Line follower Salamandra 2.0 LF oparty na ESP32

[morteusz]

◼ Wstęp 

Razem z @PiCh przedstawiamy zapowiedź naszego nowego zawodnika w konkurencji Linefollower Standard którego debiut planujemy na zbliżającej się edycji XChallenge 😎

🦎Salamandra 2.0 to następca poprzedniej konstrukcji która startowała bez powodzenia w zeszłorocznej edycji XChallenge. Pierwsza wersja niestety puściła dym po tym jak przypadkowo podczas zawodów włożyliśmy mikrokontroler na odwrót (Arduino Nano). Lekko nas podłamało w tamtym czasie bo nie takiej nagrody za naszą pracę oczekiwaliśmy. Dzięki temu zyskaliśmy jednak sporo doświadczenia i wiedzy którą w nowszej konstrukcji zamierzamy wykorzystać.

 

• Salamandra 1.0
  
   
• Salamandra 2.0
  
  
   

◼ Koncepcja i Założenia 📋

Podczas gdy całokształt pracy nad pierwszą wersją miał charakter badawczy i większość decyzji była "na czuja" teraz mamy już pojęcie jak powinny wyglądać roboty które wygrywają, inspiracją dla nas podobnie jak dla wielu innych konstruktorów były roboty takie jak Cukiereczek, Fuzzy oraz RoChN'y.

🔽 Założenia wyglądają następująco:

1.  Konstrukcja zgrabna i przemyślana 🛠️
   • Ostatnio zlekceważyliśmy zupełnie temat wagi i kompaktowości. Nowszy model zaprojektowany jest tak aby w jak największym stopniu wyzbyć się zbędnych przestrzeni na płytce. Również zdecydowaliśmy się na cieńszy laminat- 0.8 mm. Stosujemy również mniejszy akumulator lipo 150 mah oraz oponki wide high grip od Kyosho z serii mini-z. Salamandra 1.0 wyposażona była w łącznik wzięty z lego i przytwierdzony de facto na stałe, następnik będzie posiadał lżejsze i trwalsze płaskowniki węglowe. Ostatnio na zawodach zepsuła nam się jedyna bateria dlatego teraz wyposażamy się w kilka akumulatorków i lipo guarda który zasygnalizuje gdy się rozładują.
     
2. Wymienne platformy przednie ⚙️
   • Na to wpadliśmy akurat podczas tworzenia obrysu płytki i wychodząc z założenia że skoro nie będzie nas to nic kosztowało bo połączymy to i zamówimy jako jedną płytkę to czemu nie. Odkryliśmy że tak to nie działa podczas zamawiania gdy kazali za każdą osobną platformę dopłacać. Platformy między sobą nie różnią się znacznie bo wszystkie są bardzo małe i tak cienkie jak się tylko da ale planujemy skrupulatnie poddać je testom i wybrać tą najlepszą (dla zadanych warunków toru). Platformy mają po 10 transoptorów. Nie starczyłoby nam wyjść analogowych więc zmuszeni byliśmy zastosować komparatory które regulować można za pomocą potencjometrów. Kalibrację ułatwiają diody które sygnalizują kiedy czujnik wykrywa linię.
     
3.  Koniec z Arduino ❌
   • Nie tylko dlatego że ostatnio nam puściło dym na torze ale też dlatego że ta platforma nam się już zwyczajnie przejadła. Drogie, zawodne i mało wydajne to podsumowanie naszych dotychczasowych doświadczeń (trzymam w szufladzie 4 ardu które przestały działać od czapy). W tej konstrukcji nie zdecydowaliśmy się jeszcze na klasycznego tutaj STMa za to spodobał nam się podsunięty przez @ethanak pomysł na oparcie konstrukcji w całości na nietypowym tutaj ESP32 którym moja fascynacja trwała już od pewnego czasu. Konkretny model jednostki to największy i najnowszy jak na razie ESP32-WROOVER_E ze względu na dużą ilość wyjść IO jak na ESP (dalej za mało jak na standardy bardziej zaawansowanego LFa).
     
4.  Aplikacja mobilna i OTA 📱
   • Salamandry 1.0 nie testowaliśmy długo bo wszystko robiliśmy na chwilę przed zawodami ale momentalnie odczuliśmy trudności związane z ciągłym łapaniem robota, podpinaniem i zmienianiem programu. Po całym dniu takich testów odkryłem że od takiego czegoś nabawiłem się siniaków na kolanach. Teraz zamierzamy w całości wykorzystać dobrodziejstwa zastosowania ESP, do typowych testów i zmian będzie aplikacja a do zmiany samego kodu będzie OTA. Zero klękania i podpinania. 
5.  Enkodery 🏎️ 
   • Początkowo marzyło nam się też imu do mapowania trasy ale to jeszcze nie teraz. Enkodery są jednak sprawdzonym sposobem na przyspieszenie robota więc będą one obecne na pokładzie Salamandry 2.0.
     
6.  Bramka pomiarowa i zautomatyzowane testy? ✨
   • Ostatni punkt to bardziej moja fantazja którą bardzo chciałbym zrealizować mimo że możliwe że nie przyniesie to faktycznych rezultatów na torze. Jestem w trakcie tworzenia laserowej bramki opartej na ESP która ma wysyłać wynik pomiaru razem z parametrami przejazdu z aplikacji(pid, prędkość i wszystko co będzie modyfikowalne) do bazy danych. W zamyśle do zrealizowania jest to żeby móc te wyniki podejrzeć, jak starczy czasu chęci i umiejętności to podejrzeć w aplikacji a jak czasu chęci i umiejętności znajdę jeszcze więcej to aplikacja będzie czytała wyniki z bazy danych po czym w trybie machine learningu będzie ładowała nowe ustawienia przejazdów aby uzupełniać bazę danych o nowe testy i ostatecznie dobrać ustawienia optymalne. Plan ambitny dlatego myślę że mimo iż robota przygotowujemy pod zbliżającą się edycję XChallenge to pracować będziemy mogli nad rozwijaniem tej konstrukcji na długo po zakończeniu tych zawodów.
     

◼ Aktualne postępy

Obecnie czekamy na dostawę PCB które będziemy mogli zalutować. Bramka pomiarowa jest na razie w częściach i nie zaprogramowana. Pracę nad aplikacją opierają się na razie na robieniu przeze mnie kursu na Udemy z Fluttera. Większość części mamy oprócz silników i magnesów do enkoderów a całokształt ostatecznego wyglądu robota raczej mamy dopracowany. Jako że udało się już zamówić płytkę stwierdziliśmy że jest to odpowiedni moment aby upublicznić nasz projekt.

📣 Gdy uda nam się coś więcej osiągnąć wrzucimy update. Liczymy że ten worklog dodatkowo zmotywuje nas do regularnej pracy 🤠. 

 

[Treker (Damian Szymański)]

@morteusz zapowiada się ciekawie, dzięki za założenie workloga - przyda się jakiś nowy robot, bo dawno nikt nie opisywał takich konstrukcjach 😉

[morteusz]

⏳ Minęły już 3 tygodnie i czas aby pochwalić się postępami.

• Przez większość czasu czekaliśmy aż płytka dojdzie z Chin a w między czasie zakupiliśmy ostatnie brakujące komponenty. Jako ostatnie do zamówienia zostały jeszcze magnesy do enkoderów. Obecnie posiadamy już pcb u siebie, @PiCh jest właśnie w trakcie lutowania elementów co nie jest łatwe przy tak małych elementach. Ja w tym czasie próbowałem dokończyć bramkę do której zamówiłem znowu stabilizator do akumulatora którym miał być zasilany układ. Na wysyłkę czekałem tydzień żeby zorientować się że zamówiłem nie to co chciałem. Tak więc jednak zdecydowałem się na wariant po kablu. Bramka dalej w trakcie prac ale w najbliższych dniach zostaną one sfinalizowane.

  

 

⚫ Czas goni bo do XChallenge został ledwie miesiąc jednak wierzymy że do tego czasu uda nam się osiągnąć satysfakcjonujący efekt 🤠.

 

[matsobdev]

I ostatecznie jak rozwiązała się kwestia ceny płytki?

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[morteusz]

Ostatecznie po dopłacie wyszło drożej niż się spodziewaliśmy jednak po sprawdzeniu alternatyw od chińczyka ciągle najlepiej i najtaniej (zapłaciliśmy coś ponad 100 zł). W pewnym momencie zorientowaliśmy się że zaznaczyliśmy wysyłkę która miała trwać nawet do 20 dni roboczych, czyli przyszłaby na 2 tygodnie przed zawodami 😬. Jednak całe szczęście przesyłka przyszła znacznie szybciej.

 

[matsobdev]

Było taniej, jak wszystkie płytki oddzielnie? Mam nadzieję, że nie przyczepili się do wielu wąsów, tylko do doczepów innych płytek.

[morteusz]

Zasadniczo nie jestem pewien czy oddzielnie wyszłoby taniej. Zamówienia na tamtym etapie już nie można było anulować więc nawet nie liczyłem tego ale szacunkowo chyba podobnie o ile nie identycznie. Gdybyśmy wiedzieli wcześniej z pewnością nie dawalibyśmy na przykład dwóch płytek na enkodery bo są identyczne a i tak robią po 5 odbitek.

Do wąsów się nie czepiali, policzyli nam za 8 płytek. Znalazłem później że w regulaminie mają że płytka jest oddzielna jak da się łatwo odciąć i nie jest połączona żadną ścieżką. Pewnie dałoby się zakombinować i obejść ale nawet nie próbowaliśmy szczególnie że zależy nam na czasie 😉.

[morteusz]

💢 Mini aktualizacja żeby kto nie pomyślał że nic nie wrzucamy bo nic się nie dzieje. Jest dokładnie na odwrót, taki zapiernicz że nie ma kiedy załadować 😉.

• A tak serio to niedługo zapodamy efekty prac jednak ciągle zostało nam parę problematycznych elementów do zalutowania mimo że próbując godzić naukę szkolną z pracami nad projektem robimy co możemy i nawet trochę więcej. Do Bramki pomiarowej ciągle brakuje softłeru ale pracuję nad nim. Słyszymy się niedługo!

[mojStary]

Cześć,
fajny robot! W jakim programie zaprojektowałeś płytkę?
Pytanie do płytki:
- do czego są te 2 układy na lewo od mikrokontrolera: U2 i U15?
- H1 jest do zasilanie silnika? Czemu nie ścieżką tylko poprzez kabel?
- po co złote pola koło H1? do pomiarów?
- co zawiera QR code?

Edytowano Październik 16, 2023 przez mojStary

[morteusz]

⚡ Większa aktualizacja ⚡

Jak część się z pewnością zorientowała to z pracami nad robotem celowaliśmy w XChallenge który się zakończył tydzień temu. Nie, nie udało się nam ukończyć konstrukcji i tym samym wystartować w konkurencji. Zdecydowanie dłużej zajęło nam lutowanie elementów niż planowaliśmy a po zalutowaniu wszystkiego zgodnie z przewidywaniami jako że jest to pierwsza wersja płytki problemy powyskakiwały jak grzyby po deszczu 🍄.

Zdjęcia powyżej zostały wykonane zaraz po zakończeniu lutowania i na moment przed pierwszymi testami. Oznacza to że obecnie robot jest brzydszy z widocznymi śladami druciarstwa i prowizorki z pięknym akcentem w postaci wielkiego bloba z kleju na gorąco ale o tym później 😉.

Przy pierwszym podłączeniu z dwóch diod dla zasilania świeciła się jedna, z dwóch stabilizatorów jeden był zimny a drugi się grzał i po czasie spalił. Po paru dłuższych chwilach diagnozowania i testowania przy użyciu zasilacza laboratoryjnego i termowizji udało się ustalić że coś zwiera i po poprawieniu lutów i wymianie stabilizatorów jeden stabilizator był git. Został drugi z którym pomęczyliśmy się znacznie dłużej. Na papierze wszystko zdawało się działać ale w praktyce coś nie grało. Okazało się że chińczyk w zamówieniu prawdopodobnie pomylił modele stabilizatorów i dostaliśmy stabilizator z innym układem wyprowadzeń. Trochę przekminiliśmy co zrobić w takiej sytuacji i poradziliśmy sobie w taki sposób 🙃.

(mam nadzieję że coś widać)

Sukces, obie diody zasilania świecą a pod podłączeniu esp nawet coś gada chociaż z jakiegoś powodu nic nie da się wgrać... ale to nie ważne. Późno było to stwierdziłem że to zostawię sobie na później.

To na co zwróciłem uwagę to to że układ czujników nie działa. Pod czujnik podłączone są komparatory z diodami regulowane przez potencjometry więc coś powinno się świecić ale w żadnym z ustawień potencjometrów diody nie reagowały. Dosyć szybko udało się zdiagnozować oczywisty problem- diody ir w czujnikach nie świecą. Po zaglądnięciu do schematu odkryliśmy nieprawidłowość. Z racji że złącza są na przeciwko siebie to ich wyprowadzenia powinny być lustrzane ale niestety nie były. Normalnie obrócilibyśmy tasiemkę ale niestety ta była jednostronna. Trochę pokombinowaliśmy i zalutowaliśmy ją na stałe na płytkę zalewając klejowym blobem żeby się nie urwała. Po tej naprawie diody dalej nie świeciły mimo że czujniki i komparatory pod oscyloskopem pokazały oczekiwane sygnały. Po odwróceniu diod działa 🙃🙂🙃.

Na nieszczęście podczas testowania multimetrem dotknąłem diodą jednego z kondensatorów co doprowadziło kolejno do przepalenia stabilizatora i mikrokontrolera. Miało to miejsce dwa dni przed zawodami. Prawdopodobnie nie udałoby się doprowadzić robota do stanu użytkowego przed zawodami ale jak się przepalił mikrokontroler nie mieliśmy już wątpliwości 😕. Wylutowaliśmy mikrokontroler i po raz kolejny wymieniliśmy stabilizator. Potem dalej testowaliśmy czujniki.

Obecnie mamy już zalutowany mikrokontroler i nawet doszliśmy do tego dlaczego nie mogliśmy wgrać żadnego programu. Na pinach odpowiadających za czujniki mamy domyślny pull-up co sprawia że gdy pod receptorem nie ma linii dioda się świeci. Okazało się że w ten sposób potraktowaliśmy jeden ze strapping pins co uniemożliwiało wgranie programu. Zatem żeby coś wgrać będziemy musieli zwyczajnie zakryć palcem jeden z czujników 😁. Potraktujmy to jako celowe zabezpieczenie przeciw nieautoryzowanymi wgraniami programu przez osoby trzecie 😉.

Jeszcze nie udało się wgrać żadnego sensownego programu ani też uruchomić silników. Ustaliliśmy że komparatorami zajmiemy się dopiero na końcu. Celujemy teraz na zbliżający się Sumo Challenge i jeżeli nie zdarzy się coś złego to zdaje się nawet że się wyrobimy. Jednak w każdym wypadku planujemy nie zaprzestawać w pracach i pokazać efekty naszej pracy gdy tylko będzie to możliwe.

🦎🦎🦎

 

 

[morteusz]

Dnia 16.10.2023 o 10:18, mojStary napisał:

Cześć,
fajny robot! W jakim programie zaprojektowałeś płytkę?
Pytanie do płytki:
- do czego są te 2 układy na lewo od mikrokontrolera: U2 i U15?
- H1 jest do zasilanie silnika? Czemu nie ścieżką tylko poprzez kabel?
- po co złote pola koło H1? do pomiarów?
- co zawiera QR code?

Dzięki za pytanie 😀. Już odpowiadam:

Obrys narysowałem w Inkscape a Piotrek w EasyEda naniósł elementy. 

U2 oraz U15 to stabilizatory linowe na kolejno od lewej 3.3V i 5V.

Tak H1 to zasilanie do silnika. Podprowadziliśmy je tak blisko jak się dało ale zupełnie ścieżką do silnika nie popprowadzisz co pewnie lepiej widać na nowo przesłanym zdjęciu zalutowanej płytki. Złącza goldpin na wizualizacji mogą być mylące ale w zamyśle nigdy ich tam nie było. Połączyliśmy zwyczajnie drucikiem.

Te trzy pola przy silniku to miejsce na pionowe zalutowanie mini płytek z enkoderami. Obecnie Odpuściliśmy sobie tą opcję ale planowo enkodery pomogą nam określić prędkość obrotową kół przez magnes który zamontujemy na tylnym wale silnika.

Można śmiało sprawdzić samemu. Ten QR code oczywiście nie pełni żadnego funkcjonalnego zadania ale za nadruk na płytce nie płaci się nic dodatkowo więc daliśmy jako bajer. Jest tam parę informacji na temat robota ale nic specjalnego.

 

[H1M4W4R1]

18 minut temu, morteusz napisał:

Piotrek w EasyEda naniósł elementy

To teraz Patryk ponarzeka...

• Zdaje mi się, że położenie niektórych komponentów nie spełnia normy IPC (minimum 100 mil odległości od brzegu płytki, ale to oceniam na oko i mogę się mylić)
• Wokół płytki nie ma pierścienia ochronnego (Guard Ring'a) na każdej warstwie z gęsto umieszczonymi przelotkami, więc będzie siało zakłóceniami na lewo i prawo...
• Nadruki skierowane w różne strony (maksymalnie powinny być w dwie)
• (Tutaj pytanie pomocnicze): czy kondensatory mają min. 3x większe napięcie nominalne niż maksymalne napięcie stałe występujące w układzie? Jeżeli nie, to ich pojemność będzie mniejsza (i to może być nawet sporo mniejsza).
• Mieliście tyle miejsca na PCB, a nadal upchaliście ścieżki centralnie przy sobie, by ładnie się zakłócały? 😄
• Przelotki chodzą parami - każda przelotka sygnałowa / zasilania powinna mieć tak blisko jak tylko DRC pozwala przelotkę masową. Inaczej integralność sygnałów mocno obrywa (prawie tak bardzo jak przy niedopasowanej impedancji).

Na szczęście to nie audio i nie ma tu cewek, wtedy bym jeszcze bardziej ponarzekał 😄

Fakt sam często ignoruję te normy, ale jednak w poważnych projektach staram się do nich stosować.

[PiCh]

21 godzin temu, H1M4W4R1 napisał:

• Zdaje mi się, że położenie niektórych komponentów nie spełnia normy IPC (minimum 100 mil odległości od brzegu płytki, ale to oceniam na oko i mogę się mylić)
• Wokół płytki nie ma pierścienia ochronnego (Guard Ring'a) na każdej warstwie z gęsto umieszczonymi przelotkami, więc będzie siało zakłóceniami na lewo i prawo...
• Nadruki skierowane w różne strony (maksymalnie powinny być w dwie)
• (Tutaj pytanie pomocnicze): czy kondensatory mają min. 3x większe napięcie nominalne niż maksymalne napięcie stałe występujące w układzie? Jeżeli nie, to ich pojemność będzie mniejsza (i to może być nawet sporo mniejsza).
• Mieliście tyle miejsca na PCB, a nadal upchaliście ścieżki centralnie przy sobie, by ładnie się zakłócały? 😄
• Przelotki chodzą parami - każda przelotka sygnałowa / zasilania powinna mieć tak blisko jak tylko DRC pozwala przelotkę masową. Inaczej integralność sygnałów mocno obrywa (prawie tak bardzo jak przy niedopasowanej impedancji).

Dzięki za wykazanie błędów (zawsze dobrze nauczyć się czegoś nowego). 
Jestem samoukiem, więc nie umiem wszystkiego co uczą w szkołach - za rok technikum więc zacznę bardziej regularnie zdobywać wiedzę. 
Ale jak to mówią: najlepiej się uczy na własnych błędach.  😄

    1. Zgadza się, czujniki na ostatniej platformie są zdecydowanie za blisko siebie i krawędzi płytki
    2. Gdy projektowałem płytkę nie wiedziałem, że coś takiego jak "guard ring" istnieje (teraz widzę, że by się bardzo taki pierścień przydał)
    3. Zdaje sobie z tego sprawę - nie miałem czasu na przeniesienie podpisów (trzeba było już zamawiać płytkę, a i przy tym pojawiły się komplikacje...)
    4. Szczerze nie pamiętam, ale dobra uwaga (dzięki!) - sprawdzę to jeszcze
    5. Przy zwężeniu płytki jest bardzo dużo połączeń i mało miejsca, więc trzeba było upchać ścieżki jak najbliżej siebie
    6. O tym nie wiedziałem. Ale przy następnym projekcie na pewno to uwzględnię

Edytowano Październik 21, 2023 przez PiCh

[mojStary]

21 godzin temu, H1M4W4R1 napisał:

• (Tutaj pytanie pomocnicze): czy kondensatory mają min. 3x większe napięcie nominalne niż maksymalne napięcie stałe występujące w układzie? Jeżeli nie, to ich pojemność będzie mniejsza (i to może być nawet sporo mniejsza).

Z kursu forbota: 
 

Cytat

 

Nie ma jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, o ile większe od przewidywanego ma być napięcie pracy kondensatora, jakie na nim wystąpi w czasie działania. Często przyjmuje się, co najmniej, 20% zapasu powyżej maksymalnego spodziewanego napięcia.

https://forbot.pl/blog/kurs-elektroniki-kondensatory-elektrolityczne-ceramiczne-id4236

Próbowałem doczytać w internecie czemu pisałeś o 3x.

Czy chodzi o wykresu obrazującego zależność pojemności od napięcia? 

Co jeżeli producent jakiegoś elementu podał napięcie jednego kondensatora, a drugiego już nie? Domyślnie taka sama? 

[H1M4W4R1]

52 minuty temu, mojStary napisał:

Czy chodzi o wykresu obrazującego zależność pojemności od napięcia? 

Tak. Pojemność kondensatora maleje wraz ze wzrostem napięcia (stałego) oraz temperatury. Przy wysokich częstotliwościach może to powodować zwiększenie zakłóceń na liniach zasilania i pogorszenie parametrów pracy - zmniejszenie dokładności lub nawet samoczynne resety.

52 minuty temu, mojStary napisał:

Co jeżeli producent jakiegoś elementu podał napięcie jednego kondensatora, a drugiego już nie? Domyślnie taka sama? 

Teoretycznie zasada to min. 2x, 3x jest bezpieczniejsze. Jeżeli napięcie jest podane to jest ono sugerowane (i zazwyczaj spełnia zasadę 2x). Większe nigdy nie zaszkodzi z wyjątkiem kondensatorów elektrolitycznych, które wraz z rozmiarem mają coraz większy ESR, a wtedy trzeba balansować między ESR oraz pojemnością. Nie wspominając już o kwestiach częstotliwości pracy i ESL, gdzie w pewnym momencie kondensator przestaje spełniać swoje zadanie i zamienia się w cewkę.

Zazwyczaj 2x większe napięcie powoduje, że kondensator traci ok. 20-30% pojemności, a nie 50-80% w przypadku "lekko powyżej" np. 6.3V przy napięciu 5V. 3x większe to jest już ok. 10-15% strat, co jest do zaakceptowania. Można też kompensować te straty wybierając większą pojemność, ale zwykle jest to bardziej problematyczne niż większe napięcie pracy 😉

@Treker może warto dodać wzmiankę o DC Bias do kursu?

Edytowano Październik 21, 2023 przez H1M4W4R1