• rover con metal detector (vedi futura elettronica settembre 2018)
• braccio manipolatore (vedi futura elettronica agosto 2018)
• self-balancing robot (vedi video su youtube)

Risorse braccio:

• braccio piccolo e semplice con stampante 3D tipo quelli di Valentini in aula 14
• istruzioni di montaggio uarm
• kickstarter uarm
• istruzioni di montaggio di uarm acrylic
• drive con istruzioni, disegni e software
• webapp che legge i file stl dei pezzi del braccio
• tinkercad| webapp tinkercad di Autodesk che legge file stl e esporta in svg
• parti uarm su grabcad
• disegni uarm adattati su thingiverse
• clone uarm con stampante 3D su thingiverse
• clone uarm con stampante 3D e riferimenti al robot ABB su thingiverse
• Lite Arm i2 su thingiverse
• file uarm da grabcad.com
• sito del prof. Alfieri con articoli ed esempi su uarm e Roboarm

Due possibilità:

• servo RC (servo continuo per veicoli)
• servo DC con encoder e scheda makeblock
• motori passo passo

Accelerometro con giroscopio MPU6050 (breakout e integrato 3€).

Kit acquistato a giugno e assemblato l'ultimo giorno di scuola (finito a casa). Nel kit è presente la sola parte meccanica con:

• tanta ferramenta con almeno 10 tipi di viti diverse (testa a croce, a brugola di due tipi diversi, viti M4 M3 M2 autofilettanti)
• tre servo TowerPro MG995 e due microservo TowerPro SG90-Analog (che sembrano continui - visto che non c'è un fine corsa - ma non lo sono)
• due prolunghe per i due microservo
• pezzi in acrilico da 5mm (base e spalle) e 3mm
• istruzioni su CDROM (un unico PDF e niente software)

Sembra un clone del kickstarter uarm del 2014 ma è leggermente diverso. Le istruzioni contengono immagini da cui eventualmente ricavare i disegni per la laser cutter ma non sono scaricabili dal sito e sono fornite solo su CDROM (qui una copia).

L'assemblaggio non è banale per l'elevato numero di pezzi e la varietà della ferramenta. Inoltre:

• lo spinotto di alluminio che collega i due servo sulle spalle era troppo lungo e ho dovuto limarlo
• c'è un pezzo in più del distanziale hub-servo
• per trovare le posizioni corrette dei microservo ho dovuto usare Arduino perché l'albero ruota liberamente e non si blocca agli estremi della corsa

La struttura sembra solida e ben fatta. Il test col software non l'ho fatto perché il kit prevede una scheda aggiuntiva per pilotare i servo (octopus o shield arduino) che non ho comprato perché si può usare anche senza (bastano 4 uscite PWM). Il la scheda servo contiene solo un alimentatore a 5V separato per i servo e due uscite a transistor per l'attuatore pneumatico opzionale. Si può tranquillamente farne a meno a patto di alimentare i servo correttamente; nel dubbio usare un alimentatore esterno da 5V (max 6V per i servo) e massa condivisa con Arduino.

Il software - inutile - che si scarica dalla pagina prodotto contiene:

• firmware: zip con sketch che usa la libreria Octopus (quindi per scheda Octopus per il controllo dei servo)
• un link alle librerie fishino
• roboarm: zip con uno sketch che usa le librerie del prodotto Braccio di Tinkerkit

Molto più utili gli esempi sul sito di Mauro Alfieri.

NB: con questo prodotto non è possibile “insegnare” un movimento al braccio registrandolo mentre lo si muove “a mano” per poi replicarlo. Per farlo ci vuole un servo con feedback (tipo questo).

Riferimenti:

• motore:
  • http://learn.makeblock.com/en/dc-encoder-motor-25-6v-185rpm/
  • https://store.makeblock.com/optical-encoder-motor-25-9v-185rpm
  • https://forum.makeblock.com/t/information-about-25mm-dc-encoder-motor/10791/2
• scheda motore:
  • https://store.makeblock.com/me-encoder-motor-driver (con link al download per la PID tuinig app)
  • http://learn.makeblock.com/en/me-encoder-motor-driver/
  • http://learn.makeblock.com/api-documentation-of-me-encoder-motor/ (404, vedere su archive.org o su github)
  • http://learn.makeblock.com/en/how-to-use-me-encoder-motor-tuning-tool/ (PID tuning app)

Il motore va collegato con un ribbon a 6 conduttori per M+, M-, Vcc, GND, A e B. Gli ultimi 4 sono per l'encoder ottico in quadratura montato sul motore.

Caratteristiche del motore:

• alimentazione 9V
• 550mA max (200mA a vuoto)
• 185 rpm (riduttore con rapporto 1:46)
• diametro 25mm albero 25mm
• flangia con 2 filettature 2-M3 (3mm) a 17mm di distanza
• connettore a 6 pin (2,54mm)
• econder da 8 impulsi per giro

Caratteristiche della scheda:

• contiene un microcontrollore (ATmega328) e un driver motore (TB6612); il microcontrollore contiene un firmware per controllare due motori con PID e comunica via i2c con altre schede
• alimentazione 6÷12V
• 1,2A max per motore
• protetto da sovracorrenti
• connettore RJ45 o header da 12 pin

Schematico scheda:

Collegamento con Arduino (jumper invece che RJ45):

L'immagine è poco leggibile ma dal pinout riportato nella pagina web si capisce cosa fare.

Ho provato con l'alimentatore da 12V (era meglio da 9V che è la tensione del motore) facendo girare più piano. Collegamenti:

Per la parte software serve la libreria Makeblock-Library-master scaricabile su github o sul loro sito. Nel sito spiega come importarla e includerla. C'è un API con molte funzioni utili per comandare il motore e ottenere informazioni su velocità e posizione.

Codice:

// include tutte le librerie che servono
#include <MeOrion.h>
 
// indica quale dei due motori pilotare
MeEncoderMotor motor1(SLOT1);
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  motor1.begin();
  Serial.println(motor1.getCurrentPosition());
  delay(2000);
}
 
void loop() {
  motor1.runTurns(2,100);
  delay(4000);
  Serial.println(motor1.getCurrentPosition());
  motor1.runTurns(-2,100);
  delay(4000);
  Serial.println(motor1.getCurrentPosition());
  motor1.move(180,100);
  delay(4000);
  Serial.println(motor1.getCurrentPosition());
  motor1.moveTo(0,100);
  delay(4000);
  Serial.println(motor1.getCurrentPosition());
}

Osservazioni:

• la libreria wire gestisce la comunicazione i2c (con i resistori di pull-up interni)
• la libreria SoftwareSerial permette la comunicazione seriale utilizzando due pin diversi da D0 e D1 (che sfruttano l'UART del microcontrollore)
• basta includere MeOrion per avere tutte le librerie necessarie (Orion è la scheda simile ad Arduino di Makeblock)
• l'API non è ben documentata e il sito a volte non risponde, si capisce qualcosa guardando il codice su github o usando la versione di archive.org
• gli angoli sono in gradi, la velocità in RPM
• non riesco a importare la libreria in Arduino su linux (v1.05) mentre su Windows non ho problemi¹⁾
• lo sketch sul loro sito è sbagliato e non funziona: manca l'include per MeEncoderMotor, ci sono cose in più che non servono e la funzione è scritta male (RunSpeed invece che runSpeed)

Ho preso la scheda breakout GY-521 con l'integrato MPU-6050. E' una delle più diffuse e costa 3€. A bordo c'è un regolatore LDO quindi si alimenta a 5V. Comunica con Arduino via i2c.

• pagina nella sezione playground di Arduino.cc con link e informazioni utili
• pagina sull'MPU-6050 del produttore (Invensense)
• scketch per lo scan i2c per trovare l'indirizzo del sensore

Con lo scanner i2c si trova l'indirizzo della scheda:

  I2C Scanner
  Scanning...
  I2C device found at address 0x68  !
  done
  

La scheda ha un indirizzo 0x68, probabilmente lo stesso per tutti gli integrati MPU-6050. A questo punto si può caricare lo sketch di prova e leggere i valori di accelerazione (accelerometro), temperatura (c'è un sensore integrato!) e velocità di rotazione (giroscopio) sul monitor seriale:

  AcX = -76 | AcY = 436 | AcZ = 12568 | Tmp = 23.68 | GyX = 71 | GyY = 8 | GyZ = -73
  AcX = -60 | AcY = 552 | AcZ = 12484 | Tmp = 23.68 | GyX = 38 | GyY = 25 | GyZ = -34

Sono riportate le accelerazioni secondo i tre assi x-y-z e la velocità in gradi/s.

Si possono usare algoritmi su Arduino (o altro) ma l'integrato ha una sua unità DMP a bordo che può occuparsene. Il problema è come utilizzarla perché il produttore non ha documentato questa funzionalità. Ci sono più librerie che permettono di sfruttare il DMP ma il funzionamento non è perfetto - è frutto di reverse engineering - ed è complicato sfruttarle.

Utilizzando solo i dati dell'accelerometro a tre assi - niente giroscopi e niente librerie - è possibile risalire ai due angoli di pitch e roll (beccheggio e rollio), cioè all'inclinazione della scheda con MPU6050 rispetto al piano. Se non serve il terzo angolo (yaw o imbardata, cioè la rotazione sull'asse z) il calcolo è piuttosto semplice e i dati relativamente stabili. Per testarlo ho usato il codice nel penultimo link tra le risorse indicate sotto.

• blog, IMU con MPU6050 e filtro, molto utile per capire il problema, video compreso
• application note di Analog Devices sul inclination sensing, formule per ottenere gli angoli dai soli accelerometri
• Application Note di ST su tilt sensing, idem ma di ST
• Application Note di Nexperia/Freescale su tilt sensing, idem NExperia
• librerie i2cdev per sensori
• libreria digital motion process di sparkfun su github, altro sensore però
• blog, articolo su MPU6050, usa i2cdevlib
• stack exchange su DPM nel 6050
• articolo su IMU a nove assi, usa altro codice ancora
• blog, codice per pitch e roll con MPU6050, usa solo accelerometri
• altro blog, teoria su accelerometri MPU6050