ArduRoller — очередной балансирующий робот на Arduino


балансирующий робот на Arduino
Shaun Crampton (fasaxc) создал прототип двухколёсного балансирующего робота на базе Arduino.

Смотрю на эту лазерную резку и прямо слюнки текут 🙂 К сожалению, ценник интересности начинается от многих тысяч вечнодеревянных, так что вынуждены отложить это дело 🙂 Думаю, пока можно попробовать обойтись поликапролактоном 😉

Материалы для изготовления ArduRoller:
* Шасси — 2.7мм бамбуковая фанера
* контроллер — Arduino Uno
* двигатели — два мотор-редуктора (24:1)
* контроллер двигателей — моторшилд Ardumoto от Sparkfun
* колеса — 70mm
* датчики (закреплены на оси вращения колес):
— модуль гироскопа ADXRS613 от Sparkfun
— акселерометр ADXL203CE, также закреплен на оси вращения колес
* питание — две батареи 3.7V Li-poly 850MAh

видео работы:

Код и чертёж шасси (chassis.svg ) автор выложил в виде проекта на GitHub:
https://github.com/fasaxc/ArduRoller

fasaxc, использовал для написания кода не Arduino IDE, а Eclipse. Однако, код (из main.cpp) может быть скопирован и в обычный скетч Arduino.

Код разбит на три части (см. код ниже):
* setup()
* loop()

стандартные функции дуиновского скетча. По-умолчанию loop() ничего не делает, код используется только для калибровки.

* ISR(TIMER1_OVF_vect) — основная функция, вызываемая по прерыванию (несколько сот раз в секунду).

В пояснениях к исходнику, автор указывает, что код потребовал долгой подборки «магических» значений различных констант ( из-за плавающих значений данных, выдаваемых гироскопом).

скетч:

// Copyright (c) 2011 Shaun Crampton.

// This program is free software: you can redistribute it and/or modify
// it under the terms of the GNU General Public License as published by
// the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
// (at your option) any later version.
//
// This program is distributed in the hope that it will be useful,
// but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
// MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
// GNU General Public License for more details.
//
// You should have received a copy of the GNU General Public License
// along with this program.  If not, see .

#include <stdlib.h>
#include <stdarg.h>
#include "WProgram.h"
#include "cppboilerplate.h"
#include <avr/interrupt.h>
#include <util/atomic.h>

const int led_pin = 7;
const int pwm_a = 3;  //PWM control for motor outputs 1 and 2 is on digital pin 3
const int pwm_b = 11;  //PWM control for motor outputs 3 and 4 is on digital pin 11
const int dir_a = 12;  //direction control for motor outputs 1 and 2 is on digital pin 12
const int dir_b = 13;  //direction control for motor outputs 3 and 4 is on digital pin 13
const int x_pin = A0;
const int y_pin = A1;
const int gyro_pin = A2;

const float GYRO_OFFSET = 4.79;
const float Y_OFFSET = 8;    // More negative tilts forwards

//#define CALIBRATION

#define RESET_TIMER1() TCNT1 = 0xC000

#define NZEROS 2
#define NPOLES 2
#define GAIN   1.013464636e+03

// Allowances for mechanical differences in motors
#define MOTOR_A_FACTOR 1
#define MOTOR_B_FACTOR 1

static float filtery(float in)
{
  static float xv[NZEROS+1], yv[NPOLES+1];
  xv[0] = xv[1]; xv[1] = xv[2];
  xv[2] = in / GAIN;
  yv[0] = yv[1]; yv[1] = yv[2];
  yv[2] =   (xv[0] + xv[2]) + 2 * xv[1]
               + ( -0.9131487721 * yv[0]) + (  1.9092019151 * yv[1]);
  return yv[2];
}

static float filtergyro(float in)
{
  static float xv[NZEROS+1], yv[NPOLES+1];
  xv[0] = xv[1]; xv[1] = xv[2];
  xv[2] = in / 1.565078650e+00;
  yv[0] = yv[1]; yv[1] = yv[2];
  yv[2] =   (xv[0] + xv[2]) + 2 * xv[1]
               + ( -0.4128015981 * yv[0]) + ( -1.1429805025 * yv[1]);
  return yv[2];
}

void myprintf(const char *fmt, ... ){
  char tmp[128]; // resulting string limited to 128 chars
  va_list args;
  va_start (args, fmt );
  vsnprintf(tmp, 128, fmt, args);
  va_end (args);
  Serial.print(tmp);
}

// Values read from the trim pots.
static int d_tilt_pot = 512;
static int tilt_pot = 512;
static int gyro_offset_pot = 512;

#define D_TILT_FACT ((3.5 / 512.0) * d_tilt_pot)
#define TILT_FACT ((0.025 / 512.0) * tilt_pot)
#define TILT_INT_FACT ((0.002 / 512.0) * 512.0)

static int gyro_reading = 0;
static int x_reading = 0;
static int y_reading = 0;

ISR(TIMER1_OVF_vect)
{
  float y;
  float x;
  float d_tilt;
  float speed = 0;
  static float last_speed = 0;
  long int motor_a_speed = 0;
  long int motor_b_speed = 0;
  static float tilt = 0;
  static float y_filt = 0;
  static float tilt_int = 0;
  static boolean reset_complete = false;
  static long int loop_count = 0;

  // Read the gyro rate.
  RESET_TIMER1();
  gyro_reading = analogRead(gyro_pin);
  d_tilt = (512 - gyro_reading + ((gyro_offset_pot - 512) * 0.1));

  // Read the accelerometer
  x_reading = analogRead(x_pin);
  y_reading = analogRead(y_pin);
  y = x_reading - 512 + Y_OFFSET;
  x = y_reading - 512;

  y_filt = filtery(y);

  if (x < 30 && abs(y_filt) > 150)
  {
    // We fell over! Shut off the motors.
    speed = 0;
    reset_complete = false;
  }
  else if (!reset_complete)
  {
    // We've never been upright, wait until we're righted by the user.
    if (-5 < y && y < 5)
    {
      tilt = y;
      tilt_int = 0;
      reset_complete = true;
    }
  }
  else
  {
    // Normal operation.  Integrate gyro to get tilt.  Add in the filtered
    // accelerometer value which approximates the absolute tilt, this gives
    // us an integral term to correct for drift in the gyro.
    tilt += d_tilt + y_filt * 0.6;
    tilt_int += tilt;

#define MAX_TILT_INT (300.0 / TILT_INT_FACT)

    if (tilt_int > MAX_TILT_INT)
    {
      tilt_int = MAX_TILT_INT;
    }
    if (tilt_int < -MAX_TILT_INT)
    {
      tilt_int = -MAX_TILT_INT;
    }
#ifndef CALIBRATION
    speed = tilt * TILT_FACT +
            tilt_int * TILT_INT_FACT +
            d_tilt * D_TILT_FACT;
#endif
    last_speed = speed;
  }

  digitalWrite(dir_a, speed < 0 ? LOW : HIGH);  //Set motor direction, 1 low, 2 high
  digitalWrite(dir_b, speed < 0 ? LOW : HIGH);  //Set motor direction, 3 high, 4 low

  speed = 7 * sqrt(abs(speed));
  if (speed > 0xff)
  {
    speed = 0xff;
  }

  motor_a_speed = (long int)(speed * MOTOR_A_FACTOR);
  motor_b_speed = (long int)(speed * MOTOR_B_FACTOR);

  if (motor_a_speed > 0xff)
  {
    motor_a_speed = 0xff;
  }
  if (motor_b_speed > 0xff)
  {
    motor_b_speed = 0xff;
  }

  analogWrite(pwm_a, motor_a_speed);
  analogWrite(pwm_b, motor_b_speed);

  if (loop_count == 500)
  {
    d_tilt_pot = analogRead(A3);
  }
  else if (loop_count == 1000)
  {
    tilt_pot = analogRead(A5);
  }
  else if (loop_count == 1500)
  {
    gyro_offset_pot = analogRead(A4);
    loop_count = 0;
  }
  loop_count++;
}

void setup()
{
  pinMode(pwm_a, OUTPUT);  //Set control pins to be outputs
  pinMode(pwm_b, OUTPUT);
  pinMode(dir_a, OUTPUT);
  pinMode(dir_b, OUTPUT);

  analogWrite(pwm_a, 0);
  analogWrite(pwm_b, 0);

  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Starting up");

  // Timer0 PWM
  TCCR0B = (TCCR0B & 0xf8) | _BV(CS02);
  TCCR2B = (TCCR0B & 0xf8) | _BV(CS02);

  // Timer1 used for accurate sampling time.
  TCCR1B = _BV(CS10);   // Enable Timer 1; no prescaler
  RESET_TIMER1();
  TIMSK1 = _BV(TOIE1); // Enable Timer 1 overflow interrupt.
  sei();
}
void loop()
{
#ifdef CALIBRATION
  ATOMIC_BLOCK(ATOMIC_FORCEON)
  {
    myprintf("Gyro: %d, X: %d, Y: %d\r", gyro_reading, x_reading, y_reading);
    myprintf("A3: %d, A4: %d, A5: %d\r", analogRead(A3), analogRead(A4), analogRead(A5));
  }
  delay(500);
#endif
}

По теме
Балансирующий робот на Arduino
Балансирующий робот на Arduino и Wii


0 комментариев на «“ArduRoller — очередной балансирующий робот на Arduino”»

Добавить комментарий

Arduino

Что такое Arduino?
Зачем мне Arduino?
Начало работы с Arduino
Для начинающих ардуинщиков
Радиодетали (точка входа для начинающих ардуинщиков)
Первые шаги с Arduino

Разделы

  1. Преимуществ нет, за исключением читабельности: тип bool обычно имеет размер 1 байт, как и uint8_t. Думаю, компилятор в обоих случаях…

  2. Добрый день! Я недавно начал изучать программирование под STM32 и ваши уроки просто бесценны! Хотел узнать зачем использовать переменную типа…

3D-печать AI Android Arduino Bluetooth CraftDuino DIY IDE iRobot Kinect LEGO OpenCV Open Source Python Raspberry Pi RoboCraft ROS swarm ИК автоматизация андроид балансировать бионика версия видео военный датчик дрон интерфейс камера кибервесна конкурс манипулятор машинное обучение наше нейронная сеть подводный пылесос работа распознавание робот робототехника светодиод сервомашинка собака управление ходить шаг за шагом шаговый двигатель шилд

OpenCV
Робототехника
Будущее за бионическими роботами?
Нейронная сеть - введение