Chytre serwo

[deshipu]

Serwomechanizmy od zdalnie sterowanych zabawek (tak zwane "hobby servo") są bardzo przydatne i wygodne w użyciu przy budowie robotów. Nie musimy się martwić żadnymi kontrolerami silników, enkoderami, regulowaniem pętli sterowania, etc. -- po prostu podajemy serwomechanizmowi na jednej z nóżek naszego mikrokontrolera sygnał PWM i gotowe. W zależności od rodzaju, serwo albo ustawi się w zadanej pozycji (i będzie pilnować, żeby nie zmieniła się ona pod wpływem zewnętrznych czynników), albo będzie utrzymywać zadaną prędkość obrotową (w przypadku wersji o rotacji ciągłej). Proste.

Jednak apetyt rośnie w miarę jedzenia i czasem chciałoby się zrobić z naszymi serwomechanizmami trochę więcej. Na początek przydałoby się znać aktualną pozycję. W końcu nasze serwo ją zna, bo musi, żeby móc ją utrzymywać. Dalej, w zależności od działających sił silnik dostaje mniej lub więcej prądu -- żeby się im przeciwstawić. Zatem serwo "wie" także jaka siła na nie działa. Kolejna niedogodność to konieczność poświęcenia osobnej nóżki mikrokontrolera -- fajnie by było, gdybyśmy na jednej lub dwóch nóżkach mogli podłączyć dowolną liczbę serw. No i nasze serwo zawsze będzie próbować poruszać się z największą możliwą prędkością, aby osiągnąć i utrzymać zadaną pozycję -- ale czasem chcielibyśmy, aby poruszało się wolniej, albo nawet w specyficzny sposób -- na przykład początkowo powoli, potem szybko, a blisko celu znowu powoli.

Okazuje się, że wszystko to jak najbardziej jest możliwe, a nawet dostępne! Jedyne, co musimy zrobić, to kupić serwomechanizm "sprytny", przeznaczony do budowy robotów, taki jak na przykład Dynamixel AX-12 za jedyne $45. Uff. To może być pewien problem, kiedy potrzebujemy takich serwomechanizmów tuzin, a budżet projektu ma się zawrzeć w kwocie $30...

Ale gdyby tak podejść do tego inaczej? Można kupić tani serwomechanizm za $2 i wymienić w nim płytkę z elektroniką na naszą własną, z mikrokontrolerem za dolara. Okazuje się, że i ten pomysł nie jest nowy i jeśli dobrze poszukamy, to znajdziemy projekty takie jak OpenServo, które dokładnie to robią. Niestety, autorzy się chyba zapatrzyli w Dynamixele kiedy ustalali marżę, bo koszt takiej przeróbki to nadal okolice $30.

Postanowiłem zatem sam spróbować swoich sił i zaprojektować taką płytkę. Docelowym serwomechanizmem jest SG90, najtańsze z możliwych dziewięciogramowe serwo, które można zamówić z Chin z darmową wysyłką już od $1.50. Do tego ATTiny85 i mostek DRV8833 i gotowe. Dwie nóżki ATTiny sterują mostkiem H, jedna czyta pozycję potencjometru, zostają dwie nóżki przez które możemy się porozumiewać z serwem za pomocą protokołu I²C. Płytka dwustronna, komponenty montowane powierzchniowo, całość mieści się w serwie w miejscu oryginalnej płytki. Jedynie kabel trzeba wymienić na 4-żyłowy.

Na razie mam prototypowe płytki drukowane:

Oraz działający mostek H:

Następny krok to zaprogramowanie i wlutowanie mikrokontrolera. Prawdopodobnie będzie sporo zabawy z wyregulowaniem kontrolera PID i generalnie debugowaniem całości. Mam jednak nadzieję, że prędzej czy później się uda.

[Chumanista]

No no, ciekawy projekt.

Skąd płytki?

[deshipu]

Po kolorze można poznać, że płytki z OSHPark Zapłaciłem za 3 sztuki jakieś $0.80.

[Chumanista]

Zmieściłeś wszystko na 2 warstwach?

[deshipu]

Tak, choć na drugim zdjęciu widać, że nie obyło się bez jednego dodatkowego drucika -- ale to głównie dlatego, że zapomniałem o tym połączeniu i już nie chciało mi się przerabiać. Płytka jest mocno na kolanie robiona, bo się śpieszyłem. Jestem pewien, że dałoby się ładniej.

No i nie dałem masy pod mostkiem H na odprowadzenie ciepła -- ale tych 2A na które on jest robiony, to raczej nie zobaczy, więc mam nadzieję, że przetrwa.

[GAndaLF]

Fajny projekt. Do debugowania powinieneś zrobić logi po I2C. Z tego co pamiętam AVRów i tak się po JTAGu nie debugowało więc to najlepsze co możesz mieć.

[mosi2]

Podoba mi się projekt, aczkolwiek jak przeczytałem tytuł to spodziewałem się, że będziesz opowiadał jak jakieś serwo ukradło Ci auto

[Harnas]

Sam pomysł super. Generalnie ja zrobiłbym pierw prototyp na jakimś większym procesorze np: arduino + połączyć kabelkami z modułem mostka, tak żeby nie brakowało flasha na jakieś printfy i inne rzeczy ułatwiające debugowanie.

[deshipu]

Generalnie ja zrobiłbym pierw prototyp na jakimś większym procesorze

Pomysł dobry, ale niestety kod musiałby wyglądać zupełnie inaczej, bo "duże" AVRy mają TWI, a ATTiny85, którego używam, musi sobie radzić za pomocą USI. A komunikacja jest niestety największym problemem.

[sobal44]

1-wire ?

nie dał by rady?

[deshipu]

1-wire ma tą wadę, że jest oparty na wspólnym zegarze, a ja tam nie mam kryształu, tylko wewnętrzny oscylator, który nie jest przesadnie dokładny.

[sobal44]

bez przesady, wewnętrzny oscylator da rade z 1-wire bez problemu