INSTITUTO DE SISTEMAS E ROBÓTICA Manual Técnico do ISRobot
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1. realimentac o do sistema encoder Controlador de Corrente e o oe oe o oe o oo o Controlador PI para a Velocidade NN e 0 e NN P5 C2 Encoder Signal P6 P8 f s R3 NN e a op R ANT A es S R2 Current Limit Ra RA E PA m gt gt E ics R5 Set Value Q gt Detector e Set Value Oe 0 Figura 4 11 Esquema da malha de controlo modo de encoder 60 A fun o de transfer ncia da malha do controlador PI Proporcional Integral em velocidade dada por H s H s com Hi s a fun o de transfer ncia de um amplificador inversor e H s a fun o de transfer ncia de um amplificador integrador como mostra a Figura 4 12 Veq AAA Req ANN i e Vo Figura 4 12 Controlador PI de velocidade do m dulo No que respeita ao amplificador inversor co2. 64 FIGURA 4 16 LAYOUT po PCB POWER CONVERTION INTERFACE TOP 65 FIGURA 4 17 LAYOUT DO PCB POWER CONVERTION INTERFACE TOP LAYER nee 65 FIGURAM 18 PCBDOMODULO POWERCONVERTION costa u u Ira a terea tao sta rictu su sexies asa tenda Seeds a kus 66 FIGURA ALTO PERFIL DO ROBO Sa AE A uo e aa up a 66 FIGURA 4 20 LOCALIZA O DO HARDWARE DENTRO DA ESTRUTURA sese esses esses nnn 67 Cap tulo 1 1 Introducao O ISROBOT um rob m vel diferencial de dimens o reduzida destinado ao teste e desenvolvimento de novos algoritmos de controlo e navegac o com vista participac o em provas de Conduc o Aut noma que se realizam todos os anos no mbito do Festival Nacional de Rob tica Esta tem de ser totalmente aut noma e tem de ter a capacidade de percep o do meio semi estruturado que comp e os v rios desafios que a prova apresenta A sua arquitectura baseada num sistema distribu do e modular tanto ao n vel do hardware como do software Basicamente esta assenta sobre um barramento de comunica o CAN onde se encontram ligados os diversos m dulos de hardware software que ir o ser descritos mais em detalhe nos cap tulos seguintes Cap tulo 2 2 Descricao do Sistema Para al m de uma estrutura de alum nio dotada de tr
3. Power Drive utilizado e as suas caracter sticas mais importantes 53 O m dulo de pot ncia utilizado o Servoamplifier ADS 4 Q DC da que disp e de 4 modos de controlo para o motor As caracter sticas dos principais sinais de entrada e sa da do m dulo s o apresentadas de seguida na Tabela 4 1 onde se pode encontrar informa es relativas alimenta o do m dulo bem como em relac o aos sinais de sa da Tabela 4 1 Caracter sticas principais do m dulo Tens o de alimenta o Tens o m xima de Sa da Corrente m xima de Sa da Frequ ncia de comuta o 50 kHz Sinais de Encoder Monitoriza o de Corrente Monitoriza o de Velocidade Indicador de Estado Ready 4 3 1 Estado do M dulo j Para facilitar o diagn stico de eventuais problemas de funcionamento que possam ocorrer no m dulo este encontra se munido de 2 led s que indicam seu estado e ocorr ncia de algum erro O estado do m dulo bem como os erros que possam surgir no seu funcionamento podem ser ent o definidos de acordo com o estado dos led s descritos na Tabela 4 2 e Tabela 4 3 54 Tabela 4 2 Estado do m dulo de pot ncia led verde Led Verde Estado do Led Estado do M dulo LED sin M dulo Activado M dulo Alimentado mas Inactivo Como percept vel a cor verde do Led Indica apenas se o m dulo est activado ou desactivado o que implica que s quando este est
4. 27 DSORIMARE sos O A 27 Modalo do Tristan 28 E M cM 29 M dulo de Hardware PIC Base 29 M DULO DE SOFTWARE HARDWARE MOTION_INTERFACE 30 s 504 COOPER E E a D EE EE 30 3 9 2 JIARPDAY ARE L L TL EE ETIN NN MM ME 3 Tratamientoxdoinal de Comando Z Ee eI 32 Tratamento dos Sinais de Encoder eese eene ene 34 M dulo de Hardware Motion _Interface 36 M DULO DE SOFTWARE HARDWARE ULTRA SOUND INTERFACE 39 SORT WARREN bd 39 3A HARDWARE a e o ls e LLO ALS 40 M dulo de Hardware Ultra Sound Interface 41 M DULO DE SOFTWARE HARDWARE NFRA_RED_INTERFACE 43 IaB SOTAR 43 55 0 E T S 44 Caracter sticas dos IR S 44 M dulo de Hardware Infra Red Interface 45 M DULOS DE SOFTWARE PRESENTES NO DPC 49 SISTEMA DE FEMPO REAL RLA Lada 40 3 6 2 NAVEGA O COM RECURSO A LASER E VISAO 50 SISTEMA MOTRIZ E DE ALIMENTACADO ssassssass
5. INSTITUTO DE SISTEMAS E ROB TICA Departamento de Engenharia Electrot cnica Universidade de Coimbra P lo Il da Universidade de Coimbra 3030 290 COIMBRA PORTUGAL Tel 351 239 796 200 Manual T cnico do ISRobot Lu s Filipe Rodrigues Alves Coimbra Julho de 2008 Conte do 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 4 1 4 2 4 3 Ii onte VoM 5 DESCRI O DO SISTEMA eere eee enne rne rta EOE nete ttn setas se tasse tenes seta aae 6 ESTRUTURA 6 CONSTITUI O DO SISTEMA REPE VE FREUE VAR PEERS NN RES 7 STrySD II VE 7 BEUXO DE DADOS 11 SISTEMA DE AT IMENTNO 12 RECOMENDA ES DE SQO 18 COLOCA O EM FUNCIONAMENTO DIAGN STICO DO SISTEMA 19 M DULO DE PROCESSAMENTO PIC_BASE 22 3 1 1 CARACTER STICAS GERAIS DO PIC UTILIZADO ccce ener 23 3 1 2 M DULO DE HARDWARE PIC BASE 24 3 1 3 DETALHES DA COMUNICA O CAN 25 M DULO DE SOFTWARE HARDWARE TRIGGER
6. acoplado a um sistema de engrenagem de reduc o de velocidade permitindo desta forma ter um bin rio mais elevado e velocidade perto da gama especificada A curva velocidade bin rio para o motor RE 30 Graphite Brushes 60Watt da a apresentada na Figura 4 1 n rpm Recommended operating range 6000 erro BO Watt A Continuous operation E observation of above listed thermal resistances lines 19 and 20 the maximum permissible rotor temperature will be reached during continuous oper ation at 25 ambient Thermal limit TODO 2000 000 Short term operation The motor may ba briefly overloaded recurring 100 200 300 M mNm im SD AO SO HA Motor with high resistance winding ji Eur Motor with low resistance winding 2 4 1 12 Figura 4 1 Curva caracter stica do motor A este motor acoplado uma caixa de engrenagem GP32A Planetary Gearhead 0 75 4 5Nm da com uma redu o aproximada de 1 33 redu o real 529 16 que permite desta forma e de acordo com a curva caracter stica do motor que a velocidade m xima das rodas seja dada pela Equa o 4 1 7000 O O 2 _ 212 12 rpm 4 1 Rodas 33 33 um bin rio m ximo por motor dado pela 4 2 52 Tu 7 33 0 08x 33 2 64 Nm 42 Como sistema movido com recurso a dois motores cada um acoplado a uma das rodas ent o obt m se um bin rio resu
7. laa Foros dpud Uude NC du ead ntu a uM sn aspas g kausana I Fielbus Wireless USB Communications Gateway Gateway Figura 3 1 Arquitectura de Software Dada a modularidade da arquitectura tanto a n vel de software como de hardware existe portanto diversos m dulos Cada m dulo composto por hardware projectado para 21 determinada fun o e um microcontrolador para permitir a interac o com todo o sistema via CAN e o hardware que tem Ilustrada na Figura 3 2 onde percept vel os diversos componentes de hardware que comp em PIC Basa e Tigger Sincrarizacio CAN a seu cargo A arquitectura de hardware a PIC Basel Contralo da Morar Esquerdo PIC Base Erin da distincia dos US Motlan Interface rsarface com Power Drive Tratamento de Sinais de encodar lira Sound Alimenta o dos US s Tratamento dos sinais Encoder F j BER Ty L255 He d L E L t lA DS Motor ADS DEZ cda Manor PIC Base Env a de estada dos vs PIC Basel Conirala da Miosar Direito Motion Interface infra Rad Mimentar o dos F Tratamento dos sinais das IR s r amp arface com Prayer Dire Tratamenio de Sinais de encoder Encoder OPATOS ER Type L SE a T ADS 4400 da Miaunred DC olor Boys Figura 3 2 Estrutura de hardware de aquisi o controlo
8. refer ncia do PowerDrive que de 10V a 10V como se verifica pela Figura 3 14 os sinais a cor verde e vermelho respectivamente E 12Vde En T EE T 10Vdc Figura 3 13 Montagem amplificadora de diferenca para simulacao 33 0 753 0 80s 0 85s 0 90s 0 95s 1 00s 1 05s 1 10s 1 15s 1 203 1 299 V V_DAC 5 V CMD ANL 1 y V V_ADC 2 Time Figura 3 14 Resultado da simula o Tratamento dos Sinais de Encoder Como j foi referido o encoder possui 3 canais Canal A Canal B e Canal ndex Cada um desses canais disponibiliza o sinal em modo diferencial pelo que existe a necessidade de transformar esse sinal diferencial em TTL Utiliza se para o efeito o integrado SN75179B differential driver and receiver pair como se observa na Figura 3 15 Figura 3 15 Convers o Diferencial TTL dos sinais vindo do encoder O sinal TTL obtido a partir do canal ndex um sinal que enviado para o PIC No que respeita aos sinais TTL obtidos dos Canais A e estes encontram se em quadratura 34 existindo a necessidade de transformar esses sinais em dois sinais distintos de UP para enviar para o PIC Para tal utiliza se a montagem presente na Figura 3 16 recorrendo utilizac o de dois Flip Flops do tipo D e duas portas NOT cujo resultado em simulac o pode ser observado na Figura 3 17 e Figura 3 18 O objectivo identificar se o canal ou o canal B que est em avanco em relac o ao outro obtend
9. 1 Desigred br Figura 3 32 Esquem tico do m dulo Infra Red 1 4 45 E 4 3 2 1 mira Re gd I EM Sheet 1 1 Figura 3 33 Esquem tico do m dulo Infra Red 2 4 n 00 ll H LL Jn A ll dq l E if 4 s95 a GHO 2 a 1 aed a iin Infr a Red yid e Sheeu 1 1 Figura 3 34 Esquem tico do m dulo Infra Red 3 4 GND OUT IN LES Rabot Projecto 15 Red 22 08 2008 00 17 29 Sheet 1 1 Designed Luis Alves SR LC o Dn le Qu qe Esquem tico do m dulo 1 Red 4 4 LO m y Y cl s N o AE LL Arz A e Layout do PCB Infra Red Interface top layer Figura 3 36 e o e f Figura 3 38 PCB do m dulo Infra Red Interface 48 3 6 M dulos de Software Presentes PC O fluxograma presente na Figura 3 39 representa resumidamente a estrutura do c digo implementada no PC para a recolha da informac o proveniente do barramento de CAN C I While 1 Interrupt Vision Guided CAN amp Laser Trigger Detection I gt Receive Orientation Velocity to Follow Calc Wheels I Send Wheels Velocity Reference Velocity Reference Figura 3 39 Fluxograma dos m dulos de controlo no PC Como co
10. 2 i 4 O B m e ENT CCW a Projecto ISRobot Version d Motion Interface Hoton Interface Desin buc Lu s Alves 21 08 2888 23 42 54 SR UE Sheet 1 1 Figura 3 20 Esquem tico do m dulo Motion Interface 2 2 Figura 3 21 Layout do PCB Motion Interface top layer 37 Figura 3 23 PCB do m dulo Motion Interface 38 3 4 M dulo de Software Hardware Ultra Sound Interface 3 4 1 Software As fun es de CAN para este m dulo s o as identificadas na Tabela 3 5 Tabela 3 5 ID s das fun es presentes no m dulo Ultra Sound Fun o L0 Tum Node OFF C1 Tum Node ON _ 4 Data from US Os valores monitorizados pelo m dulo totalizam no m ximo oito bytes em que cada byte corresponde ao valor medido por cada ultra som sendo estes os dados transmitidos sobre a func o Data from US E poss vel monitorizar oito ultra sons no m ximo sendo que se estiverem apenas dois ligados apenas dois bytes de dados ser o transmitidos O fluxograma presente na Figura 3 24 mostra resumidamente a estrutura do c digo desenvolvido para o PIC respons vel pelo envio do estado dos infra vermelhos q Inicializa o While 1 4 Em CAN Trigger Read Distance Send Distance of Ultra Sound of Ultra Sound Figura 3 24 Fluxograma do c digo implementad
11. activado os sinais de tens o colocado nas entradas Set value ser o tidos em conta pelo m dulo Tabela 4 3 Estado do m dulo de pot ncia led vermelho Led Vermelho Estado do Led Estado do M dulo Indicac o de que a temperatura dos Trans stores de Pot ncia Andar de Pot ncia foi excedida 90 M dulo desactivado Indicac o que a corrente m xima admitida pelo motor foi atingida aprox 12 5A M dulo desactivado Indicac o que a fonte de tens o interna n o consegue atingir o valor de tens o pretendido M dulo desactivado Indica o que os sinais de entrada do codificador ptico excedeu a frequ ncia m xima admiss vel 150 KHz M dulo desactivado Quando ocorrem os erros descritos anteriormente o m dulo passa ao estado de inactivo sendo necess rio reactiv lo novamente sempre que tal aconte a Ou seja n o basta que o problema desapare a para ele passar ao modo activo Se o problema persistir quando a activa o do m dulo iniciada este coloca se imediatamente no estado inactivo at que o problema seja resolvido As causas associadas ao primeiro tipo de erro s o as mais variadas podendo por exemplo dever se a uma temperatura ambiente muito elevada que pode ocorrer em aplica es especiais ou por existir uma m dissipa o ventila o do m dulo Pode ainda dever se a um m ximo de corrente cont nua permitida atingida situa o essa que ser 55 aprofunda
12. de hardware do sistema distribu do feita a 12V Dado o sistema de alimentac o ser composto por duas baterias ligadas em s rie que alimenta os m dulos de pot ncia e respectivos motores no m dulo Power_Convertion que se obt m os 12V Neste m dulo s o obtidos os 12V recorrendo a um conversor DC DC TRACO POWER TEM 25 2412 que apresenta a capacidade de ser desligado externamente Dado que grande parte dos m dulos necessita tamb m de alimenta o a 5V estes tem incorporado um mini conversor que satisfaz essa necessidade 63 No que respeita a tens es de refer ncia precis o necess rias para as montagens amplificadorasutiliza se IC s dedicados para o efeito que garantem a n o flutua o desses sinais de refer ncia em fun o da carga imposta alimenta o do m dulo de hardware PIC Base PIC Base PIC Base SyncMCU SV 5V SV d gt ULtraSound Interface InfraRed Interface LO 12V gt 5V 12V gt 5V 12V Conversor DC DC IR 24V gt 12V 24V 12V gt 5V 12V Motion Interface Motion Interface 12V Left Right 12V gt 12V 12V gt 12V Enable PIC Base PIC Base SV SV Figura 4 14 Esquematizac o das alimentac es dos v rios m dulos B B 4 CHARGER 2 ca CHARG
13. e actua o do I SRobot O Programa utilizado para desenvolver o c digo para os microcontroladores o HITECH uma vez que este trabalha em Linux ao contr rio do MPLab utilizando se a linguagem C como linguagem de programac o Na camada superior de tempo real presente no PC usada a linguagem C sendo cada m dulo uma classe de forma a ter sistema modular 3 1 M dulo de Processamento PIC Base O m dulo de processamento PicBase composto pelos componentes necess rios ao funcionamento do microcontrolador comunicac o no barramento de CAN e 22 expans o das suas capacidades atrav s do interface com o m dulo de hardware qual est programado para gerir O uso dos microcontroladores traz muitas vantagens para este tipo de sistemas onde existe a necessidade de constante evoluc o permitindo flexibilidade Estes oferecem In meras capacidades tais como de tratamento an lise e comunicac o de dados sinais uma pan plia de perif ricos integrados que evita assim muita electr nica externa Este facto confere mais flexibilidade s aplica es que Integram recaindo sobre este tipo de dispositivo a escolha para o desenvolvimento dos v rios componentes que constituem sistema 3 1 1 Caracter sticas Gerais do PIC Utilizado Os microcontroladores utilizados neste sistema s o da fam lia PICISFXXS8 sendo o modelo utilizado neste trabalho o PIC18F238 o qual apresenta j
14. ngulos de dispers o na ordem de 60 conseguindo desta forma medi es mais precisas M dulo de Hardware Ultra Sound Interface 41 ER E a d E MIN COHWERTEF Pried 15 Robot Ultra Sound Ultra Sound 21 08 2009 23 38 27 Desigreed br Luis Alves SRAUC Sheet 1 1 ANANO BEE o EID Figura 3 28 Layout do PCB Ultra Sound Interface bottom layer 42 Figura 3 29 PCB do m dulo Ultra Sound Interface 3 5 M dulo de Software Hardware Infra Red Interface 3 5 1 Software As fun es de CAN para este m dulo s o as identificadas na Tabela 3 7 Tabela 3 7 ID s das fun es presentes no m dulo Infra Red o Tum Node OFF 1 Tum Node ON C Data from Infra Red Os valores monitorizados pelo m dulo totalizam dois bytes sendo usados dez bits alinhados direita com a informa o do estado de cada infravermelho sobre a fun o Data from Infra Red O fluxograma presente na Figura 3 30 mostra resumidamente a estrutura do c digo desenvolvido para o PIC respons vel pelo envio do estado dos infra vermelhos 43 E Inicializac o b While 1 Interrupt CAN Trigger Read State of Send State of Infra Red Infra Red Figura 3 30 Fluxograma do c digo implementado no Infra Red Node Como constatado pelo fluxog
15. o ON OFF Externo em que na posi o externa ligado um controlo por r dio frequ ncia de forma a desligar o sistema em fase de testes Os conversores s o respons veis pela alimenta o do sistema distribu do de CAN enquanto o laser as c maras o monitor e o controlo por r dio frequ ncia s o alimentadas directamente da fonte do PC Controlo R dio 7 Laser 5V PC 12V Frequ ncia mm C naras PIC Base l PIC Base PIC Base Fonte PC 9 E 5V 5V Enable 24V O O d D ULtraSound Interface InfraRed Interface A O 2 12V gt 5V 12V gt 5V m e yA 5 Conversor DC DC b 4 24V 212V 24V Emerg ncia 12V gt 5V 12V 12 Distribuic o Energia e Protec o ir d 12V 1 ai 12V gt 12V 12V gt 12V Driver Motor Driver Motor PIC Base PIC Base Esquerdo Direito SV SV 24V 6 14 Figura 2 14 Esquema el ctrico gt 1 Bateria de 12V Figura 2 15 Bateria gt 2 gt Alimentador Externo 13 INE N P E Fria Piia Figura 2 16 Alimentador externo gt 3 gt Selector da fonte de energia em uso Bater
16. um per odo entre 100 us a 18 ms aproximadamente ap s 10 us do ltimo eco recebido se pode enviar um novo pedido de leitura O que se referiu anteriormente constata se no diagrama temporal representado na Figura 3 25 40 SRF04 Timing Diagram Troger Pulsa DS Min Trader Input To Module L albo lims From iE nd af Echo Ta Next Sonic Burst i Trigger Pulse From Module i i E Echo P Echo Pulse Output Mote Echa To Usar Tirana Circui Echo Pulsa 15 Approx 3bms 100uS to 18m no Object Detected Figura 3 25 Diagrama temporal do funcionamento do SRF 04 ura and nara A utilizac o deste tipo de sonar deve se tamb m sua sensibilidade sendo esse um factor importante para a detec o de obst culos com reas reduzidas como acontece com a fita indicadora de zona de obras que tem apenas alguns cent metros de largura No entanto a dispers o do sinal ac stico n o uniforme embora seja especificado que o SRF 04 utiliza um ngulo de dispers o de 90 a sua precis o melhora consideravelmente medida que esse ngulo reduzido como se pode observar no diagrama de pot ncia de radiac o de dispers o ac stica do SRF 04 na Figura 3 26 Figura 3 26 Dispers o ac stica Diagrama de pot ncia de radiac o do SRF 04 Gra as ao apresentado comum adoptar se a solu o de usar v rios sensores com diferentes orienta es de forma a cobrir
17. A a a uto a RO dva nde d M e iM DM EIC IE 52 FIGURA 4 2 COMPOSI O MOTOR CAIXA DE ENGRENAGEM ENCODER 53 FIGURA 4 3 CONFIGURA O DO CONECTOR DO ENCODER DER sese sess sse se esses sess ess 53 FIGURA 4 4 CONFIGURA O DO CIRCUITO INTERNO PARA O SINAL 57 FIGURA 4 5 LIGA ES DOS SINAIS DE ENCODER cs 57 FIGURA 4 6 CONFIGURA O DOS DIP SWITCHS DE SELEC O DE MODO a 58 FIGURA 4 7 POTENCI METROS DE AJUSTE iria 58 FIGURA 4 8 PRE AJUSTE DOS POTENCI METROS ea isto eoe is 59 FIGURA 4 9 LOCALIZA O DOS POTENCIOMBETROS Sa 59 FIGURA 4 10 AC O DO POTENCI METRO PO ids besos aa sina Pn AREE NR FUR DIR To UNE sa UR DROP VER E sa ati RD EU 60 FIGURA 4 11 ESQUEMA DA MALHA DE CONTROLO EM MODO DE ese sess esses nsns 60 FIGURA 4 12 CONTROLADOR DE VELOCIDADE DO 61 FIGURA ASPECTO DA BATER lame lesbico bean Deco uat ica doas 63 FIGURA 4 14 ESQUEMATIZA O DAS ALIMENTA ES DOS V RIOS M DULOS 64 FIGURA 4 15 ESQUEM TICO DO M DULO POWER
18. BASE 17 FIGURA 2 25 PLACA DE INTERFACE COM O M DULO DE POT NCIA DO esses sns 18 FIGURA 26 M DULO DE POTENCIA E MOTOR estara suada una nasus ias 18 FIGURAS E ARQUITECTURA DE SOFTWARE SS idt TS RI RR E MEM MM RM ME 21 FIGURA 3 2 ESTRUTURA DE HARDWARE DE AQUISI O CONTROLO E ACTUA O DO ISROBOT 22 FIGURA 3 3 PIN DIAGRAM DO PICLIEZAS h oer a si rede 23 FIGURAS AP MODOS DE OPERA O mira u S a aa Duta sa Sucua sau tu fe SA cu add ARG 25 FIGURA S 5 PROTOCOLO CAN UTILIZADO E a uu E ad A au a 26 FIGURA 3 6 DIAGRAMA TEMPORAL DE AC ES Pio essa ea dns sedia ei asi sa 27 FIGURA 3 7 MENSAGEM DE SINCRONIZA O DO SISTEMA esse esses sese esses nnn 27 FIGURA 3 8 ESQUEM TICO DO MODULO tata dais TRE DR 29 FIGURA LAYOUT DO PCB TOP LAYERUu ain E a ER Na E HC dE o b a RE a e Ea oa ad et edm Ex adegit 29 FIGURA 3 10 LAYOUT DO PCB BOTTOM LAYER uuu aia Pi a PEE Desa Ex Pa C eroe pa Cove vu et ea Ra Feo sou pus ERG 30 FIGURA 3 11 FLUXOGRAMA DO C DIGO IMPLEMENTADO NO MOTION 31 FIGURA 3 12 AMPLIFICADOR DE DIFEREN A sine da c ce vato d a e de va m a CAM te va te radi 33 FIGURA 3 13 MONTA
19. Caso Isso n o ocorra significa que algo n o est correcto Na possibilidade de por algum motivo haver a omiss o desta mensagem inicial do pic que corresponde ao seu estado de boot loader como explicado no cap tulo 3 1 2 mais em pormenor tal pode significar em ltimo caso a necessidade de substituir reprogramar o boot loader do pic A programa o do boot loader do pic feita recorrendo ao programador da microchip ICD2 e o interface gr fico MPLab fazendo a importa o do ficheiro hex correspondente ao BootFirmware do pic pretendido que se encontra na pasta referente ao firmware dos pic s N o fazer 19 confus o com o programa principal o firmware serve apenas de identificac o do pic para posterior programac o do c digo principal via CAN existindo portanto dois ficheiros hex distintos para cada pic 2 Outra situac o poss vel de ocorrer c digo que programamos via CAN c digo principal necessitar de ser reprogramado novamente esta situa o facilmente detect vel da seguinte forma caso ap s a ordem via CAN de mudar o estado de boot para run do pic este continuar a apresentar a mensagem inicial de boot Para programac o via CAN e dar ordem ao pic para mudar o seu estado de boot para run tal explicado no cap tulo 3 1 2 Estando tudo operacional no barramento de CAN inicia se o programa de RTAI para tal entra se numa consola user root passwd ro
20. ER 1 OE PORTA PARALELA BOA i PORTA PARALELA 1 sm T k BATERIAS 2O ES BATERIAS A Om 1 BOTAO EMERG 2 OJBOTAC IEMERG 1 EX 3 124 3 Y L2 LL OPEN NOR CLOSE E3208 5 ra 5 gu FUSESH22 5 15400 Pen Tes F1 LL nha E 1 J 4OALIMEN 12v 1 1 ur t AOJALIMEN 12v 1 2 ALIMEN 120 2 2 1 _124_2 1 2 1 E ALIMEN Si 2 Y l 1 COALIMEN St gu 1 I 38 3 on 3 1 1 Proiecto ISRabot Power Convertion ui PoverConvertior Designed 11 08 2006 14 54 36 Luis Alves Sheet 1 1 E L Figura 4 15 Esquem tico do m dulo Power Convertion 64 Figura 4 16 Layout do PCB Power Convertion Interface top layer 258v A ziu m m C e m lodo Al 800 Figura 4 17 Layout do PCB Power Convertion Interface top layer 65 Figura 4 18 PCB do m dulo Power Convertion 4 6 Estrutura de Suporte do Rob A estrutura do Rob constitu da por uma plataforma robusta toda ela em alum nio trabalhado mecanicamente possui duas rodas motrizes frontais de alum nio com um oringue de borracha e uma roda livre de apoio na parte de tr s A Figura 4 19 apresenta o rob de perfil onde se verificam essas caracter sticas Figura 4 19 Perfil do rob 66 Esta plataforma foi concebida de forma poder integrar no seu interior todos os componentes necess rios sua aut
21. GEM AMPLIFICADORA DE DIFEREN A PARA SIMULA AO messes nnns 33 FIGURA RESULTADO DASIMULA O uu g ia sara a l u Z d ada v Sut O Dae Deas dom db 34 FIGURA 3 15 CONVERS O DIFERENCIAL TTL DOS SINAIS VINDO DO eene ne nennen 34 FIGURA 3 16 DETEC O DO SENTIDO DE ROTA O arraia uti a RETI TR EA UAE FRI REER aL dre dE UN 35 FIGURA 3 17 DETEC O DE COUNT UP eiii 35 FIGURA 3 18 DETEC O DE COUNTDOWN ad 36 FIGURA 3 19 ESQUEM TICO DO M DULO MOTION INTERFACE 1 2 36 FIGURA 3 20 ESQUEM TICO DO M DULO MOTION INTERFACE 2 2 eee nnne 37 FIGURA 3 21 LAYOUT DO PCB MOTION INTERFACE TOP LAYER Ea enne en nnns 37 FIGURA 3 22 LAYOUT DO PCB MOTION INTERFACE BOTTOM 38 FIGURA 3 23 PCB DO M DULO MOTION INTERFACE ER ORAS AERA E ER QN RAE Ce UR A A da 38 FIGURA 3 24 FLUXOGRAMA DO C DIGO IMPLEMENTADO NO ULTRA SOUND NOprE 39 FIGURA 3 25 DIAGRAMA TEMPORAL DO FUNCIONAMENTO DO 41 FIGURA 3 26 DISPERS O AC STICA DIAGRAMA DE POT NCIA DE RADIA O DO SRF 04 41 FIGURA 3 27 ESQUEM TICO DO M DULO ULTRA SOUND ie 42 FIGURA 3 28 LAYOUT DO PCB ULTRA SOUND I
22. NTERFACE BOTTOM 42 FIGURA 3 29 PCB DO M DULO ULTRA SOUND INTERFACE ococcccccnononcncnnnnnnnnnnnnncanananonononanonononanonnnnanananonanananananos 43 FIGURA 3 30 FLUXOGRAMA DO C DIGO IMPLEMENTADO NO INFRA RED 44 FIGURA 3 31 INFRAVERMELHO OPB 704 can 45 FIGURA 3 32 ESQUEM TICO DO M DULO INFRA RED 1 4 a 45 FIGURA 3 33 ESQUEM TICO DO M DULO INFRA RED 2 4 a nennen nennen 46 FIGURA 3 34 ESQUEM TICO DO M DULO INFRA RED 3 4 a 46 FIGURA 3 35 ESQUEM TICO DO M DULO INFRA RED 4 4 47 FIGURA 3 36 LAYOUT PCB INFRA RED INTERFACE TOP 47 FIGURA 3 37 LAYOUT PCB INFRA RED INTERFACE BOTTOM LAYER r nnns 48 FIGURA 3 36 PCB DO MODULO INFRARED INTERFACE ua tesis e eon oe eek va en n yea KY Fue inda Cn v VR WEE RASA VOY ORE RYE eK EVA US 48 FIGURA 3 39 FLUXOGRAMA DOS M DULOS DE CONTROLO NO PC r 49 FIGURA 3 40 SUB TAREFAS DO PROGRAMA PRINCIPAL DE hene eee emm nnn 50 FIGURA 4 1 CURVA CARACTER STICA DO MOTOR sao Caco eU OD e
23. WriteTimer3 55535 55535d D8EFh Resets Cycle Timer 1ms 40Mhz TMR3H OxD8 Write high byte to Timer3 TMR3L OxEF Write low byte to Timer3 if Cycle 4 1 0 Cycle 1f TriggerState ON CANMsgOut stdID Sincronize CANMsgOut len 1 CANMsgOut data 0 Cycle sendCanMessage CANMsgOut Send Sincronization message to CAN BUS if StateChanged TRUE CANMsgOut stdID 0 Informs robcan that CANMsgOut stdID TRIGGER 3 trigger node is now on CANMsgOut stdID 1 CANMsgOut len 1 sendCanMessage CANMsoOut StateChanged FALSE else if StateChanged TRUE CANMsgOut stdID 0 Informs robcan that CANMsgOut stdID TRIGGER lt lt 3 trigger node is now off CANMsgOut len 1 sendCanMessage CANMsgOut StateChanged FALSE Este m dulo envia uma mensagem de CAN de forma peri dica baseado num temporizador interno que conta 1 ms quando o m dulo se encontra no estado activo Na mensagem de sincronismo temos um byte que determina a fase do ciclo de opera es Temos cinco fases distintas de opera es correspondentes a diferentes tarefas dos m dulos perfazendo o ciclo de 5ms e que se repete de forma c clica 28 3 2 2 Hardware Este m dulo essencialmente apenas o m dulo de processamento PIC Base uma vez que este n o necessita de mais nenhum hardware de interface utilizando apenas a comunica o de CAN do m dulo para e
24. ac o diferencial com dimens es reduzidas o ISRobot foi equipado com v rios sensores para permitir o desenvolvimento de algoritmos no contexto da prova de conduc o aut noma 2 1 Estrutura F sica O ISRobot consiste numa estrutura em alum nio com duas rodas motrizes tracc o diferencial na parte da frente e uma roda castor de apoio na parte de tr s Temos no seu interior grande parte do sistema que o comp em nomeadamente sistema de controlo PC e sistema distribu do de CAN e alimentac o S os sensores e o Interface com o computador interno se encontram no exterior da estrutura Figura 2 1 Sistemas que comp em o ISRobot Em termos de dimens es a estrutura apresenta aproximadamente 50cm de largura 50cm de comprimento e 30cm de altura estando o seu peso distribu do simetricamente e pesando aproximadamente 20kg actuado recorrendo a dois motores DC de 24V com respectivo desmultiplicador de velocidade com factor de 1 33 alimentados por duas baterias de 12V e controlados por dois drivers de pot ncia que garantem o seu efectivo controlo de forma independente O bin rio de cada roda de sensivelmente 2 Nm 2 2 Constitui ao do Sistema De seguida apresenta se o sistema do ISRobot em termos de hardware ou seja sao apresentados todos os componentes que constituem o sistema de navega o aut noma a forma como estes est o interligados E ainda descrito o fluxo de dados entre os diver
25. ados directamente ao PC visto usarem outro tipo de comunica o que suporta uma taxa de transfer ncia de dados maior que o USB e Fire Wire respectivamente Para al m destes sensores perif ricos existem alguns mecanismos de seguranca Inerentes ao rob tais como um bot o de emerg ncia local para parar o sistema ou por r dio frequ ncia telecomando que se revelou indispens vel em fase de testes Associado ao PC temos os perif ricos normais para interacc o com O mesmo que um mini tft com touch screen e teclado 68 Cap tulo 5 5 Conte do do CD gt Documentos Documentos de trabalhos realizados com a plataforma ISRobot gt Hardware o Dispositivos Manual dos diversos componentes para consulta de informa o mais detalhada o Pic s Esquem tico das diversas placas que est o ligadas ao barramento de can e que servem de interface entre a placa do microcontrolador e os dispositivos de hardware usado o programa Eagle para visualizar alterar os esquem ticos Ficheiros Grebber tamb m presentes para a replica o das placas caso necess rio gt Filmes Resultados experimentais do ISRobot em ac o gt Imagens Imagens dos diversos componentes existentes no ISRobot gt Software o C digo PC Programa de RTAI necess rio ter privil gios de super utilizador para executar e carregar os m dulos de RTAI e CAN o C digo Pic s 69 Programas dos diversos microcontroladores para compilar usa
26. b07 e na directoria cd home isrobot exec est programa de leitura de CAN e o programa de O c digo fonte encontra se na pasta cd home isrobot RTisrobot para compilar execute autogen sh make sendo o execut vel gerado com o nome de rtisrobot Para correr o programa basta o comando rtisrobot 20 Cap tulo 8 3 Arquitectura Distribu da A Arquitectura Distribu da composta por v rios componentes que visam a sua modularidade e versatilidade levando no entanto necessidade de obedecer a algumas regras para que haja determinismo e coer ncia na informac o recebida e transmitida por cada m dulo do sistema sendo para tal a arquitectura baseada num sistema de tempo real O sistema global composto por tr s camadas presentes na Figura 3 1 que s o comunicac o de baixo n vel camada de controlo de baixo n vel e no topo a camada respons vel pela navegac o e percepc o do meio em seu redor Perception and ai RC Global Observer Navigation E E E E Place Path a Labeling Planning i Path Optimization E eins Lue ia So PR E ES O RS RR RR RS u ARA DAS RE h DE E Low Level Trajectory Motion Following E I E EPT Obstacle Velocity _ 1 Controller Localization I 7
27. bastantes perif ricos integrados como comunica o via RS232 CAN SPI ou mesmo ADC e geradores de PWM os perif ricos utilizados ser o apresentados mais frente Pode ver se na Figura 3 3 o diagrama de pinos do Microcontrolador MCLRIVPP 28 RAD AND CVREF 27 RAI IANT 26 y M5 oo amp 2 1 1 21 O RBDINTO Figura 3 3 pin diagram do PIC18F2x8 Como percept vel pelo pin diagram este microcontrolador apresenta 3 portos de I O Porto A B e C sendo que estes se encontram quase na sua totalidade multiplexados com outras fun es associadas aos v rios perif ricos presentes no microcontrolador 23 Regra geral quando um determinado perif rico est activo os pinos associados este n o podem ser utilizados como pinos gen ricos de I O 3 1 2 M dulo de Hardware PIC Base 2 A PIC Base um m dulo de hardware utilizado para fazer a interface entre os PIC s e os v rios m dulos de hardware desenvolvidos Este m dulo de interface tem v rias capacidades Destaca se a possibilidade de programa o do PIC atrav s do programador dispon vel da Microchip o MPLab ICD 2 sendo este utilizado na fase inicial para programa o do boot firmware de cada PIC que incorpora a sua Identifica o nica no sistema Para al m da possibilidade de programa o o m dulo disp e ainda de uma liga o f cil a todos os portos por meio de uma ficha de 20 p
28. ccncocononocacacancnrnracncncnconorarananananinonononcncnonaranananininincnes 9 FIGURA 2 91 NERAVERMELEHOS uu ya a NA ind DL aS su E C USA ope 9 FIGURA 2 10 M DULO DE INTERFACE COM OS INFRAVERMELHOS ue oes oa oo o oa a a aa aa aa a Ea aa e messes esses esse esses sss 10 FIGURA 2 11 M DULO DE DISTRIBUI O DA ALIMENTA O E PROTEC O 10 FIGURA 2 LZ FLUXO DE DADOS uds tema ab bet akan do old 11 FIGURA 2 13 DISPOSI O DOS COMPONENTES NO ISROBOT rr 12 FIGURA 2 14 ESQUEMA EL CTRICO doo 13 FIGURA 15 BATERIA au Qa Oa EUA AA AAA a O aS 13 FIGURA 2 16 ALIMENTADOR EXTERNO sica dan S m ul AE u 14 FIGURA 2 17 SELECTOR DAFONTE DE ENERGIA ca 14 FIGURA 2 18 PLACA DE PROTEC O E DISTRIBUI O DE ENERGIA AO SISTEMA r 15 FIGURA 2 19 CORTE DA ALIMENTA O DO SISTEMA DE CONTROLO E ACTUA O 15 FIGURA 2 20 BOT O DE ACTIVA O DO CONVERSOR DC DC 24V 12V 16 FIG RA 2 21 CONTROLO RADIO FREQU NCIA ie etie SO Rs d b a a so sia de 16 FIGURA 2 22 LASER CAMARAS E MINE 16 FIGURA 2 23 FONTE DO PC SP i uuu da Dai ad a Da da a dn iue eis Deos 17 FIGURA 2 24 PLACA DOS INFRAVERMELHOS E DOS ULTRA SONS COM AS PIC_
29. da mais frente quando forem abordados os potenci metros de ajuste que m dulo possui Essa corrente normalmente de 5 4 3 2 Entradas e Sa das Os sinais de entrada e sa da deste m dulo est o divididos em tr s tipos e Power onde se encontra a alimentac o do m dulo e as sa das de alimentac o para o motor e Signal onde se encontram sinais de entrada de controlo e sinais de sa da indicando o estado de funcionamento do m dulo 11 IV VI Set Value sinal de entrada em tens o 10V a 10V para controlo de sentido e velocidade do motor Enable sinal de entrada em tens o activa com tens es entre 4V a 40V a alimenta o do Motor Inactivo com tens es de a 2 5V cortando a alimenta o do motor DC Tacho Sinal de tens o 2V a 50V para liga o de Tac metros para controlo de velocidade Monitor n Sinal de sa da em tens o 10V a 10V equivalente velocidade que o motor est a rodar Monitor 1 Sinal de sa da em tens o 10V a 10V equivalente corrente que o motor est a consumir Ready Coloca a entrada ligada massa quando o m dulo se encontra a funcionar correctamente coloca a sa da em alta imped ncia quando o m dulo n o se encontra a funcionar correctamente cujo esquema apresentado na Figura 4 4 56 Figura 4 4 Configura o do circuito interno para o sinal ready e Encoder Sinais vindos do encoder de acordo c
30. dados LE e ter CAN Laser Vision Data Data Data Figura 3 40 Sub tarefas do programa principal de RTAI em Module IA p 3 6 2 Navegac o com recurso a Laser e Vis o Para termos um rob ve culo aut nomo aplicado conduc o aut noma este tem de Interagir com o melo sendo esse mundo complexo usual usar se laser e vis o semelhan a do DARPA Grand Challenge Neste caso o laser foi usado apenas como dispositivo de seguran a n o tendo sido feito a segmenta o e classifica o de qualquer ordem Funcionando como laser de seguran a quer dizer que definida uma zona pr xima do mesmo onde caso seja detectado algo despoletada uma ac o de seguran a O alcance do mesmo de cerca de 4m tendo a zona de seguran a sido definida nos 0 3m para imobiliza o do rob O laser usado Hokuyo faz varrimentos de 240 com uma resolu o de 0 3516 Esta amplitude foi subdividida em cinco zonas distintas 30 50 80 50 30 tendo sido dado import ncia apenas s tr s zonas centrais 180 e que permite identificar se o obst culo se encontra na frente ou num dos lados do rob Desta forma poss vel no caso particular da prova decidir se o rob pode prosseguir na faixa de rodagem actual ou se tem de mudar para a outra 50 Neste caso particular o objectivo do uso da vis o identificar as linhas delimitadoras das duas faixa
31. do o compilador da Hitech picc18 Para programar necess rio usar o programador por CAN canbootmngr v2 Modo de uso canbootmner_v2 h para ver a ajuda Modo de uso mais aprofundado no capitulo 3 1 2 70
32. eive Calc Wheels Send Wheels PC Sensor Velocity Velocity Information Reference Reference Figura 3 6 Diagrama temporal de acc es 3 2 M dulo de Software Hardware Trigger 3 2 1 Software As fun es de CAN para este m dulo s o as identificadas na Tabela 3 3 Tabela 3 3 ID s das func es presentes no m dulo Trigger D Fun o L0 Tum Node OFF _ Turn Pone ON 15 Synchronize Nodes A func o Synchronize All Nodes usada para sincronizar a malha de controlo do sistema Sendo o tempo do ciclo de controlo de 5ms enviada uma mensagem de sincronismo a cada 1 ms com a indica o da fase do ciclo em que o sistema se encontra para que sejam efectuadas todas as ac es dos diversos m dulos de uma forma c clica e sincronizada Tal mensagem elaborada da seguinte forma ID 11 bits a 4 butz 4 tuts 3 tute Figura 3 7 Mensagem de sincroniza o do sistema 27 M dulo Trigger Como foi poss vel ver nos outros m dulos estes efectuam as suas ac es com base numa determinada ordem e respeitando determinado ciclo sendo este m dulo o respons vel por essa sincroniza o a qual feita de 1 em Ims sendo o ciclo total de 5ms como referido anteriormente Visto isto apresenta se de seguida o c digo que permite esta sincroniza o dos m dulos void interrupt HighPriorityInterrupts void if TMR3IF 0
33. er dos IR Interface com Power Drive Alimenta o das USA Alimenta o dos Iis 8 Drive Tratamento de Sinais de Tratamento dos sinais Tratamento dos sinais Tratamento de Sinais de des US s dos IR s encoder AT WW j Encader Ercn er 7 Y MIR Type L25 MR 1256 47 0 l gt a 4 Em il il la 11 Nm i Am Nm ui E DC DC Maior I L o l ADE ED da ADS 40 061 da Run Mazur Figura 2 12 Fluxo de Dados Como percept vel toda a informa o circula entre os v rios PIC s Programmable Interface Controller e o PC Personal Computer atrav s de um barramento CAN Controller Area Network Funcionando o PC como supervisor planeador este encontra se num n vel hier rquico superior ao dos PICs recebendo informa o dos mesmos e transmitindo lhes ordens para controlo de todo o sistema Neste caso como temos uma placa de CAN com duas portas no PC temos uma disposi o do barramento de CAN em forma de anel come ando e terminando no PC Neste momento poss vel usar apenas uma porta CAN para leitura e escrita do sistema 11 seu controlo outra usada mais para debug futuramente poder ser usada num sistema mais complexo em que se pretenda mais robustez e fiabilidade do sistema Como a identificac o de cada dispositivo de CAN feita de forma inequ voca a sua ordem de ligac o nesse mesmo barramento i
34. fectuar a sincroniza o tipo maestro numa banda de todo o sistema e sinalizando todas as ac es dos outros m dulos no devido e exacto momento em que tal deve ser efectuado como foi descrito anteriormente M dulo de Hardware PIC Base PIC18F2x8 Base Board Version 1 0 Designed by picdemos e s Maia 5 07 2003 17 87 59 O C O 5 o ff o o o y PTE TE G o q o o9 o 2 o O o o oj o ny C V Figura 3 9 Layout do PCB Top Layer 20 Va Y00000000000000 0000000000000 Figura 3 10 Layout do PCB Bottom Layer 3 3 M dulo de Software Hardware Motion Interface 3 3 1 Software As fun es de CAN para este m dulo s o as identificadas na Tabela 3 4 Tabela 3 4 ID s das func es presentes no m dulo Motion D Fono _ L0 Tum Node OFF EN Tum Node ON 72 Ser DAC Command 4 Data from Motion A fun ao Set DAC Command usada para definir o valor a transmitir ao DAC que por sua vez 1 corresponder a uma velocidade do motor sendo esse valor composto por 2 bytes DAC de 1O bits de resoluc o Os valores monitorizados pelo m dulo totalizam oito bytes em que quatro bytes correspondem ao valor acumulado dos pulsos do encoder seguido de mais dois bytes referentes velocidade do motor e por fim mais dois bytes correspondendo ao valor de comando recebido pel
35. ho e peso Tal facto contribui por optar por baterias secas mais leves e compactas Pretendendo se um sistema distribu do simetricamente ent o a op o mais certa utilizar duas baterias e dadas as caracter sticas dos v rios m dulos de hardware a tens o nominal mais apropriada seria de 12V Ligando estas em s rie obt m se ent o a tens o nominal dos motores 24V S o utilizadas as baterias da SAFT As suas principais caracter sticas apresentam se resumidamente na Tabela 4 5 Tabela 4 5 Caracter sticas principais da bateria Caracteristica Valor Especifica o Designa o VH Module D 62 Capacidade tipica 8 4 Ah Main 3A 180 mA 90 mA 6 Horas 3 Horas Balancing Trickle 100 90 necess rio efectuar uma carga de 100 a cada 20 ciclos de carga descarga ou de 3 em 3 meses O c 2 O O O aspecto das baterias bem como uma ideia das dimens es desta podem ser observadas na Figura 4 13 Figura 4 13 Aspecto da bateria 4 5 M dulo de Hardware Power Convertion Este m dulo de hardware ao contr rio dos outros m dulos n o activo n o possul liga o com nenhum m dulo PIC Base nem com o PC Serve apenas para centralizar e proteger todas as entradas e sa das de alimentac o e gerir a fonte de energia a usar de forma electromec nica 4 5 1 Esquema de Alimentacoes do Sistema Tendo em vista a minimizac o da cablagem a alimentac o de todos os m dulos
36. ia ou Externa Figura 2 17 Selector da fonte de energia gt 4 gt Placa de protec o e distribui o de energia ao sistema 14 Figura 2 18 Placa de protec o e distribui o de energia ao sistema gt 5 Corte da alimenta o do sistema de controlo e actua o Interruptor de press o vermelho Figura 2 19 Corte da alimenta o do sistema de controlo e actua o gt 6 2 Bot o de activa o do conversor DC DC 24V 12V 15 Figura 2 20 Bot o de activacao do conversor DC DC 24V 12V gt 7 gt Controlo r dio frequ ncia Figura 2 21 Controlo r dio frequ ncia gt 8 Laser C maras e Mini TFT A r Em v a Figura 2 22 Laser C maras e Mini TFT 16 gt 9 10 Fonte do PC Epia mini ITX MII e perif ricos ligados ao mesmo Laser C maras e TFT Figura 2 23 Fonte do PC e PC gt 11 12 13 PIC Base Placa de infravermelhos e Placa de ultra sons Figura 2 24 Placa dos infravermelhos e dos ultra sons com as PIC Base gt 141415 gt Placa de interface com o m dulo de pot ncia do motor 17 Figura 2 25 Placa de interface com o m dulo de pot ncia do motor gt 16 gt M dulo de pot ncia e motor Figura 2 26 M dulo de pot ncia e motor 2 5 Recomenda oes de Uso O sistema de alimenta o feito com o recurso a duas baterias de 12V de forma ao sistema ser aut nomo No entanto em fases de testes prefer vel usar u
37. inos e do hardware perif rico necess rio para comunica o RS232 e CAN sendo esta ltima tamb m explorada para a programa o do microcontrolador recorrendo para tal ao programa canbootmngr v2 uma vez j residindo no m dulo o seu respectivo boot firmware A identifica o dos diversos m dulos nesta fase expressa de seguida assim como um exemplo de utiliza o Tabela 3 1 ID s utilizados pelo programa canbootmngr v2 O programa canbootmngr v2 usado essencialmente para programa o das funcionalidades de cada PIC via CAN permitindo desta forma programar todos os PICs sem ter de conect los um a um ao programador da Microchip Para al m de programar poss vel transmitir uma ordem aos 5 para sa rem do estado Boot Loader Mode e passarem para Idle Mode atrav s do programa canbootmngr v2 O comando completo para programar um determinado PIC com o ficheiro criado pelo 24 compilador neste caso o TriggerNode o seguinte canbootmngr v2 g 6 p 1 d f TriggerNode hex A interpreta o do comando significa fazer o download do c digo para o PIC com a identificac o expressa Os microcontroladores presentes em cada m dulo possuem tr s modos de operac o sendo dois deles J enumerados anteriormente nomeadamente Boot Loader Mode Idle Mode e tamb m Running Mode Boot Loader Mode o primeiro estado em que este fica quando a
38. izac o do sistema composto por v rios leds do lado direito do painel traseiro Na posic o central o sistema de controlo est desligado para baixo est ligado e para cima controlado pelo controlo remoto Em caso de emerg ncia ou para desligar para al m do sistema de controlo desligar tamb m os m dulos de pot ncia dos motores pressionar o bot o de emerg ncia vermelho 2 6 Colocac o em funcionamento diagn stico do sistema Para colocac o do sistema em funcionamento deve se proceder ligac o da alimentac o de todo o sistema ligando para tal os tr s interruptores existentes nas 1 de acordo com o pretendido Em condic es normais o sistema distribu do est neste momento operacional sendo poss vel verificar esse funcionamento fazendo a leitura simples do barramento de CAN tanto na porta can0 como na canl do PC E necess rio no entanto carregar os m dulos de CAN e RTAI ap s o arranque do sistema operativo linux de tempo real usando o script AmtAll sh que se encontra em cd root O sistema de CAN funciona a 250 kbits s como essa a baud rate por defeito da placa de CAN do PC n o necess rio reconfigur la Basta portanto executar o programa can0 ou receive canl para que surja no ecr v rias mensagens uma por cada pic presente no sistema Existem pelo menos tr s mensagens motion and sincMCU com id s de mensagem diferentes e que se repetem ciclicamente
39. limentado permitindo a sua reprogramac o de forma simples e acess vel sem ter de mexer no hardware Passando para Idle Mode este fica num estado de espera em que o seu normal funcionamento suspenso Enquanto em Running Mode este efectua o devido controlo do que o rodeia e adquire a devida informa o do sistema para posterior envio para o sistema central Existindo no entanto uma ordem pela qual os diferentes estados podem passar a qual expressa no diagrama seguinte Boot Loader Figura 3 4 Modos de opera o OS 3 1 3 Detalhes da Comunica o CAN Para que os v rios dispositivos troquem a informa o correctamente sob o protocolo CAN existe a necessidade da defini o da estrutura das mensagens Sendo a estrutura global de uma mensagem segundo o protocolo CAN como se retrata na Figura 3 5 definiu se a estrutura espec fica das mensagens a qual adequada s necessidades existentes neste sistema 25 ID DATA 11 bits O to 8 bytes d bits bite 3 butz O to amp bytes Figura 3 5 Protocolo CAN utilizado Como pode ser observado o ID da mensagem nico uma vez que composto pelo destino origem e a func o pretendida para o m dulo de destino Em termos de ID dos m dulos estes est o descritos na tabela seguinte no caso da fun o esta dependente do m dulo em quest o sendo portanto apresentada na secc o do m dulo a que respeita assim como o campo de dados cujo tamanho ta
40. ltante que ser o dobro do apresentado na Equac o 4 2 ou seja um bin rio resultante total de aproximadamente 5 28 Nm 4 2 Codificador ptico O codificador ptico est acoplado ao motor como se mostra na Figura 4 2 Planetary Gearhead Encoder 332 mm 256 1024 0 75 4 5 E E Fi 3 channels Details page 218 E Deta s page 239 Planetary Gearhead U mm 1 0 6 0 Nm Details page 220 Figura 4 2 Composi o motor caixa de engrenagem encoder 2 O codificador ptico o Encoder TypeL da tratando se de um codificador ptico de 3 canais em modo diferencial com a resoluc o de 236 pulsos por volta O canal A e B t m uma resoluc o de 256 pulsos por volta encontrando se estes dois canais em quadratura sendo o terceiro um canal de ndex que envia apenas um pulso por volta alimentado com uma tens o de 5V sendo esta feita a partir do m dulo de pot ncia Servoamplifier ADS 4 Q DC da sendo as suas caracter sticas principais apresentadas na pr xima sec o O conector do codificador ptico tem a configura o apresentada na Figura 4 3 Voc GND N C m Channel A Channel Channel B Channel B Channel Index 10 Channel Index 0 0 n E Figura 4 3 Configura o do conector do encoder 4 3 M dulo de Pot ncia Neste sub cap tulo pretende se essencialmente dar a conhecer o m dulo de pot ncia
41. m DAC para colocar na entrada de comando do drive de pot ncia ainda enviado para o PIC um sinal anal gico de a 5V resultado da convers o D A que serve de auto regulac o do sistema de controlo 2 Tratar os sinais enviados pelo encoder 3 canais em modo diferencial Canal A Canal e Canal Index de modo a enviar para o PIC dois sinais distintos 31 2 1 Count Up e Count Down partir do Canal Canal que se encontram em quadratura 2 2 Sinal de contagem de volta a partir do Canal Index 3 Tratar os sinais de informac o de corrente e velocidade dispon veis no drive de pot ncia que se trata de um sinal anal gico que varia entre 10V e 10 de modo a enviar para o PIC um sinal anal gico de O a 5V 4 Tratar o sinal de Status dispon vel no drive de pot ncia de pot ncia de modo a enviar para o m dulo PIC Base 5 Tratar o sinal de Enable a enviar da PIC Base para o drive de pot ncia para colocar o drive remotamente Tratamento do Sinal de Comando O sinal de comando velocidade pretendida enviado pelo PC via CAN Depois de recebido e tratado enviado usando o protocolo SPI Existe ent o a necessidade da utilizac o de um conversor Digital Anal gico DAC para a convers o desse sinal digital num sinal anal gico Utilizou se o MCP4921 12 bit voltage output digital to analog converter Este coloca na sa da um sinal anal gico VDAC de a 5 Es
42. m alimentador externo de 24V para n o descarregar as baterias sempre que poss vel N o poss vel estar a carregar as baterias a us las mesmo tempo uma vez que estas s o carregadas de forma independente e portanto n o podem estar ligadas em s rie quando est o em carga Para efectuar a recarga das baterias usada uma fonte de laborat rio com regulac o da corrente m xima Carga normal feita com 15V e 3A se for necess ria uma carga r pida pode usar 15 5V e 4A sendo necess ria uma fonte para cada bateria ou uma fonte dupla Existe um interruptor central no painel traseiro de tr s posi es que serve para seleccionar o tipo de uso que se quer fazer das baterias Posic o do meio as baterias est o desligadas para baixo permite a sua carga e para cima liga as baterias em s rie para alimentar o sistema poss vel estar a trabalhar com as baterias e ligar o carregador externo e vice versa sendo que ao desligar o carregador externo deve ser feito desligando o conector ao rob em primeiro lugar porque se desligam o carregador 18 da tomada o sistema de comutac o n o reage em tempo til e o computador vai abaixo o que n o recomend vel Em fase de testes no ch o recomend vel colocar o controlo do enable do conversor na posic o de controlo externo por comando de r dio frequ ncia para poder desligar o sistema de tracc o em caso de necessidade Para tal existe um interruptor perto do sistema de sinal
43. mb m ira depender dessa mesma fun ao Tabela 3 2 ID s de Destination Source usados no protocolo CAN EN e _ 2 maed _ SO a Porietncader 6 Both PDriveEncoder Ds smu Como se poder verificar mais frente existem duas fun es comuns a todos os m dulos que s o nomeadamente o Turn Node OFF 2 Idle Mode e Tum Node ON 2 Running Mode as quais s o essenciais correspondendo o ID 0 e 1 respectivamente Para al m da identifica o de cada m dulo no barramento de CAN para que tenhamos um sistema fi vel e determinista necess rio que todas ou a sua maioria obede a a determinados instantes de tempo na comunica o dos dados e opera es de controlo Existe portanto uma sequ ncia temporal das v rias ac es a serem executadas no sistema como ilustrado na figura seguinte 26 5 ms ee Pic Trigger SyncMCU SyncMCU SyncMCU SyncMCU SyncMCU SyncMCU 1 N 2 N 3 N 4 N 5 1 Receive Pic Motion Motor Wheels Motor Actuation Velocity Actuation NEN E BENE c i gd Read State Send State Read State Ultra Red Send poe Po Po Read Sound Distance Distance Distance TIU DOM US da rs OM So ccv c rau po i si Embedded Rec
44. nsidera se que a imped ncia de entrada da montagem RK elevada ficando a sua fun o de transfer ncia dada pela Equa o 4 3 4 3 1 4 4 SP C Variando o valor do potenci metro P5 e o potenci metro P6 pode se ent o ajustar a sintonizac o do controlador PI sendo a sua func o de transfer ncia dada por l l iy oy 8 1 sP C K 4 5 P 1 1 RR SEC ed gt H s T si 61 O ajuste do potenci metro P5 controla ent o a ac o proporcional ao variar o ganho Ksi e o ajuste do potenci metro P controla a ac o integral ao variar o valor da constante de tempo Tsi 4 4 Baterias A autonomia de um rob m vel aut nomo est intimamente ligada s caracter sticas das baterias que suportam todo o sistema e este obviamente concebido tendo em vista a minimiza o do consumo de energia Tabela 4 4 Consumos do sistema Equipamento Modulo Corrente A Pot ncia Consumida W 1 Valores Aproximados 2 Para os dois conjuntos No que respeita ao consumo do sistema s o apresentados valores aproximados na Tabela 4 4 para os v rios constituintes conseguindo dessa forma chegar a um valor pr ximo do consumo do sistema que se estima em 4 A h garantindo as duas baterias aproximadamente 2 horas de autonomia As baterias para aplica es em rob tica m vel aut noma t m que preencher alguns requisitos no que respeita ao seu taman
45. nstatado pelo fluxograma presente na Figura 3 39 o PC recebe pelo barramento de CAN da camada de baixo n vel informa o do processo o qual este tem de controlar sendo a recolha da informa o respeitante a cargo da camada de interliga o com base na informa o recolhida tanto do CAN como do laser vis o que calculada a orienta o a seguir Com base nessa orienta o calculada a velocidade desejada para os motores e posteriormente enviada respeitando o sincronismo e Instante alocado para essa tarefa 3 6 1 Sistema de Tempo Real RTAI Com este sistema de tempo real o programa pode ter v rias tarefas threads com periodicidade e prioridade definidas de acordo com a import ncia da tarefa Neste caso em concreto existe a tarefa principal que faz a gest o dos recursos a serem usados AutoDrive esta que de acordo com as necessidades cria outras para gerir determinados recursos em concreto Estes recursos s o o CAN o Laser e a Vis o existindo as tarefas CAN Module Laser Module e Vision Module respectivamente Estas tarefas t m como fun o gerir os respectivos recursos dispositivos e fazer o 49 tratamento dos dados provenientes dos mesmos Como desejado que exista um processamento paralelo entre a aquisic o e processamento dos dados ou seja que se possa fazer uma nova aquisic o de dados antes de ter terminado a an lise da amostra anterior temos outras tarefas dedicadas aquisi o dos
46. o m dulo Estes s o os dados transmitidos sobre a fun o Data from Motion O fluxograma presente na Figura 3 11 mostra resumidamente a estrutura do c digo desenvolvido para o PIC respons vel pelo envio de comandos para o motor o qual ir corresponder a uma determinada velocidade 30 q Inicializa o While 1 Interrupt Interrupt CAN CAN Trigger PC Receive Wheels Velocity Command Motor Actuation Figura 3 11 Fluxograma do c digo implementado no Motion Node Como constatado pelo fluxograma presente na Figura 3 11 o Motion Node recebe pelo barramento de CAN da camada de alto n vel comandos para controlo da velocidade do motor Esse comando concretizado em acc o sobre o motor quando o Motion recebe uma mensagem de sincronismo sinalizando o instante 1 do ciclo 3 3 2 Hardware Dadas as necessidades que se apresentavam ao tratamento dos sinais o m dulo Motion Interface foi desenvolvido de modo a servir de interface entre o driver de pot ncia Servoamplifier ADS e o m dulo PIC Base que faz o interface com o PIC respons vel pelo controlo de velocidade de cada um dos motores As fun es principais deste m dulo s o ent o 1 Tratar o sinal de comando enviado pelo PIC segundo o protocolo SPI de modo a transformar posteriormente num sinal anal gico de 10V a 10V com recurso a u
47. o no Ultra Sound Node Como constatado pelo fluxograma presente na Figura 3 24 o Ultra Sound Node envia pelo barramento de CAN para a camada de alto n vel o valor de dist ncia medido por cada ultra som de acordo com as mensagens de sincronismo 39 3 4 2 Hardware Este m dulo de hardware tem como objectivo fazer a interface dos sinais que s o enviados e recebidos entre o PIC respons vel por monitorizar os ultra sons e OS pr prios n o possuindo quaisquer outras tarefas adicionais tornando se como tal um circuito bastante simples Este m dulo encontra se preparado para poder ligar at um m ximo de oito ultra sons A escolha dos ultra sons a utilizar no projecto recalu sobre o modelo SRF 04 cujas caracter sticas se adaptam bem s necessidades do projecto As caracter sticas principais do SRF 04 encontram se descritas na Tabela 3 6 Tabela 3 6 Caracter sticas dos ultra sons Unidades S I Valor Condic o de funcionamento Tensao de m 30 Tip G0 Max Frequ ncia Dist ncia Max Dist ncia Min gt Disparo 10 Min n vel TTL Trigger EE Sinal TTL positivo proporcional dist ncia ao obst culo Dimens es 20mm x 17mm Este sonar responde a um impulso de n vel l gico 1 com a dura o de 105 que serve de sinal de disparo Quando este sinal recebido pelo sonar este envia ent o um sinal ac stico ultra s nico e coloca a linha de eco em modo de escuta durante
48. o se portanto os sinais de Count UP e Count Down respectivamente aman R PE condi l t CIA lt lt El ca lt El SS E R1E 4013M d 17 10 ar ifo IC3B A O LM TeMels MOI ING Figura 3 16 do sentido de SIGNAL TTL1 1 SIGNAL 2 1 4 Os 0 55 1 05 1 5s 2 05 2 55 3 05 3 55 4 05 4 55 5 05 O V CNT CCW 1 V CNT CW 1 Figura 3 17 Deteccao de Count Up 35 D V CNT_CCW 1 o V CNT_CW 1 Figura 3 18 de Count Down M dulo de Hardware Motion Interface B HV paez DGND DGND 3 voo 26 s LED RE 1 2 IDGND CMD STATUS am 2 ROS q c h m RC de e ple CNT E LDAC 4 a e a a Le DGND DGND DGND FCC 68 8 LED C1 Gy cwn STATUS LED Ak AGND gt RIA MOR 1 5 CMD STATUS 4 E HABLE TS z GMU ANL 1 Motion_Intertace E SA E GNDA I x2 ge e ion Irerface al a AGND 21 08 2008 23 42 04 ADE ESR LIC Sheet 11 I E Figura 3 19 Esquem tico do m dulo Motion Interface 1 2 36 a _ 1 _ Ca SIGNAL TILT gd 1 A DENDE YOC 1 C7 SIGNAL 2 gt 13 i A DGND VIDE Q CB EW 1 TTL
49. o valor de corrente em modo cont nuo regulado pelo potenci metro P8 como se mostra na Figura 4 10 No entanto este modo de controlo do valor m ximo da corrente s realizado quando o DIP switch 6 se encontra activo 59 Pre adjusiment P8 50 DIP Switch 6 ON T DIP Switch 6 OFF cyclical current limiter active maximum current limit active 0 15 1s Figura 4 10 do potenci metro P8 4 3 5 Controlo em Modo de Encoder O controlo em modo de encoder realizado com base na informac o que recebe do encoder acoplado ao motor O valor que se pretende para a velocidade corresponde a uma dada tens o colocado na entrada set value que ir entrar no controlador de acordo com a informac o que o pr prio m dulo de pot ncia recebe do encoder controlando o motor velocidade desejada O controlo de velocidade feito com base num controlador anal gico que se encontra implementado em hardware consistindo num amplificador inversor e numa montagem integradora cuja din mica pode ser ajustada recorrendo regulac o dos potenci metros de ajuste P5 e P6 O esquema interno do m dulo de pot ncia pode ser consultado no cat logo do Servoamplifier ADS50 5 da Maxon 10 estando de seguida na Figura 4 11 descrito de forma esquem tica toda a cascata de montagens amplificadoras que implementam a malha respons vel pelo controlo de velocidade do m dulo Valor de velocidade desejado e
50. om o esquema na Figura 4 5 Pin configuration at Encoder input 1 ME Not connected 2 5 V 5 VDC max 80 mA 3 Gnd Ground 4 Not connected 5 AY Inverted Channel A 6 A Channel A B B Inverted Channel B 8 B Channel B 9 Not connected TO Not connected Figura 4 5 Ligac es dos sinais de encoder 4 3 3 Modos de Controlo De seguida apresentam se os modos de controlo que se mostraram mais adequados para o controlo motriz do rob Os modos de controlo dispon veis no m dulo s o os seguintes 1 Controlo de velocidade a partir de sinais de Tac metro 57 2 Controlo de Velocidade a partir de sinais de Encoder 3 Controlo de velocidade por compensa o de IxR 4 Controlo de Bin rio ou Corrente selec o do modo de controlo feita com recurso a um conjunto de DIP Switchs que se encontram num local de f cil acesso do exterior sendo que as configura es de selec o s o as representadas na Figura 4 6 Tacho Encoder Current Figura 4 6 Configura o dos DIP Switchs de selec o de modo 4 3 4 Potenci metros de Ajuste de Funcionamento Antes de abordar o modo de controlo usado h que dar algumas notas introdut rias acerca do funcionamento do m dulo Este m dulo possui alguns potenci metros que permitem fazer ajustes no seu funcionamento Esses potenci metros encontram se no exterior do m dulo de modo a ser f cil a sua manipula o estando estes pr ajustados
51. onomia De seguida apresentam se as dimens es reais da plataforma e a localiza o dos v rios componentes que comp em a mesma localiza o dos v rios componentes como baterias motores m dulos de pot ncia placa do PC e os outros m dulos de hardware est representada na Figura 4 20 Sendo que a projec o do rob ocupa sensivelmente 0 5m por 0 5m 0 a O z n Figura 4 20 Localiza o do hardware dentro da estrutura Um dos aspectos importantes para al m das dimens es do rob o seu peso distribui o da carga centro de massa Esta ltima j se encontra com uma distribui o optimizada dado a simetria de ambos os lados do rob sendo que o peso total do rob aproximado em cerca de 20 4 7 Sistemas Perif ricos do Rob Como percept vel toda a informa o circula entre os v rios PIC s e o PC que o c rebro do sistema atrav s de um barramento CAN Os PIC s comportam se como escravos Slaves cumprindo as ordens do PC que vai ser o mestre Master Os PIC s associados aos sensores de IV e Ultra Sons t m como tarefa enviar o estado dos sensores periodicamente para tomada de decis es por parte do PC Temos portanto ligado rede distribu da de CAN alguns sensores que em termos de quantidade de dados suport vel para este tipo de rede 67 Outros tipos de sensores tais como o Laser a Vis o s o sistemas perif ricos que s o lig
52. rama presente na Figura 3 30 o Infra Red Node envia pelo barramento de CAN para a camada de alto n vel o estado dos infra vermelhos anteriormente lidos de acordo com as mensagens de sincronismo 3 5 2 Hardware Este m dulo de hardware foi desenvolvido com o intuito de fazer de interface entre PIC respons vel pela monitorizac o do estado dos sensores IV Para os sensores IV existem buffers que garantem a estabilidade dos sinais entrada do PIC servindo tamb m de protecc o Este m dulo encontra se preparado para poder ligar at um m ximo de dez sensores de infravermelhos Caracter sticas dos IR s Este tipo de sensores consiste num d odo emissor de infravermelhos e de um trans stor fotossens vel Phototransistor No caso do IR utilizado OPB704 encontram se colocados lado a lado no encapsulamento como mostra na Figura 3 31 44 REFLECTING SURFACE Sas 7 PEPPERS RES al K LED PHOTOTRARSISTOR Figura 3 31 Infravermelho OPB704 A dist ncia d representada de cerca de 1 5 cent metros Esta dist ncia est relacionada com a superf cie utilizada na pista presente no concurso embora este valor varie em func o da superf cie de reflex o e da luminosidade ambiente M dulo de Hardware Infra Red Interface a RES 3 F 5 220 HCPL2201 Proiecto amp Rabor infra Ped Intra Red uu 22 08 2008 08 17 28 Luis Aves ESR uc Sheen 1
53. rrelevante Neste momento essa disposic o a seguinte PC CAN O 1 gt ControloMotorDireito 2 gt IR 3 gt Sincronismo 4 gt US 5 gt ControloMotorEsquerdo 6 gt PC CAN_1 7 2 4 Sistema de Alimenta o O sistema de alimenta o composto por tr s n veis de ten es distintas Como fonte de energia temos portanto as duas baterias de 12V em s rie para obter os 24V utilizados pelos PowerDrives que alimentam e controlam os motores respectivamente assim como o PC e os PowerConverters e que depois disponibiliza os 12V e 5V Quando se liga o interruptor das baterias ou conectamos a fonte externa passamos a ter 24 a entrar na placa de alimenta o e protec o presente no meio do rob que distribui depois a alimenta o pelo sistema Esta placa tem tr s n veis de corte limita o da distribui o de energia pelo sistema O primeiro n vel alimenta o PC e tem uma protec o de limita o da tens o m xima que alimenta a fonte do PC em 28V O sistema tem um bot o de corte de emerg ncia bot o redondo vermelho que corta a alimenta o de todo o sistema excep o do PC Quando este est ligado temos os drivers de pot ncia alimentados e os conversores DC DC de 24V512V55V no entanto as sa das dos conversores s o controladas ainda por um outro interruptor mini interruptor de tr s posi es situado no painel traseiro junto dos leds de sinaliza o do 12 lado esquerdo As tr s posi es s
54. s de rodagem e respectiva linha central tracejada Com este objectivo foram usadas duas c maras uma de cada lado da estrutura frontal do rob com vista a detectar a linha mais pr xima do rob sendo que nesses caso varrimento da imagem da c mara direita faz se da esquerda para a direita e a outra faz no sentido contr rio A ideia com esta soluc o era estando o rob na faixa direita orientar se pela linha direita continua caso passasse para a faixa esquerda orientar se pela linha esquerda cont nua Devido limitac o de processamento do PC a aquisic o de imagens feita apenas numa c mara Infelizmente esta soluc o n o foi devidamente explorada tendo se optado por usar apenas uma c mara central a seguir a linha tracejado como alternativa mais simples Neste caso o varrimento da imagem faz se da zona central da imagem para as extremidades e segue se a linha tracejado tendo sido atingido uma soluc o minimamente aceit vel tendo em conta as limita es existentes neste vasto leque de solu es pass veis de serem implementadas futuramente 51 4 4 Sistema Motriz de Alimentacao 4 1 Motores Os motores usados permitem uma velocidade v e uma 1 a m xima de 2m s 2 a oid e 2m s respectivamente ou seja que o rob acelere at velocidade m xima em apenas um segundo Sendo que a massa do rob aproximadamente 20 Kg O motor DC alimentado a 24 V e est
55. sos componentes 2 2 1 Constituintes do Sistema O sistema de navegac o aut noma ent o constituido por v 1 PC Embutido EPIA Figura 2 2 PC Embutido v 1 Placa de CAN PCI 3 4 Mormann Figura 2 3 Placa de CAN v 2 Bateria 12V 7 Ah Figura 2 4 Bateria Y 5 M dulos de interface com PIC18F258 PIC Base SS d 3 L i I i I 1 4 i i 4 Figura 2 5 Pic Base Y 2 Motor Driver de Pot ncia M dulo de Hardware de interface com PIC Base Figura 2 6 M dulo de interface driver de pot ncia Y Ultra Sons M dulo de Hardware de interface com PIC Base Figura 2 8 M dulo de interface com os ultra sons Y 1 Infravermelhos M dulo de Hardware de interface com PIC Base Figura 2 9 Infravermelhos Figura 2 10 M dulo de interface com os Infravermelhos v Sistema de alimenta o e protec o Figura 2 11 M dulo de distribui o da alimenta o e protec o 10 2 3 Fluxo de Dados A Figura 2 12 mostra a forma como se interligam os v rios constituintes que foram apresentados anteriormente e a forma como se faz a troca de informac o entre estes PIC Base Sincroniza o PIO Base PIC Base PIC Base PIC Basel Controla de Envio da dist ncia Envio de estado Controle do Motor Esquerdo dos dos Wa Motor Direito Motion Interface AS Ultra Sound Infra_Red Interface com Pow
56. ssassssssssssssssssssssssssssssssasssa 52 MOTORES i Ds ua 52 CODIFICADOR OPTICO aa au as 53 MODULO DE POTENCIA oia 53 4 4 4 5 4 6 4 7 In L5 ESTADO DO MODULO ere OR RS OD Sr e ere e aE 54 AS ENTRADAS E SAIDA ns aaa ci n 56 45 9 MODOS DE CONTROLO ela 57 4 3 4 POTENCI METROS DE AJUSTE DE FUNCIONAMENTO 58 4 3 5 CONTROLO EM MODO DE ENCODER ticas 60 BATERIAS suum u uy 62 M DULO DE HARDWARE POWER_CONYVERTION 63 4 5 1 ESQUEMA DE ALIMENTACOES DO SISTEMA 63 ESTRUTURA DE SUPORTE DO ROB 66 SISTEMAS PERIF RICOS DO RobB 67 CONTE DODO 69 Lista de Figuras FIGURA 2 1 SISTEMAS QUE COMPOEM O ISROBOT asas 6 FIGURA ZE PE EMBUTIDO tasa 7 FIGURA PLACA DE CAN ataca ata veh e de ist s 8 FIGURA Z AT BATERA ST IAR kasama A DD aa 8 FIGURAS PIC BASE sas A T 8 FIGURA 2 6 M DULO DE INTERFACE COM O DRIVER DE POT NCIA ooccccncccncncnnonnnnnanananananononononononanoncanananananonananananas 9 FIGURA ULTRA SOM pesas Dons tt M DM a a 9 FIGURA 2 8 M DULO DE INTERFACE COM OS ULTRA SONS coc
57. te sinal tem ainda de ser tratado antes de ser enviado o m dulo de pot ncia uma vez que o sinal de comando a enviar tem de ser um sinal anal gico de 10V a 10V Com objectivo de ter essa gama de valores com precis o e de igual forma em ambos os m dulos que controlam cada motor recorreu se a uma montagem amplificadora com ganho vari vel para ajuste fino desse ganho 2 Esse auto ajuste do ganho do amplificador realizado recorrendo a potenci metros digitais representados na Figura 3 12 P e Ps s o dotados de comunica o SPI e os seus valores sao controlados pelos PIC s associados a cada um dos m dulos em func o da comparac o do sinal de comando sa da dos m dulos com um dado sinal de refer ncia A montagem escolhida o amplificador de diferenca porque apresenta uma equac o simples num caso particular Esta apresentada na Figura 3 12 seu ganho dado 32 pelas eq 3 1 3 2 A primeira equac o gen rica e a segunda um caso particular aplicado quando se verifica P P3 e R2 R4 ANN R4 Figura 3 12 Amplificador de diferen a R 3 3 1 2o _ 3 2 yy Av 0 1 O circuito usado em simulac o apresentado na Figura 3 13 e o seu resultado pode ser observado na Figura 3 14 em que se verifica que a gama de valores pretendida obtida Para valores de sa da do DAC entre e 5V corresponde a toda a gama de entrada de
58. ver Figura 4 8 para o tipo de utilizac o mais comum do m dulo No quadro apresentado na Figura 4 7 s o apresentadas as fun es dos v rios potenci metros e qual o tipo de ajuste que estes permitem bem como a posi o dos potenci metros tendo em conta a perspectiva lateral do m dulo P1 FR P2 Offset strong compensation Adjustment n 0 17 0 motor turns at set value O V max speed at 10 Y set value lower min 0 5 A Figura 4 7 Potenci metros de ajuste 58 1 P4 P5 Pre adjustment of potentiometers Figura 4 8 Pr ajuste dos potenci metros Para al m destes potenci metros existe ainda a possibilidade de aJustes mais espec ficos encontrando se no entanto os potenci metros respectivos no interior do m dulo sua manipulac o n o permitida sem que o m dulo seja aberto Estes potenci metros P P7 P8 cuja localiza o se apresenta na Figura 4 9 servem respectivamente para controlar o ganho em velocidade o ganho em corrente e o valor de corrente de sa da m ximo em regime cont nuo Figura 4 9 Localizac o dos potenci metros Os pr s ajustes dos potenci metros P e P7 s o respectivamente 25 e 40 No que respeita ao potenci metro este serve para regular o valor de corrente em modo cont nuo admiss vel sendo que o valor de pico regulado atrav s do potenci metro P4 ser aceite durante um per odo de 0 15 em cada 15 No tempo restante encontra se limitado a
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