Braço Robótico + Arduino UNO + Controle XBOX 360 V1.0 - Tutoriais #001

   

     O desenvolvimento do Braço Robótico iniciou-se na quinta fase do curso de Sistemas Eletrônicos, onde na disciplina de Microcontroladores, ministrada pelo Professor Leandro  Schwarz, foi apresentado como projeto final. Porém ainda nesse momento o projeto encontrava problemas de driver de corrente para os motores e também de controle, uma vez que estávamos utilizando um aplicativo para smartphone também desenvolvido exclusivamente para o controle do braço.

    

    Na sexta fase, recebi um convite do professor Fernando Pacheco para solucionar esses problemas e apresentá-lo durante a semana de tecnologia do IFSC. Assim iniciou uma nova etapa do projeto, o aperfeiçoamento do que já existia e também uma nova concepção do  controle.   

    Durante a fase de pesquisa encontrei alguns artigos onde se utilizava o controle do XBOX 360 junto à microcontroladores, e foi a partir dessas referencias e também do controle ser muito mais ergonômico e de fácil manipulação do operador, que iniciei a nova fase de desenvolvimento de controle do braco robótico.

Vídeo de Funcionamento

Estrutura Mecânica  
  

    Todo o projeto  da estrutura mecânica foi retirada da plataforma de compartilhamento opensource Thingverse, foram alterados apenas os ajustes de tamanhos dos cortes para o encaixe dos servos motores.

    Link do projeto mecânico: http://www.thingiverse.com/thing:2433

    O material escolhido para a estrutura foi o MDF e o corte das peças foi realizado no Lazer para garantir a precisão e acabamento.

Corte a laser da estrutura mecânica

    As peças foram pintadas com spray nas cores pretas e amarelas. A pintura preta por ser uma tinta fosca aderiu melhor  ao material.

Pintura da estrutura mecânica

    Na montagem foi necessário alguns parafusos e extensores, mitas vezes esses tiveram que ser adaptados ao que era encontrado no mercado mais próximo. 

     Lista de parafusos:

     40 - M2x15 com porca

     20 - M2x12 com porca

     6 - M2x20 com porca

     5 extensores extavado 50xM4

     4 extensores extavado 47xM2

     4 extensores extavado 17xM2

Montagem para testes e experimentação

    DICA: A tinta amarela utilizada foi à óleo e deixou o movimento da garra um pouco comprometido. Para amenizar e a garra continuar se movimentando teve-se que ajustar o aperto dos parafusos, porém se perdeu em força que a garra deveria ter.

    A mesma garra foi impressa em uma impressora 3D e também foi verificado o resultado de um outro projeto que o material utilizado foi o acrilico e devido à ambos materiais serem bem lisos a garra funciona de uma forma muito mais satisfatória.

Servo Motores

    

    Os servo motores são usados quando se deseja movimentar algo de forma precisa e controlada. No projeto foi necessário a utilização de sete servos motores para desempenhar os movimentos do Braço Robótico para se ter o grau de liberdade dos movimentos que se precisava, cinco servos MG995 da TowerPro e dois micro servos MG90S, também da TowerPro.

Servo motores TowerPro - MG995 e MG90s

Arduino UNO

    O arduino UNO possui como componente principal o ATMEGA 328p, 8bits da família AVR. Possui 32kB de memória Flash, 2kB de memória RAM, e 1kB de EEPROM. Trabalha com um cristal de 16MHz.

    Os pinos de 0 a 13, podem ser utilizados como entrada ou saída digitais. Especificamente os pinos 3,5,6,9,10 e 11 podem ser utilizados com saídas PWM de 8 bits.

    A comunicação serial é feita nos pinos 0 e 1.

Arduino UNO   

USB Host Shield

    

     No arduino, o USB Host Shield atua como um “servidor” USB, que gerencia a conexão, fornecendo alimentação e permitindo a comunicação entre o arduino e os periféricos USB conectados a porta.

USB Host Shield

Servo Motor Shield 16 Canais

    

    Neste projeto precisamos de 7 saídas PWM, quantidade maior que o arduino UNO disponibiliza. Assim de maneira simples podemos expandir esse número de saídas com a Servo Motor Shield, usando apenas dois pinos I2C.

    A Servo Motor Shield possui resolução de 12 bits e necessita de alimentação externa. Neste projeto utilizei uma fonte de 3,5A.

Servo Motor Shield - I2C to pwm

Controle XBOX 360 e Receiver Wirelles

    Os controles do XBOX 360 utilizam wireless para se comunicar com o console, visando a utilização com computadores a microsoft desenvolveu um receptor wireless para o controle, com USB 2.0.

    Durante a fase de pesquisa quando encontrei o receptor em algumas referências de projetos, percebi a perfeita funcionabilidade para controlar o braço robótico, sem falar na ergonomia do controle.

Controle XBOX 360 + Receiver Microsoft

Programação

    Para o funcionamento do código é necessário incluir as bibliotecas:

Wire.h, Adafruit_PWMServoDriver.h ,XBOXRECV.h ,spi4teensy3.h e SPI.h

 #include <Wire.h>  
 #include <Adafruit_PWMServoDriver.h>  
 #include <XBOXRECV.h>  
 #ifdef dobogusinclude  
 #include <spi4teensy3.h>  
 #include <SPI.h>  
 #endif  
 USB Usb;  
 XBOXRECV Xbox(&Usb);  
 Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver();  
 #define SERVO1MIN 150 //SERVO BASE  
 #define SERVO1MAX 500 //SERVO BASE  
 #define SERVO2MIN 150 //SERVO 1 COTOVELO   
 #define SERVO2MAX 400 //SERVO 1 COTOVELO   
 #define SERVO3MIN 150   
 #define SERVO3MAX 400   
 #define SERVO4MIN 200   
 #define SERVO4MAX 500   
 #define SERVO5MIN 150   
 #define SERVO5MAX 500  
 #define SERVO6MIN 150   
 #define SERVO6MAX 500  
 #define SERVO7MIN 350   
 #define SERVO7MAX 510  
 // our servo # counter  
 uint8_t servo1 = 0; //SERVO BASE  
 uint8_t servo2 = 1; //SERVO 1 COTOVELO   
 uint8_t servo3 = 2; //SERVO 2 COTOVELO   
 uint8_t servo4 = 3;  
 uint8_t servo5 = 4;  
 uint8_t servo6 = 5;  
 uint8_t servo7 = 6;  
 double angle1 = SERVO1MAX/2;  
 double angle2 = 350; //angulo do SERVO 1 e servo 2 COTOVELO  
 double angle4 = SERVO4MAX/2;  
 double angle5 = SERVO5MAX/2;  
 double angle6 = SERVO6MAX/2;  
 double angle7 = SERVO7MAX/2;  
 void setup() {  
  pwm.begin();  
  pwm.setPWMFreq(60); // Analog servos run at ~60 Hz updates  
  Serial.begin(115200);  
 #if !defined(__MIPSEL__)  
  while (!Serial); // Wait for serial port to connect - used on Leonardo, Teensy and other boards with built-in USB CDC serial connection  
 #endif  
  if (Usb.Init() == -1) {  
   Serial.print(F("\r\nOSC did not start"));  
   while (1); //halt  
  }  
  Serial.print(F("\r\nXbox Wireless Receiver Library Started"));  
 }  
 void loop() {  
  Usb.Task();  
  if (Xbox.XboxReceiverConnected) {  
   for (uint8_t i = 0; i < 4; i++) {  
    if (Xbox.Xbox360Connected[i]) {  
     if (Xbox.getButtonPress(L2, i) || Xbox.getButtonPress(R2, i)) {  
      Serial.print("L2: ");  
      Serial.print(Xbox.getButtonPress(L2, i));  
      Serial.print("\tR2: ");  
      Serial.println(Xbox.getButtonPress(R2, i));  
      Xbox.setRumbleOn(Xbox.getButtonPress(L2, i), Xbox.getButtonPress(R2, i), i);  
     }  
     if (Xbox.getAnalogHat(LeftHatX, i) > 7500 || Xbox.getAnalogHat(LeftHatX, i) < -7500 || Xbox.getAnalogHat(LeftHatY, i) > 7500 || Xbox.getAnalogHat(LeftHatY, i) < -7500 || Xbox.getAnalogHat(RightHatX, i) > 7500 || Xbox.getAnalogHat(RightHatX, i) < -7500 || Xbox.getAnalogHat(RightHatY, i) > 7500 || Xbox.getAnalogHat(RightHatY, i) < -7500) {  
      if (Xbox.getAnalogHat(LeftHatX, i) > 7500) {  
       if (Xbox.getAnalogHat(LeftHatX, i) == 32767){  
       incrementa_base();  
       }  
       Serial.print(F("LeftHatX: "));  
       Serial.print(Xbox.getAnalogHat(LeftHatX, i));  
       Serial.print("\t");  
      }  
      if (Xbox.getAnalogHat(LeftHatX, i) < -7500) {  
       if (Xbox.getAnalogHat(LeftHatX, i) == -32768){  
       decrementa_base();  
       }  
       Serial.print(F("LeftHatX: "));  
       Serial.print(Xbox.getAnalogHat(LeftHatX, i));  
       Serial.print("\t");  
      }  
      if (Xbox.getAnalogHat(LeftHatY, i) > 7500) {  
       if (Xbox.getAnalogHat(LeftHatY, i) == 32767){  
       incrementa_cotovelo();  
       }  
       Serial.print(F("LeftHatY: "));  
       Serial.print(Xbox.getAnalogHat(LeftHatY, i));  
       Serial.print("\t");  
      }  
      if (Xbox.getAnalogHat(LeftHatY, i) < -7500) {  
       if (Xbox.getAnalogHat(LeftHatY, i) == -32768){  
       decrementa_cotovelo();  
       }  
       Serial.print(F("LeftHatY: "));  
       Serial.print(Xbox.getAnalogHat(LeftHatY, i));  
       Serial.print("\t");  
      }  
      if (Xbox.getAnalogHat(RightHatX, i) > 7500) {  
       if (Xbox.getAnalogHat(RightHatX, i) == 32767){  
       incrementa_servo4();  
       Serial.print(F("RightHatX: "));  
       Serial.print(Xbox.getAnalogHat(RightHatX, i));  
       Serial.print("\t");  
       }  
      }  
      if (Xbox.getAnalogHat(RightHatX, i) < -7500) {  
       if (Xbox.getAnalogHat(RightHatX, i) == -32768){  
       decrementa_servo4();  
       Serial.print(F("RightHatX: "));  
       Serial.print(Xbox.getAnalogHat(RightHatX, i));  
       Serial.print("\t");  
       }  
      }    
      if (Xbox.getAnalogHat(RightHatY, i) > 7500) {  
       if (Xbox.getAnalogHat(RightHatY, i) == 32767){  
       decrementa_servo5();  
       Serial.print(F("RightHatY: "));  
       Serial.print(Xbox.getAnalogHat(RightHatY, i));  
       Serial.print("\t");  
       }  
      }  
      if (Xbox.getAnalogHat(RightHatY, i) < -7500) {  
       if (Xbox.getAnalogHat(RightHatY, i) == -32768){  
       incrementa_servo5();  
       Serial.print(F("RightHatY: "));  
       Serial.print(Xbox.getAnalogHat(RightHatY, i));  
       Serial.print("\t");  
       }  
      }   
      Serial.println();  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(UP, i)) {  
      Xbox.setLedOn(LED1, i);  
      Serial.println(F("Up"));  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(DOWN, i)) {  
      Xbox.setLedOn(LED4, i);  
      Serial.println(F("Down"));  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(LEFT, i)) {  
      Xbox.setLedOn(LED3, i);  
      Serial.println(F("Left"));  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(RIGHT, i)) {  
      Xbox.setLedOn(LED2, i);  
      Serial.println(F("Right"));  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(START, i)) {  
      Xbox.setLedMode(ALTERNATING, i);  
      Serial.println(F("Start"));  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(BACK, i)) {  
      Xbox.setLedBlink(ALL, i);  
      Serial.println(F("Back"));  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(L3, i))  
      Serial.println(F("L3"));  
     if (Xbox.getButtonClick(R3, i))  
      Serial.println(F("R3"));  
     if (Xbox.getButtonClick(L1, i))  
      Serial.println(F("L1"));  
     if (Xbox.getButtonClick(R1, i))  
      Serial.println(F("R1"));  
     if (Xbox.getButtonClick(XBOX, i)) {  
      Xbox.setLedMode(ROTATING, i);  
      Serial.print(F("Xbox (Battery: "));  
      Serial.print(Xbox.getBatteryLevel(i)); // The battery level in the range 0-3  
      Serial.println(F(")"));  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(SYNC, i)) {  
      Serial.println(F("Sync"));  
      Xbox.disconnect(i);  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(A, i)){  
      rotaciona1_mao();  
      Serial.println(F("A"));  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(B, i)){  
     abre_garra();  
     Serial.println(F("B"));  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(X, i)){  
     fecha_garra();  
     Serial.println(F("X"));  
     }  
     if (Xbox.getButtonClick(Y, i)){  
      rotaciona2_mao();  
      Serial.println(F("Y"));  
     }   
    }  
   }  
  }  
 }  
 void setServoPulse(uint8_t n, double pulse) {  
  double pulselength;  
  pulselength = 1000000;  // 1,000,000 us per second  
  pulselength /= 60;  // 60 Hz  
  Serial.print(pulselength); Serial.println(" us per period");   
  pulselength /= 4096; // 12 bits of resolution  
  Serial.print(pulselength); Serial.println(" us per bit");   
  pulse *= 1000;  
  pulse /= pulselength;  
  Serial.println(pulse);  
  pwm.setPWM(n, 0, pulse);  
 }  
 void incrementa_base(){  
 Serial.println(F("Incrementou na Base"));  
 if(angle1==SERVO1MAX){  
 }  
 else  
 angle1++;  
  Serial.print("angle: ");  
  Serial.print(angle1);  
  Serial.print("\t");  
  pwm.setPWM(servo1, 0, angle1);  
  }  
 void decrementa_base(){  
 Serial.println(F("DEcrementou na Base"));  
 if(angle1==SERVO1MIN){  
 }  
 else  
 angle1--;  
  Serial.print("angle: ");  
  Serial.print(angle1);  
  Serial.print("\t");  
  pwm.setPWM(servo1, 0, angle1);  
  }  
 void incrementa_cotovelo(){  
 Serial.println(F("Incrementou no Cotovelo"));  
 if(angle2==SERVO2MAX){  
 }  
 else  
 angle2++;  
  Serial.print("angle: ");  
  Serial.print(angle2);  
  Serial.print("\t");  
  pwm.setPWM(servo2, 0, angle2);  
  pwm.setPWM(servo3, 0, angle2);  
  }  
 void decrementa_cotovelo(){  
 Serial.println(F("DEcrementou no Cotovelo"));  
 if(angle2==SERVO2MIN){  
 }  
 else  
 angle2--;  
  Serial.print("angle: ");  
  Serial.print(angle2);  
  Serial.print("\t");  
  pwm.setPWM(servo2, 0, angle2);  
  pwm.setPWM(servo3, 0, angle2);  
  }  
  void incrementa_servo4(){  
 Serial.println(F("Incrementou no Servo 4"));  
 if(angle4==SERVO4MAX){  
 }  
 else  
 angle4++;  
  Serial.print("angle: ");  
  Serial.print(angle4);  
  Serial.print("\t");  
  pwm.setPWM(servo4, 0, angle4);  
  }  
 void decrementa_servo4(){  
 Serial.println(F("DEcrementou no Servo 4"));  
 if(angle4==SERVO4MIN){  
 }  
 else  
 angle4--;  
  Serial.print("angle: ");  
  Serial.print(angle4);  
  Serial.print("\t");  
  pwm.setPWM(servo4, 0, angle4);  
  }  
 void incrementa_servo5(){  
 Serial.println(F("Incrementou no Servo 5"));  
 if(angle5==SERVO5MAX){  
 }  
 else  
 angle5++;  
  Serial.print("angle: ");  
  Serial.print(angle5);  
  Serial.print("\t");  
  pwm.setPWM(servo5, 0, angle5);  
  }  
 void decrementa_servo5(){  
 Serial.println(F("DEcrementou no Servo 5"));  
 if(angle5==SERVO5MIN){  
 }  
 else  
 angle5--;  
  Serial.print("angle: ");  
  Serial.print(angle5);  
  Serial.print("\t");  
  pwm.setPWM(servo5, 0, angle5);  
  }   
  void fecha_garra(){  
   Serial.print("Fechou garra ");  
   angle7=SERVO7MAX;  
   pwm.setPWM(servo7, 0, angle7);  
  }  
  void abre_garra(){  
   Serial.print("abriu garra ");  
   angle7=SERVO7MIN;  
   pwm.setPWM(servo7, 0, angle7);  
  }  
  void rotaciona1_mao(){  
   Serial.print("girou mao 1 ");  
   angle6=SERVO6MIN;  
   pwm.setPWM(servo6, 0, angle6);  
  }   
  void rotaciona2_mao(){  
   Serial.print("girou mao 1 ");  
   angle6=SERVO6MAX;  
   pwm.setPWM(servo6, 0, angle6);  
  }