Arduino: Робо-рука на двух сервоприводах

Никогда раньше не имел дело с микроконтроллерами, поэтому решил начать своё знакомство с Ардуино. Понадобились базовые знания С/C++ и немного электроники.

Цель: “При помощи Arduino Uno и двух сервоприводов (9g SG90 Mini Micro Servo) написать на листе бумаги любое словосочетание”


Стояли такие задачи:


1) Установить среду разработки под Linux Fedora, получилось не сразу, но долго мучиться не пришлось. Был баг с поискам “Serial Port”, но гугл и терпение сделали свое дело.

2) Разобраться в том, что же такое за чудо сервопривод, в народе “серва”. Так как изначально у меня были сервы с вращением против часовой стрелки, весь код писался под них, но когда пришло время поменять их на новые “дешёвые” SG90, вдруг обнаружилось, что новые вращаются по часовой стрелке! Проблема решается просто: при помощи паяльника, меняются местами провода: на двигателе, и крайние (1ый и 3ий) провода на потенциометре.


3) Собрать техническую конструкцию “руки”, название “рука” звучит конечно громко, но главное чтобы отличалось от “плоттера”.
Для этого:
• Обзавелся макетной платой и горсткой проводов из витой пары, на оба конца провода я припаял ножки от старых электронных компонентов, в моем случае я пожертвовал конденсаторами.
• Выпилил из гетинакса, найденном на помойке радиозавода в 90-х, “плечо” и “предплечье”, их длина 80мм, а расстояние от крепления к серве до другого крепления и стержня 50мм.

• Для выведения каракуль сначала использовал стержень от гелевой ручки, но за тонкой линией сложно было скрыть мелкие подёргивания серв, остановился на варианте с фломастером.
• Закрепил первую “серву” в металлической банке.

Всё, конструкция готова, но к сожалению без программной начинки она только немного вздрагивает при подаче питания на Ардуину.


4) Программирование:
Подтянув свои знания в области С/C++, я начал писать код...

  1. Как полагается, на бумажке, я вывел две небольшие формулы определения углов поворота для “серв” по заданной координате (X,Y). Точкой отсчета (0;0) — служит крепление плеча к первому сервоприводу.

  2. После череды экспериментов, я понял, что до конца моей задумки еще далеко, а сервоприводы, с каждым моим багом, всё страдали и страдали от бестолковых значений переменных. Поэтому было принято решение писать сначала визуализированную модель в graphics.h старого доброго BorlandC. Кому интересно, что я там свизуализировал, пишите лично.
  3. Теперь, уже не опасаясь за сохранность имущества я продолжал писать код.
    С помощью миллиметровой бумаги откалибровал систему определения координат и перешел к рисованию прямых линий, так как задумывалось именно линиями создавать шрифт для букв. Выглядит это так:
    //Процедура для проведения линии из точки (x,y) в точку 
    void ServoLine::PrintLine(double x, double y, double x1, double y1 , int A, int C){   
            int i=0;
            int r1=50,r2=50;
            double a,b;
            a=(x1-x)/(A);
            b=(y1-y)/(A);
     
            while(i<=A){
                x=x+a;
                y=y+b;
                i++;
                servo1.attach(10); // Servo1 присоединен к 10 выводу
                servo2.attach(9);  // Servo2 присоединен к 9 выводу
                
                servo2.writeMicroseconds(FindBeta(x,y,r1,r2)*8.88889+700);
                servo1.writeMicroseconds(FindAlpha(x,y,r1,r2)*8.88889+700);
              delay(C);
            }    
        }
    

  4. Дальше я задался вопросом: ”Как бы оригинально разместить слова?”, придумал, что пользователем будет задаваться середина и угол наклона слова, что в итоге превратилось только в угол наклона. Вот и здорово, нечего лишними вводными данными мозг людям пудрить.
  5. Думал, как не изобретать велосипед и с помощью FreeType использовать метод вывода векторного текста на экран, но не хватило терпения разобраться в структуре библиотек шрифтов. В итоге написал собственную библиотеку Alphabet.h, которая создаёт шаблон из точек, а я уже по этим точкам строил прямые для каждой латинской буквы.
            // Печать буквы "А"
            void Alphabet::print_A (double X00, double Y00,int V,int S) {     
            // V - кол-во точек в 1 прямой
            // S - время ожидания между прорисовкой точек  
            ServoLine1.PrintLine(X00,Y00,X12,Y12,V,S );                            
            ServoLine1.PrintLine(X12,Y12,X24,Y24,V,S );
            ServoLine1.PrintLine(X24,Y24,X32,Y32,V,S );
            ServoLine1.PrintLine(X32,Y32,X12,Y12,V,S );
            ServoLine1.PrintLine(X12,Y12,X32,Y32,V,S );
            ServoLine1.PrintLine(X32,Y32,X40,Y40,V,S );
        }
    

  6. Написав цикл по считыванию символов, столкнулся с задачей: “Как же мне не сравнивать каждый ASKII-код символа IF-ом, а сделать сразу, чтобы считанная буква воспринималась функцией?”. Тут я полез задавать вопросы на ГИК форумы, пока ожидал на них регистрации, на авось понадеялся и выложил свой вопрос на “Вопрос и ответ” от Google, не успело пройти 15мин, проблема была решена массивом указателей на функции.
    void (Alphabet::*fArray[26])(double X00, double Y00,int V ,int S)=
    {
    &Alphabet::print_A, &Alphabet::print_B, &Alphabet::print_C,
    &Alphabet::print_D, &Alphabet::print_E, &Alphabet::print_F,
    &Alphabet::print_G, &Alphabet::print_H, &Alphabet::print_I, etc...
    };
    

  7. Не буду описывать, как создавал библиотеки, об этом хорошо написано на сайте.
    Скажу одно, что создавал их не зря, так как код уменьшился с 600 строк до 60, а это визуально приятней! Правда, созданием библиотек я увеличил вес скетча на 2Кб, 6% — ощутимо!

Компиляция прошла успешно! Боялся за память на Arduino и не зря, несмотря на то что в Uno 32Kb, скетч размером больше 29 не пройдет, так как 3Kb заняты загрузчиком:
Binary sketch size: 29972 bytes (of a 32256 byte maximum)
Немного переписав букву ”R” через “P”, и “Q” через “O”, уменьшил вес и все заработало как надо!
Binary sketch size: 28468 bytes (of a 32256 byte maximum)

Исходники библиотек качать ОТСЮДА >> «Alphabet.h», «Alphabet.cpp», «ServoLine.h», «ServoLine.cpp» и сам скетч «robo_arm.pde»

***ВИДЕО***







5) Финансовые затраты небольшие, всё заказывал на ebay.com: “Arduino Uno”(~30$) + 2x “Micro Servo SG90”(~3$) Итого: 36$ + риски, мало ли “Почта России” не донесёт!

Макетную плату мне одолжили, она кое-где идет в комплекте с Arduino. Плата освобождает от пайки, но и без неё легко можно обойтись.

6) Вывод: Получился интересный девайс, которым можно: удивить гостей, портить похабными надписями важные документы, пугать кота, подписывать документы (добавив предварительно свою подпись в библиотеку), рисовать.
Я познакомился с Arduino, увидел много креативных идей, понял, что надо бы изучить Assembler.

Если не потеряю интерес, то закажу Arduino Ethernet Shield и сделаю, чтобы “рука” писала Твиттер-имя человека приславшего мне Reply.

7) Если бы я начинал что-то подобное сейчас, чтобы сделал по-другому?
1) Не парился бы с графической моделью руки в graphics.h, а использовал бы “Google Sketchup + plugin SketchyPhysics
2) Для создания конструкции модели использовал бы “поликапролактон”.



Надеюсь, мой опыт окажется кому-то полезным, ведь это так здорово, когда своим трудом и идеями оживляешь «неоживляемое»! Удачи!
Метки:
  • +6
  • 53,2k
  • 6
Поделиться публикацией
Комментарии 6
  • +5
    Картинки не показывает, а саму статью я уже явно где-то видел
  • +2
    Очень поверхностно, остается много вопросов.
    • –2
      Мне писала девушка, которая на основе этой статьи в институте технологии дизайна сдавала курсовую! Если есть вопросы по существу, я с удовольствием вам отвечу.

    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.