isso deve ser uma adição ao projeto e, em seguida, inspecione os pontos de entrada da câmera e da detecção de ArUco do OpenCV, juntamente com a conexão serial do Arduino. Os critérios de conclusão não estão definidos na issue.

Escrita pelo modelo de indexação a partir do texto da issue.

Descrição

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()

Linguagem predominante
Python
Estrelas
288k
Forks
36.7k
Nenhum PR com merge em 30d

Preparar o ambiente

Primeiros passos

  1. Leia a issue inteira e depois o guia de contribuição do projeto.
  2. Comente na issue dizendo que vai assumir — evita que duas pessoas façam o mesmo trabalho.
  3. Faça um fork do repositório e trabalhe em uma branch.
  4. Abra um pull request que referencie o número da issue.

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