XOD和PID驅動的自平衡mBot

2018年7月17日 ·

大家好！這是有關在XOD可視化編程環境中使用PID控制器的第三篇文章。我們已經學習瞭如何通過Makeblock將mBot平台編程為手動跟隨器機器人和直線跟隨器機器人。如果您錯過了以前的文章，請返回並從第一篇開始。我們不想停下來，但要充分利用PID控制器和mBot平台。

在最後的示例中，我們沒有過多地關注KiPID控制器的因素。因此，對於一個新實驗，我們將告訴您如何製作一個行為直接取決於Ki參數的自平衡機器人。

和以前一樣，我們gabbapeople/mbot-lib用新的節點和補丁更新了。您可以在XOD網站上檢查更新並將其添加到XOD工作區。

將mBot變成滾筒機器人

首先，我們的機器人必須進行一些更改。為了使mBot感覺到平衡，我們需要一個IMU傳感器。在使用Makeblock的平台時，我們添加了“ Me 3軸加速度計和陀螺儀傳感器”。它基於流行的MPU6050芯片，並具有一組全面的功能。而且，它適合mBot，因此我們無需考慮將其連接到機箱。

第二件事是，我們拆解mBot並交換其組件，使其看起來像玻璃杯。IMU傳感器位於機器人頂部。電機設計為僅在一個位置安裝到機架，但是我們可以將它們移動到非標準位置。我們使用固定在機箱內部的3.7V Lipo電池為機器人供電。

看一下草圖，看看機器人設計的變化。

從IMU傳感器讀取數據

再次，我們從傳感器讀取數據來啟動XOD補丁。對於不倒翁機器人，補丁比以前的實驗要復雜得多。這是因為基於MPU6050芯片的“ Me 3軸加速度傳感器和陀螺儀傳感器”通過I2C進行通信。到目前為止，在XOD環境中該芯片尚無官方支持的節點。因此，我們創建了自己的節點mpu6050-yrp-linear-accel，這是一個Arduino庫包裝器。

為了使程序正常工作，我們使用了一些Arduino庫。這些庫應添加到XOD IDE客戶端。要添加Arduino庫，請打開XOD的安裝位置，然後將庫文件packages/xod-client-electron夾複製到文件夾。

下面的列表顯示了您需要復制的Arduino庫。

Jeff Rowberg 的I2Cdev和MPU6050庫。可以從GITHUB下載最新版本。
Arduino 的PinChangeInt庫。該庫用於控制控制器板上引腳上的中斷。

MPU6050芯片具有一個INT引腳，可用於將可用數據更改通知控制器。使用此引腳，您可以從傳感器獲取更準確的數據。Makeblock的“ Me 3軸加速度傳感器和陀螺儀傳感器”支持該INT引腳，我們將利用它。看一下下面圖片中的右圖釘。

“ Me 3軸加速度傳感器和陀螺儀傳感器”帶有白色標籤，並通過I2C進行通信。mCore板上的所有四個RJ25端口都標有白色標籤，因此傳感器可以連接到其中的任何一個。我們將傳感器連接到mCore板上的RJ25端口1。

要固定INT銷釘，我們將mpu6050-yrp-linear-accel節點與鏈接rj25port-1-yellow。該rj25port-1-yellow節點將從RJ25端口1讀取數據更改並將其發送到該mpu6050-yrp-linear-accel節點。

有什麼輸入和輸出mpu6050-yrp-linear-accel？讓我們來看看。

INIT —初始化傳感器的引腳；
UPD —觸發傳感器新讀數的引腳；
GXoff，GYoff，GZoff-陀螺儀偏移;
AXoff，AYoff，AZoff-加速度計偏移。

該偏置銷是可選的，用於校準傳感器以提高靈敏度並確定機器人本體上的安裝位置。默認情況下，偏移值設置為0。

ROLL，PITCH，YAW-旋轉角圍繞X，Y，Z軸;
laX，laY，laZ-沿X，Y線性加速度，Z軸;
DONE —報告已讀取數據的引腳。

對於滾筒機器人，我們不需要所有輸出值。我們將只用ROLL價值來經營。將INIT引腳值設置為on boot，並將UPD引腳值設置為Continuously。

現在，讓我們添加watch節點，將其鏈接到ROLL並上傳補丁。打開調試模式以查看ROLL值是什麼。為了進行測試，我們將使機器人從平衡位置向不同方向偏離。

該ROLL值大約從4.6更改為57。如果機器人垂直站立，則該ROLL值約為46。由於未校準傳感器，因此得到瞭如此奇怪的值範圍。因此，讓我們開始吧。

校準傳感器

如何校準傳感器？

我們應指定偏移值GXoff，GYoff，GZoff，AXoff，AYoff，AZoff陀螺儀和加速度計，其0現在是相等的。為了獲得該值，我們製作了mpu6050-calibrate節點。

校準只能執行一次。創建一個新的空臨時補丁並添加mpu6050-calibrate節點。用六個watch節點鏈接六個輸出引腳，並將其INIT值設置為On boot。

將機器人固定在垂直位置，並使用調試模式部署補丁。等待不到一分鐘，節點將輸出必要的值。您可以寫下來不要忘記。

對於我們的機器人[GXoff，GYoff，GXoff，AXoff，AYoff，AZoff]，偏移量為[131、29，-99、1756，-2118、1554]。返回主補丁程序，我們將此值輸入到mpu6050-yrp-linear-accel節點的輸入引腳中，並進行新的調試測試以查看ROLL範圍如何變化。