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104-05.iPet
- 1. 期末報告 Ipet – 2輪自走車實現 05 詹巧同 鄧浩澧
- 2. 構想 • 動機 • 參考物件 • scamper 可行性 • Background imformation • 平台 • 時間規劃 架構 • 硬體 • Arduino • android demo • 波動圖 • 影片 問題分析 未來展望 簡介
- 3. 構想 • 動機 • 參考物件 • scamper 可行性 • Background imformation • 平台 • 時間規劃 架構 • 硬體 • Arduino • android demo • 波動圖 • 影片 問題分析 未來展望 簡介
- 4. 構想 • 動機 • 參考物件 • scamper 可行性 • Background imformation • 平台 • 時間規劃 架構 • 硬體 • Arduino • android demo • 波動圖 • 影片 問題分析 未來展望 簡介
- 5. 構想 • 動機 • 參考物件 • scamper 可行性 • Background imformation • 平台 • 時間規劃 架構 • 硬體 • Arduino • android demo • 波動圖 • 影片 問題分析 未來展望 簡介
- 6. 構想 • 動機 • 參考物件 • scamper 可行性 • Background imformation • 平台 • 時間規劃 架構 • 硬體 • Arduino • android demo • 波動圖 • 影片 問題分析 未來展望 簡介
- 11. 原設計要素 • 陪伴人，並須跨越恐怖谷理論，而且每個人的喜好並不一樣 • 如何平衡整個機身並且自由移動，或是改變行進方式 • 小遊戲以及功能達到融入生活的目的 定義問題 問題分析 SCAMPER 產生新設計要素 構想 動機 參考物件 SCAMPER
- 12. 原設計要素 •陪伴人，並須跨越恐怖 谷理論，而且每個人的 喜好並不一樣 •如何平衡整個機身並且 自由移動，或是改變行 進方式 •小遊戲以及功能達到融 入生活的目的 定義問題 • 如何將ipet內容、動作、行為滿足不同喜好？ • 平衡問題需要解決，或是尋找另外一種方案，並且把硬 體改成意於平衡的結構 • 決定如何去創造額外的功能 問題分析 SCAMPER 產生新設計要素 構想 動機 參考物件 SCAMPER
- 13. 原設計要素 •陪伴人，並須跨越恐怖 谷理論，而且每個人的 喜好並不一樣 •如何平衡整個機身並且 自由移動，或是改變行 進方式 •小遊戲以及功能達到融 入生活的目的 定義問題 •如何將ipet內容、動作、行 為滿足不同喜好？ •平衡問題需要解決，或是尋 找另外一種方案，並且把硬 體改成意於平衡的結構 •決定如何去創造額外的功能 問題分析 • 在附加的硬體和位置上進行改良 • 介面上或外型上可以有多種選擇 • 軟體改良，新增應用程式 使用SCAMPER法則與說明 產生新設計要素 構想 動機 參考物件 SCAMPER
- 14. 原設計要素 •陪伴人，並須跨越恐怖 谷理論，而且每個人的 喜好並不一樣 •如何平衡整個機身並且 自由移動，或是改變行 進方式 •小遊戲以及功能達到融 入生活的目的 定義問題 •如何將ipet內容、動作、行 為滿足不同喜好？ •平衡問題需要解決，或是尋 找另外一種方案，並且把硬 體改成意於平衡的結構 •決定如何去創造額外的功能 問題分析 •在附加的硬體和位置上進行改良 •介面上或外型上可以有多種選擇 •軟體改良，新增應用程式 SCAMPER 產生新設計要素 •改變行進方式 •新增小遊戲 •改變硬體的擺放 構想 動機 參考物件 SCAMPER 調適(A):借用paro的成功模式，外型上偏向不常見的動物 修改(m):硬體的位置改變，倒單擺的平衡不可行時 將輪子替換成球形或加上履帶 消除(E):運用手機原有的硬體把Arduino和六軸感應器移除，使外加 裝置只剩下驅動馬達及外型 其他用途（p）：設置一些互動的遊戲
- 16. 可行性 執行 技術 經濟 時程 可行性
- 17. • 軟體 :使用andriod & arduino系統 • 硬體 :使用3D印表機自行架構以及組裝 • 軟硬體連接:次要問題，但是現有資源豐富 執行 技術 經濟 時程 可行性
- 18. • 倒單擺的理論 執行 技術 經濟 時程 可行性
- 19. • 3D印表機:免費 • Android系統的手機:已經借到 • Arduino :實驗室提供 • Mpu6050 90*2(其中之一買來就壞掉了) • 輪子 254 (結果無法使用) • 電池 • 外表 50 執行 技術 經濟 時程 可行性
- 20. 達成共識的產品功能 目標 實際 硬體 平衡 1. 資料整理 倒單擺的數學推論 MPU6050的使用 雙A系統藍芽及USB 的理解 馬達測試 2. 設計硬體架構 3. 架設並平衡硬體架構 材料訂購 3D列印繪圖 組裝 組裝 4. Arduino程式撰寫 5. debug 6. 修正Arduino的數據 必須利用組裝完成的硬體測 試(PID的常數和MPU6050的校 正) 7. 去掉MPU6050得實現 X 8. 從啟動到平衡的解決方式 硬體結構改變，所以變簡單 前後 移動 1. 平衡 2. 軟體指令 3. Arduino程式撰寫 必須利用組裝完成的硬體測 試(PID的常數和MPU6050的校 正) 4. 軟硬體結合 5. debug 目標 實際 軟體 1. 學會android 2. 命令前後和平衡 3. 表情動畫 X 4. 藍芽模組的實現 5. 藍芽模組不成功時， USB模組的實現 X 6. 互動小遊戲 X 執行 技術 經濟 時程 可行性
- 23. 架構 Arduino 硬體 Andriod Arduino 環境建立
- 24. 架構 Arduino 硬體 Andriod Arduino 環境建立
- 25. 架構 Arduino 硬體 Andriod Mpu 6050的校正 一開始，我找到了一個code可以直接算出mpu6050的offset 因為他是利用既有的mpu6050.offset()來計算出一個收縮數列 不過，可能是我的mpu6050誤差和震盪都太大，而另外一顆根本一買來就沒辦法使用， 導致根本就無法得到結果 本來已為是跑的時間不夠久 經過層層的debug，我才發現我的數值根本不會收縮而是在一個很大的區間震盪 影片
- 26. 架構 Arduino 硬體 Andriod Mpu 6050的校正 再來我使用最簡單的方式 取10個值，去除max &min 取平均作為offset 雖然這個方法很簡單 但是取出來的波型還是很不穩 並沒有達到濾波的效果 只是因為反應時間變慢 感覺比較穩定而已 而且mpu6050對溫度很敏感 所以跑的時間不一樣會有不同結果
- 27. 架構 Arduino 硬體 Andriod Mpu 6050的校正 最後我使用濾波器+我自己 作的校正器，可惜還是沒有 達到理想的結果，大概還是 會偏5~10度 沒想到靈機一動，把自己寫 的校正器移掉，得到的值就 正確了，我想因為我自己的 校正器反應真的太慢，造成 時間的為分並不準確，所以 會有很大的誤差 快 穩 一階互補算法 float K; K = 0.075; // 對加速度計取值的權重 float A = K / (K + dt); Com_angle = A * (Com_angle + omega * dt) + (1-A) * angleA; 1 3 二階互補算法 K = 0.5; float x1 = (angleA - Com2_angle) * K * K; y1 = y1 + x1 * dt; float x2 = y1 + 2 * K *(angleA - Com2_angle) + omega; Com2_angle = Com2_angle + x2 * dt; 2 2 卡爾曼濾波 Klm_angle += (omega - bias) * dt; // 先驗估計 P_00 += -(P_10 + P_01) * dt + Q_angle *dt; P_01 += -P_11 * dt; P_10 += -P_11 * dt; P_11 += +Q_omega * dt; // 先驗估計誤差協方差 float K_0 = P_00 / (P_00 + R_angle); float K_1 = P_10 / (P_00 + R_angle); bias += K_1 * (angleA - Klm_angle); Klm_angle += K_0 * (angleA - Klm_angle); // 後驗估計 P_00 -= K_0 * P_00; P_01 -= K_0 * P_01; P_10 -= K_1 * P_00; P_11 -= K_1 * P_01; // 後驗估計誤差協方差 3 1
- 42. 架構 Arduino 硬體 Andriod 建構 因為之前買的現成輪子 實在太重了，所以servo馬達的卡 損並沒有辦法穩穩的固定住，最後，我只好再用 3D印表機印出來
- 45. 架構 Arduino 硬體 Andriod 修正 輪子 因為馬達的成軸強度不夠 所以必須為加轉軸讓倫自不傾斜 閉且加上胎紋，讓抓地力增加
- 46. 架構 Arduino 硬體 Andriod 修正 手機架 採用磁吸式 放至磁鐵處
- 49. 架構 Arduino 硬體 Andriod 藍芽連接—app inventor • 加入bluetooth, clock(Timer) • 建立藍芽連接表單(BTList) • Clock及按鈕設定 • 背景顯示設定
- 50. 架構 Arduino 硬體 Andriod 藍芽連接—app inventor 當此按鈕按下,斷開藍芽連 線,並恢復背景設定 隨機傳數字1~4,分別代表 不同指令,時間間隔為2mins 可由arduino序列埠觀察 ＊先前報告設定及理解錯誤,導致多加了許多不必要的部分而造成錯誤
- 51. 架構 Arduino 硬體 Andriod 藍芽連接—app inventor • 設定藍芽TX/RX連接腳位 • 設定Arduino起始 baud rate • 將藍芽模組(HC05)利用AT command 設定名稱和baud rate • AT command需多接一腳位 • 利用BTSerial.read() 讀取藍芽資料 • 利用Serial.println() 顯示讀取資料(ASCII)於序列埠
- 52. 架構 Arduino 硬體 Andriod 軟硬體連接 • 將arduino依照設定完成接線,app安裝至android手機 • 將arduino程式編譯後上傳,手機設定藍芽連線完成配對 • 開啟app連線並打開arduino序列埠,可看到1~4數字隨機出現 • 連接成功
- 53. 架構 Arduino 硬體 Andriod 注意事項 • 每個藍芽模組的baud rate不盡相同,需要查證 (此次採用HC-05,可透過AT-command進行調整) • 需要注意android手機藍芽傳輸之權限,否則無法進行傳輸 <uses-permission android:name=”android.permission.BLUETOOTH”/>
- 54. demo 波動圖 影片 demo
- 55. demo 波動圖 影片
- 56. demo 波動圖 影片
- 57. demo 波動圖 影片
- 58. demo 波動圖 影片
- 59. demo 波動圖 影片
- 60. demo 波動圖 影片
- 62. 未來展望 這次的專題，我們的目標主要放在如何利用自動控制系統以及控制實驗的課程內容應用，從紙本走到實作，首 先要面對的就是架構硬體的困難，再來就是一連串的測試以及調整，雖然˙目前的成品很粗糙，但是假如繼續 發展下去，希望可以達到以下要求: 1. 找到更穩定的電源 2. 希望到最後附加的硬體可以去掉MPU6050晶片，改用成手機內部的陀螺儀 3. 建立可以自平衡的系統，因為畢竟每個人的行動裝置的重量都不太相同，所以希望這台小車可以進行自我 微調PID參數的可能，以及可以前後微調車上的硬體設備，使重心可以維持在中間。 4. 閃避障礙物的功能的已實現 5. 人機互動的功能可以加強 總結是，當初堅持要把手機放上這台自平衡車，雖然造成很多平衡的問題，但是另一方面也給我們更多的想像 空間，因為手機真的是目前我們最容易取得，而硬體和軟體架構也相當完整的電子產品，利用手機的運算能力 以及上面現成的各種sensor，再加上我們外接給手機的移動裝置，我相信，不只是我們現在提出電子小寵物， 甚至可以成為在碰到像是地震等等的天災，也可以成為簡易的個人營救的機器人。