RIOBotics - Putting the RIO in Robotics!: CompactRIO

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2010年10月25日星期一

IROHCS 2010 機器人競賽賽後轉播

各位久違了，最近真的是當了一個很不盡責的站長，好像離上一次的文章發表已經有足足一個月多的時間，不過各位放心，John都有在偷偷的做筆記，在為未來的文章內容做準備。上個禮拜真是忙翻了，不但是有台北的機器人展覽要顧，同時禮拜五又是IROHCS 2010大專盃的總決賽，John的電話量瞬間暴增，每天手機都要早晚充電一次才夠用。上禮拜五真是精彩啊! IROHCS 籃球機器人總決賽賽，由初賽的12組當中，有4組晉級到決賽，再加上大會邀請了兩組大陸隊伍(北京清華大學，上海交通大學)，由這六組來決一勝負，爭奪前三名的名次和獎金。今年的題目，除了包含機器人自主取球並傳遞至球員以外，還有個特別加分題，就是將一個排球射進一個小型的籃框。當John幾個月前看到題目時，真的是有點傻眼，要機器人傳球就已經很困難了，還要射球?! 這根本是難上加難。

不過，今年度倒是新增了一些蠻有創意的作品。去年冠軍隊伍台大電機系使用的是拋球的機構，在今年份我們也看到了許多類似的設計。其實這個競賽比較有趣的部份是，機器人的穩定度不是唯一奪冠的要素，競賽有一部份的分數還是要靠人把籃球射進籃框。現在就讓我們來看看，這次競賽的作品吧!

崑山科技大學: 感覺上來勢洶洶，機器人上準備了一些超大的馬達，好像除了籃球以外，真正的石頭也可以投。很可惜這參加隊伍沒有仔細看機器人重量的限制，他們的機器人雖然力道很強，但是還是被取消了得分資格。

明新科技大學: 這臺機器人採用的不是一般鏟球的方式來取球，而是將手臂放下來用夾的方式。

義守大學: 為節省成本，這組採用LEGO NXT為控制核心，然後以TETRIX擴充套件來添加手臂。

台灣大學: 上一次競賽的衛冕者，這次修改了機構，採用比較長的手臂設計，若馬達力量足夠，能夠將籃球拋出更遠的距離。

建國科技大學: 這應該是我看過線最多的一個作品，他們在機器人上背了一罐壓縮空氣，成為他們機器人的射球動力來源。不過好像後來，真的有一條線不小心掉了…

台灣科技大學: 機構採取木板組裝，取球的時候，球會「坐電梯」來到機器人的上方，然後再經由彈簧拋出去。

上海交通大學: 這可能是我看過最專業的作品，連他的馬達都用的是諧和式減速機(harmonic drive)在跑，連手臂降下來的時候都會嗡嗡做響，讓我差點以為變形金剛來了!

在決賽的最後幾會合裡，分數已經幾乎不分上下，上海交通決定挑戰加分會合: 將排球射進籃球框裡! 以下是剛好捕捉到的影片，真是令人熱血沸騰的一刻!

經由這次競賽，我們看到了很多隊伍的技術突破，希望在明年度的競賽能夠再看到精彩的機器人脫穎而出!

-John

2010年7月14日星期三

RST非官方說明手冊 Part 4: 軟體設定與測試

現在，我們需要將所有的元件的軟體都安裝並設定好。我們先把焦點放在無線AP上，就像在家裡設定無線網路一樣，你可以將筆電和AP先用網路線對聯起來，或者是用筆電的無線網路搜尋這個AP的SSID然後跟它連線。無論用哪種方法，到最後都可以用瀏覽器指向它的預設IP http://192.168.11.1，這樣就可以進入AP的設定畫面。WCR-G54的預設username為”root”，密碼為空白。以下則是WCR-G54的設定畫面。

註: 不同廠商的AP會有不同預設IP和密碼，詳細規格請以廠商提供之文件為主。

在設定畫面裡，我們就可以更改AP的IP，或者改它廣播的SSID，以及是否要不要加密。我讓IP保留為預設的192.168.11.1，不過為了未來搜尋這個AP比較方便，我將SSID改為”RST Robot”，這樣就不會跟家裡或者學校其他無線網路搞混。

設定完成之後，就會看到像這樣的確認畫面:

接下來要為CompactRIO設定IP，請用桌面上的Measurement & Automation工具(簡稱MAX)來進行設定:

將MAX開啟，應該就會在左半邊的畫面看到Remote Systems»0.0.0.0。這是CompactRIO的預設IP，現在我們就把它改為跟AP一樣的subnet，也就是說，IP address前三碼一樣，最後一碼不一樣。例如，在IP address的欄位，直接填入192.168.11.3，subnet mask填入255.255.255.0，gateway和DNS Server都可以留空白，設定完成了之後就可以按Apply按鈕來讓新IP地址生效。

接下來，需要下載這個小工具，它是一個精靈安裝程式，可以快速的完成CompactRIO剩下的設定。下載點:

NI Robotics Hardware Setup.zip

開啟RoboticsHWSetup.exe，看到了以下第一個畫面，就可以按Next繼續。

Step 2會詢問現在你的硬體是不是NI的Robotics Starter Kit，這裡的格子不要勾。

註: NI Robotics Starter Kit為NI的小型機器人平臺學習套件，有興趣可以到http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zht/nid/208010多加了解。

Step 3會自動偵測網路subnet裡的CompactRIO系統，給它幾秒鐘來掃描，偵測到了之後就可以進行下一步。

Step 4將會把一些CompactRIO本身需要的軟體核心灌進CompactRIO裡，這部份可能要等一兩分鐘才會完成。

完成了之後，可以查看CompactRIO的第四個LED是否有在閃爍，若有，代表安裝程序正確!

最後Step 5會問你要不要用LabVIEW開一個Project，這個不用勾，直接按Exit就可以了。

接著我們也要把AXIS 206的IP設定一下。AXIS 206背面有貼一個貼紙，上面寫著它的預設IP以及Username/Password。例如，我手上這款是192.168.0.112，Username為root，密碼為pass。

用瀏覽器指向http://x.x.x.x，然後以提供的帳戶和密碼登錄，就會看到相機的即時影像。

選擇右上角的Setup選項，再點選左邊的TCP/IP選項，就可以設定AXIS 206的IP。我把它設為192.168.11.4，subnet mask 255.255.255.0。設定好了之後，再按最下面的Save按鈕。

再來還有一個選項要處理的，就是點選左邊Users選項，然後把Enable Anonymous Login選項打勾。這會讓以後我們要用相機的時候，不用每次都要key in帳戶和密碼。設定好了之後，再按最下面的Save按鈕。

終於，這一切都設定完了之後，可以開始用LabVIEW來測試一下一切是否正常。這裡有個我寫的LabVIEW測試程式，各位可以從這裡下載:

RST Robot 6.10.2010.zip

請開”RST Robot 2010”的LabVIEW Project檔，開啟了應該會看到像這樣的畫面:

接著，開啟CompactRIO底下的Motor Remote Control Main.vi。在執行的時候，這個程式會讓CompactRIO接收由PC筆電傳來的馬達速度指令。按下左上角的執行按鈕，程式就會下載到CompactRIO並執行。

接下來，再開啟My Computer底下的Joystick Control.vi。這個程式負責從一個USB搖桿擷取指令，然後把馬達速度傳給CompactRIO來執行。一樣，按下左上角的執行按鈕，程式就會執行。這時候你就可以用你的USB類比搖桿，來控制RST平臺的前進，後退，左右轉，並且還可以依據你類比搖桿的位置來控制RST平臺的相對移動速度。

最後一個程式則是RST Object Tracking Vision Demo.vi，這個程式會利用AXIS 206所擷取到的影像來做顏色辨識，並將RST平臺左右移動，讓RST平臺可以將物件鎖定在正前方。執行之前先把Joystick Control.vi停止，這樣兩個程式才不會衝突到。更多有關這個Vision程式的原理以及操作說明可以參考我之前的文章:

HSL 色彩空間原理

AXIS 206 Camera 測試

好啦，如果這兩個demo程式跑起來順利的話，表示我們所有的線路和軟體設定都已經處理好了。接下來，就等著你去發揮你的創意，來挑戰IROHCS 2010大專盃的機器人競賽!

補充一下，在提供的範例Project裡，有一個資料夾叫做RST Control VIs，這裡面是些基本的RST平臺控制subVI，方便我們去進行程式撰寫或修改，先解釋一下這些VI的用途:

Open RST: 開啟對RST平臺的連線。在針對RST平臺下任何指令之前，一定要先執行這個VI。

Control Axis 1: 控制左邊馬達的速度(單位是deg/s來算，正數為前進方向，負數為後退。)

Control Axis 2: 同上，不過控制右邊馬達。

Control Both Axes: 同上，不過同時控制左右馬達

Stop Axis 1: 停止左邊馬達。

Stop Axis 2: 停止右邊馬達。

Stop Both Axes: 同時停止左右馬達

Close RST: 釋放RST平臺的連線，準備結束程式。

祝各位一切順利，馬到成功，最重要的是: Have fun!

-John

2010年7月13日星期二

RST非官方說明手冊 Part 3: 控制訊號和通訊

好，所有的元件都有了電之後，接下來我們要把RST平臺的控制架構建立好。這個階段分為兩個部份: 從CompactRIO接訊號到馬達驅動器，以及把每個元件的網路通訊連接起來。

首先我們先了解一下，RST平臺的伺服馬達控制方式。它的馬達出廠的時候是設定為位置控制模式，換句話說，驅動器可以接受0V-5V脈衝的訊號，驅動器每偵測到一個脈衝(pulse)，馬達就會移動一步。RST馬達出廠設定為一圈12,500步，所以當我們送一個12,500 Hz的方波訊號給驅動器的時候，馬達就會以每秒一圈的速度在跑。同理，如果方波訊號頻率是25,000 Hz，那就是每秒兩圈的速度。

那要如何從CompactRIO送方波訊號給馬達驅動器呢? NI 9403這個模組是個標準0V-5V DIO模組，它具有32個channel，透過LabVIEW的程式設定我們就可以控制它輸出的方波頻率。不過LabVIEW的部份我們先不談，首先我們要先把一些線接好。從9403到馬達驅動器有四個訊號是一定要接的:

註: 為了方便，我們就把左邊馬達稱為AXIS 1，右邊馬達稱為AXIS 2

AXIS 1的 STEP (PLS) 訊號
AXIS 1的 DIR 訊號
AXIS 2的 STEP(PLS) 訊號
AXIS 2的 DIR 訊號

STEP(PLS)為脈衝訊號，DIR為馬達轉向控制(正轉或反轉。) 這裡是馬達驅動器與9403的pin圖:

於是先從AXIS 1而言，我們要把從9403的P0.0接到馬達的PLS+，P0.1接到馬達的DIR+，9403的COM再接到PLS-和DIR-。AXIS 2也是一樣。為了方便，我建議用個37-pin 公對母的cable接到一個37-pin的接線盒，然後再從接線盒把線接到馬達驅動器。或者如果沒有一個接線盒的話，也可以考慮直接用杜邦線來接。