Robotic Arm

Poniższy projekt przedstawia roboramie, wykonane w ramach projektu zaliczeniowego na przedmiot Systemy mikroprocesorowe II.

Wstęp

Tematem projektu jest robotyczne ramie, z możliwością sterowania po HTTP, Ramie, zostało wydrukowane z projektu:

https://www.thingiverse.com/thing:1015238

Sterowaniem zajmuje się mikroprocesor RP2040 z modułem Wi-Fi cyw43. A projekt rozłożony jest między dwa języki C i JavaScript.

• W języku C, zbudowana została aplikacja na µP, która zawiera niskopoziomowe algorytmy sterowania silnikami, wykrywania przeciążeń serw oraz poprzez moduł Wi-Fi łączy się z siecią domową i wystawia stronę HTTP, będącą HID.
• Język JS, odpowiada, za rysowanie aktualnej pozycji ramienia, wyznaczenie położenia w osiach XYZ oraz odczytanie i wysłanie wartości kątów, jakie mają być ustawione w ramieniu.

Build

!!! Wszystkie operację należy wykonywać w pliku Src !!!

Aby zbudować projekt należy:

1. Stworzyć pliki strony internetowej

$ python makefsdata.py

2. W pliku main.c, należy nadać NAZWĘ i HASŁO do sieci, z którą chcemy aby połączyła się malinka

18 #include "PASS.h"
19 #ifndef SSID
20 #define SSID mySSID // Enter yours SSID
21 #define PASS myPASS // Enter yours PASSWORD
22 #endif

Alternatywnie w dowolnym folderze Src, można stworzyć plik PASS.h, w którym należy zadeklarować SSID oraz PASS

#define SSID mySSID // Enter yours SSID
#define PASS myPASS // Enter yours PASSWORD

3. Zbudować projekt

$ mkdir -p build && cd $_
$ cmake ..
$ make

4. Wgrać projekt do płytki raspberry PI Pico W

$ cp build/main.uf2 /media/$USER/RPI-RP2

Poprawne uruchomienie

Po poprawnej implementacji, Raspberry Pi PICO W powinno zapalić wbudowaną diodę, a na pinie GPIO26 zostanie wygenerowany przebieg prostokątny o czestotliwosci ≈ 50Hz i wypełnieniu 50%.

Odczyt IP: Po połączeniu na terminalu podłączonym przez serial, zostanie przesłany adres IP.

Alternatywnie adres IP, można także sprawdzić w liście urządzeń na routerze.

Błedy

Wszelkie błedy, które mogą wystąpić podczas uruchomienia, będą wyświetlane przez serial, a błędy krytyczne mogą zatrzymać cały proces.

Nr	Komunikat	Oznaczenie błędu	Wyjaśnienie	Czy zatrzyma procesor
1.	WiFi module is init	ERR_OK	Ponowna próba inicjalizacji WiFi	Nie
2.	WiFi init failed	ERR_CONN	Bład komunikacji między RP2040 a CYW43	TAK
3.	Cannot connected to SSID	ERR_CONN	Błąd podczas proby nawiązania połączenia z siecią WiFi	TAK
4.	Open http server	ERR_OK	Zakończono proces łączenia z WiFi, a serwer HTTP został postawiony na przydzielonym adresie IP	Nie
5.	Servo are init	ERR_OK	Ponowna próba inicjalizacji serw	Nie
6.	Over current protection is turn on	ERR_OK	Ponowna próba włączenia ochrony przeciw przetężeniowej	Nie

Schemat

W schemacie układu można wyróżnić 4 główne bloki

• Raspberry Pi PICO W,
• zestaw 4 serwo mechanizmów,
• źródło napięcia referencyjnego,
• układ wykrywania przekroczenia prądu
  • 4 rezystory do pomiaru prądu,
  • 4 wzmacniacze operacyjne, mierzące spadek napięcia na rezystancji pomiarowej,
  • 4 komparatory, które porównują napięcie z wzmacniaczy z napięciem referencyjnym.

Działanie

Użytkownik przez przeglądarkę łączy się z serwerem WWW stawianym przez malinkę. Pozwala to na sterowanie każdym z silników, poprzez zadanie dozwolonego kąta. W momencie, gdy któreś serwo nie może wykonać zadanego ruchu - zaczyna pobierać większy prąd, uruchamiany jest kilku sekundowy alarm. Jeśli po zakończeniu alarmu serwo nadal pobiera duży prąd, silnik zostaje wyłączony* - a układ czeka na ponowne uruchomienie przez użytkownika. Informacja o przeciążeniu zostaje oczywiście wysłane do użytkownika, poprzez stronę WWW.

*chwytak, nie zostaje wyłączony a jego zgięcie ograniczone jest do kąta, którego osiągnięcie jeszcze nie przekraczało wartości progowej.

Pętle programu

stateDiagram

    [*]                      --> GlobalInit
    GlobalInit               --> StartHTTP
    StartHTTP                --> InBuildLED_ON
    InBuildLED_ON            --> servoMoveTo(servo.angle)
    servoMoveTo(servo.angle) --> run_OverCurrentTimer:if (servo.OverCurrent)
    run_OverCurrentTimer     --> servoMoveTo(servo.angle)
    servoMoveTo(servo.angle) --> servoMoveTo(servo.angle):else

    state run_OverCurrentTimer{
        [*]                      --> checkOverCurrent:wait
        checkOverCurrent         --> stopServo:if (overCurrent)
        stopServo                --> [*]
        checkOverCurrent         --> [*]
    }

    UserRefreshHTTP          --> sendWebPage
    UserSendDataByHTTP       --> servo.angle:storeNewAngel

Loading

Podsumowanie

Projekt, jest udaną próbą stworzenia ramienia robota, pokazującym, że odpowiednia kontrola nawet tanich serwomechanizmów, pozwala na osiągnięcie jedno stopniowej precyzji. Pomiar prądu w celu zabezpieczenia układu przed uszkodzeniem okazał się także strzałem w dziesiątkę. Ponieważ pozwala nie tylko odciążyć zasoby wbudowane w kontroler, ale także przy odpowiedniej regulacji ustroju pomiarowego możne określać czy silniki pracują poprawnie. Przykładowo, można sprawdzić czy silnik jest podłączony - w trakcie normalnej pracy silniki zawsze pobierają minimum 10mA.

Nie udało się zrealizować

Ostatecznie nie udało się odczytywać na bieżąco kata ustawionego na potencjometrze, ze względu na za duże wachania odczytanych wartości. Zastosowanie znacznego uśredniania nie wchodzi w grę w momencie gdy układ ma pracować z szybkościami 100 deg/s.