Freescale Tower System (SENZORI ŞI INSTRUMENTE DE DEZVOLTARE)

4 NOIEMBRIE 2011

Freescale oferă soluţii tehnice şi componente pentru roboţi cu aplicaţii personale, servicii şi industrie. Gama de produse cuprinde de la senzori şi procesoare low-power pentru roboţi energizaţi cu baterie, până la procesoare cu perfomanţe înalte care controlează roboţi în procese industriale şi sisteme de viziune.

Senzorii Freescale sunt componente esenţiale în roboţii mobili sau staţionari, deoarece asigură orientarea, stabilitatea şi precizia poziţiei şi a mişcărilor.
Sunt disponibile soluţii şi componente pentru:

► controlul low-cost şi low-power al roboţilor cu aplicaţii personale: aspiratoare, aparate de spălat podele, cositoare de iarbă, curăţitoare de piscine.
► controlul şi mişcarea roboţilor care execută sarcini periculoase, obositoare sau repetitive: manipulare în depozite, ajutor pentru asistente medicale, sisteme de securitate, construcţii, minerit, curăţenie industrială, manipularea deşeurilor, stingerea incendiilor, operaţiuni de salvare.
► controlul, viziunea şi mişcarea roboţilor în procese de fabricaţie.
► navigaţia şi comunicaţia în vehicule folosite în domeniul apărării (în aer, terestru şi sub apă), de căutare şi salvare.
► evitarea coliziunilor şi siguranţa în vehicule cu echipaj.

În Figura 1 se arată ponderea componentelor Freescale într-un robot mobil.
S-au prezentat în numerele anterioare posibilităţile de dezvoltare a aplicaţiilor hardware şi software din colecţia (în continuă expansiune) de module Tower System.
Portofoliul de module controler ce pot fi utilizate în Tower System conţine acum şi Modulul Freescale Tower Mechatronic care oferă posibilitatea de a învăţa uşor şi a experimenta cu diverşi senzori inteligenţi (acceleraţie, câmp magnetic, presiune, atingere) şi componente electromecanice.

Figura 1: Schema bloc a unui Robot Mobil bazat pe componente Freescale

Modulul mecatronic are un microcontroler Coldfire de 32 biţi cu memorie RAM 64K şi memorie FLASH 512K. Se pot folosi toţi senzorii de la Freescale conectaţi prin module fiică (daughter boards). Modulul Tower Mechatronic este o parte din FSLBOT – Kit de dezvoltare a aplicaţiilor cu senzori, sub forma unui robot biped cu patru grade de libertate – 4DOF (Degree Of Freedom).
Se pot elabora programe pentru senzori care să facă robotul să meargă şi să răs­pundă la atingeri. Folosind un debugger on-board OSBDM şi programul gratuit CodeWarrior Special Suite development studio (IDE), modulul se poate programa uşor în limbajul C sau de asamblare (C++ este disponibil cu CodeWarrior Professional Suite). CodeWarrior Special Suite plus OSDDM este o soluţie completă, incluzând: înscrierea programului în memoria FLASH, controlul rulării programului pas cu pas şi reproducerea programului.

Figura 2: Modulul Freescale Tower Mechatronic ( schema bloc)

Modulul Freescale Tower Mechatronic este un modul controler care utilizează semnale de la senzori pentru a controla prin elemente de execuţie (actuatoare de tipul RC servo) mişcarea unui robot biped. Tot ansamblul se mişcă autonom fiind alimentat de la baterie. Pe modulul mecatronic se află un microcontroler ColdFire pe 32 biţi, care reprezintă în acelaşi timp o placă de bază pentru o gamă completă de senzori Freescale Xtrinsic.
Modulul mecatronic poate controla direct până la 8 elemente de execuţie (control PWM al servomotoarelor), având 8 conectoare standard cu câte 3 pini. Modulul poate opera atât singur, cât şi ca parte din Tower System, fiind capabil să se cupleze cu toate modulele periferice disponibile în familia Tower System pentru a extinde aria aplicaţiilor.

Modulul controler TWR-MECH este o parte din Freescale Tower System

Freescale Robot (FLSBOT) este un kit de dezvoltare a aplicaţiilor bazate pe senzori în forma unui robot biped cu 4 grade de libertate, controlat de Modulul Freescale Tower Mechatronic.
Acest kit include instrumente de dezvoltare simple care ajută la învăţarea de a scrie şi a experimenta software pentru senzori, de a face un robot să meargă, de a răspunde la atingere, mişcare, vibraţie, zdruncinare şi alţi stimuli externi. Kit-ul cuprinde 4 actuatoare controlabile PWM, picioare metalice, elemente de asamblare şi un modul controler Tower System Mechatronics echipat cu un accelerometru pe 3 axe şi un senzor sensibil la atingere cu 12 canale. După asamblare se obţine un robot cu o faţă expresivă având 12 paduri sensibile la atingere şi 7 LED-uri pentru interacţiunea cu utilizatorul. Se pot experimenta programe şi alţi senzori (presiune, magnetometru, atingere) pentru a înţelege ce poate face un robot cu 4 grade de libertate şi pentru a dezvolta aplicaţiile dorite.
Software-ul pentru activare (Robot Vision Toolkit, RobotSee), care însoţeşte Modulul Tower Mechatronic, permite o gamă largă de opţiuni de programare. RobotSee este un limbaj la fel de simplu ca şi limbajul BASIC, dar având puterea limbajului C. Oricine, fără a avea o bază de pregătire în programare, poate folosi RobotSee pentru a crea proiecte inovatoare.
Programarea cu RobotSee face uşoară înţelegerea proiectării cu elemente electromecanice comandate folosind senzori. Programatorii avansaţi pot folosi limbajul C. Folosind depanatorul on-board OSBDM şi CodeWarrior Special Suite integrat în Development Studio (IDE), modulul poate fi programat în C sau într-un limbaj de asamblare.
Exemple de programe scrise în cod maşină, în C şi în limbajul RobotSee, livrate cu Modulul mecatronic şi Robotul Freescale sunt gata de rulat.
Exemplele de program RobotSee sunt disponibile pentru a face robotul să meargă, să vorbească, să interpreteze semnale de la senzori şi să anticipeze poziţii şi intenţii. Un proiect complet C -CodeWarrior este de asemenea disponibil, cu exemple despre cum se face un robot să meargă şi cum utilizează senzorii de care dispune.

Figura 3: Modulul controler Freescale Tower Mechatronic (TWR-MECH)

Scopul lansării de către Freescale a produselor Modul controler Freescale Tower Mechatronic şi Freescale Robot este de a ajuta să apară proiecte inovatoare cât mai repede şi cât mai uşor posibil.
Driverele sunt livrate în Toolkit-ul Freescale Robot pentru:
► timere cu 16 biţi având utilizare generală (GPT) – capturarea semnalelor pe intrare, compararea cu ieşirea şi generarea semnalelor de control PWM. Controlul pentru RC servo este configurat pentru o rezoluţie de 0.25 microsecunde.

Notă: RC servo sunt dispozitive versatile şi ieftine pentru animaţie de precizie, controlate de serii de pulsuri prin a căror durată se comandă ce poziţie se va ocupa (unghiul de rotire). Se alimentează uzual între 4.8 şi 6V. Se conectează la un controler doar prin 3 fire: 2 fire de alimentare + 1 fir de comandă PWM. RC servo diferă prin precizie, viteză şi putere.

► controler PWM cu 8 biţi, configurabil pentru o rezoluţie de 7 microsecunde a RC servo.
► I2C Master Mode pentru a comunica cu accelerometrul pe 3 axe (senzorul MMA7455L) şi senzorul la atingere, pe 12 canale (senzorul MPR121)
► Interfaţă QSPI Master Mode
► UART cu registre (buffered) sau fără registre tampon (un-buffered)
► Convertor Analog/Digital
► Controler de întreruperi
► Controler DMA
► Controler FlexCan
► Timere pentru întreruperi periodice
► Timere DMA

Figura 4: Mechatronics Robot – părţi componente

Instrumentele de dezvoltare şi documentaţiile care însoţesc Modulul mecatronic şi Robotul biped cu 4 grade de libertate sunt:
FSLBOT: Modulul Tower Mechatronics şi ghidul de utilizare, 4 servomotoare controlate PWM, picioarele şi componentele mecanice asociate, instrucţiuni de asamblare a robotului, ghidul de pornire.
TWR-MECH: Accelerometrul pe 3 axe, Xtrinsic MMA8451Q, Procesorul MCF52259 ColdFire, Senzorul la atingere MPR121.
LFDA8451: dispozitiv adaptor pentru accelerometrul pe 3 axe, 14 biţi, MMA8451Q.
TWR_MECH_FSLBOT_Codewarrior_Sample_Code: Ghidul explicativ pentru scriere de programe pentru senzori şi controlul robotului.
FSLBOTASSYGUIDE: Instrucţiuni de asamblare a pieselor ce compun robotul biped.

Freescale sponsorizează Programe Universitare pentru dezvoltarea de proiecte inovatoare și dezvoltarea creativităţii în robotică și alte aplicaţii, folosind portofoliul de module controler și module periferice Tower System. www.freescale.com/universityprograms

RobotSee este un limbaj simplu ca şi limbajul Basic

Experimentul de Laborator cu Freescale Robot
Etapa 1. Asamblarea. Se verifică conţinutul Kit-ului pentru a ne asigura că are toate părţile componente conform listei. Se asamblează Robotul: partea mecanică, apoi cea electrică. Se configurează funcţiile pe modulul TWR-MECH, conform jumpers list din Quick Start Guide.
www.freescale.com/mechbot
Etapa 2. Se instalează programul RobotSee. Se descarcă şi se instalează ultima variantă Robot Vision Toolkit din www.robotsee.com
Etapa 3. Se conectează PC-ul prin cablul USB la Modulul controler Tower Mechatronic la conectorul USB OTG. Un LED va indica stabilirea conexiunii.
Etapa 4. Configurarea driverelor cu Windows XP sau Windows 7. Se urmăresc indicaţiile din ferestele ce apar succesiv, pentru instalarea cu succes.
Etapa 5. Se lansează programul RobotSEee IDE (butonul ON/OFF pe modulul TWR-MECH să fie ON).
Etapa 6. Experimentarea. Programul Demo din Toolkit (scris în C) exemplifică cum se utilizează programele driver pentru a balansa un picior al robotului şi a-l face să meargă utilizând accelerometrul.

Modulele electronice se conectează la corpul robotului FSLBOT

Paşii programului sunt:
(pasul 1) se iniţializează controlerul PWM şi controlerul GPT (perioada de 20ms, cu ciclu de 500µs şi 2500µs);
(pasul 2) se iniţializează: comu­nicaţia pe liniile I2C şi acce­le­ro­metrul pe 3 axe, MMA7455 şi auto-scanarea celor 12 canale ale senzorului la atingere MPR121;
(pasul 3) se citesc cele 3 canale ale accelerometrului pe 3 axe şi se memorează starea;
(pasul 4) se citesc stările pe cele 12 canale ale MPR121;
(pasul 5) se comandă pe rând câte un actuator RC servo şi se blo­chează după ce toate actuatoarele au atins poziţia dorită; se poate selecta viteza fixând rata paşilor
(rate of motion) pe secundă.

– continuare în numărul viitor –

Bibliografie
Documentaţii Freescale:
FSLBOTASSYGUIDE, FSLBOTQSG, TWR-MECHDRW, TWRMECHFS, TWR_MECH_FSLBOT_Codewarrior_Sample_Code, TWRPAKAUTOFS, TWR-SENSOR-PAK, TWRPI6900QSG, SCH-26439_C.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre