2011-04-14

NXT High Speed Communication over XBee

NXT High Speed Communication


NXT Firmware通訊模組(Comm module)支援的功能包含:BluetoothUSB以及High Speed Communication,其中High Speed Communication指的是使用第四個Input port RS485進行全雙工的非同步傳輸通訊,用法則是以NXT Cable串接兩部NXT來進行雙向的資料傳輸。


 


RS485應用案例


Daniele BenedettelliCreating Cool MINDSTORMS NXT Robots”(2008 Apress)書中第八章的 JohnNXT機器人,在這個專案中共分成:機器人本體及遙控端兩部分,由於本體總共配置了6部馬達及5sensor,所以需要以兩部NXT來進行協力控制,而因為藍芽通訊已經作為遙控端NXT對本體Main NXT傳送指令時所使用,於是本體的兩部NXT就採用High Speed Communication來進行串接溝通。


操作JohnNXT時會由本體的Master NXT接收來自遙控端NXT的藍芽指令,當需要由另一部Slave NXT協力來完成動作時,就會由Main NXT透過Port 4RS485傳輸指令給Slave去執行所需的功能,而Slave NXT於完成工作之後就會回覆訊息給Main確認遙控端所下達的指令都已經執行完畢,接下來Main就會進入待命狀態準備接收下一個來自遙控端的藍芽指令。


這本書的NXC程式碼可以由官網下載,在Ch8本專案的資料夾裏有High Speed CommunicationAPI程式庫 (HSlib.nxc),當初Danny在寫API時所用的都屬於較低階的NXC函數,所以需要對IO Buffer pointer作控制,而這些技術資料Mindstorms官方並沒有對外提供,一般人可能較不容易掌握確切的用法,還好John Hansen已經在最近本的Bricxcc中封裝成較容易使用的高階函數,不過NXT需要更新成John Hansen所加持的enhanced firmware,以解除原有官方的功能限制。


Dexter NXTBee




Dexter NXTBee則是提供NXT能夠結合High Speed CommunicationXBee無線通訊功能的外接模組,在傳輸的效能與距離方面都有優於藍芽的表現。

使用方式為連接Port 4並透過RS485進行無線非同步序列通訊,相當於取代實體Cable且大大的延伸連線範圍。
使用NXTBee時可以幾乎完全做到無縫切換,也就是說即使目前正以實體Cable進行有線通訊,可隨時接上NXTBee換成無線而不致於在過程中造成連線的中斷,且若切換回有線時也是一樣的穩定與可靠。
至於程式部分只須處理Port 4RS485初始設定以及資料之傳送與接收控制,完全不須撰寫任何NXTBee相關的程式碼,NXTBee會自動接手無線傳輸工作。


接下來的測試為示範以RS485進行資料傳送與接收的流程,以及展示結合NXTBee的無線通訊能力。





RS485 over XBee應用測試


測試時共使用兩部NXT,分別為MainSlave,進行的過程為:


1.          首先由Main NXT的畫面選單中選擇顏色指令(“RGB”),然後傳送給Slave NXT,之後就會進入等待Slave回覆執行完成指令的狀態。


2.          Slave會先處於待命狀態並持續監聽是否有來自Main NXT的指令,一旦接收到Main指令時會先閃爍Light sensor燈號三次確認,接著依據指令執行閃爍Color sensor指定顏色燈號10次,完成之後會傳送確認字串DONE回覆Main已經執行完畢,然後再度進入待命狀態。


3.          Main一但接收到Slave字串DONE的確認回覆時,會先閃爍Light sensor燈號三次,接下來即可再度接受選單之指令選擇。




<Video>


 




 


範例程式:

Main NXT 端程式:RS485Comm-Main.nxc


Slave NXT 端程式:RS485Comm-Slave.nxc



 


結論:


NXTBee雖然傳輸效能優於藍芽,但有安全性的顧慮,很有可能遭受到擷取或干擾,因此在Dexter的部落格中有一篇文章:Setting up a NXTBee Secure Network For Mindstorms NXT教導設定安全網路的方式。



 



2011-04-05

使用Mindsensors NumericPad操控NXT RC Servo機械手臂

為了要測試NumericPad 的功能,因此使用了Mindsensors NXTServo 伺服機控制器以及5RC Servo製作一個具四個自由度的機械手臂,再利用 NumericPad12個按鍵設計成操控機械手臂動作的使用者控制面板。


使用NumericPad控制面板操控機械手臂之影片:
<Video>


機械手臂機構與功能


·             前面影片中的機械手臂共包含了以下四個自由度的控制:


1.             臂部 使用1RC Servo + Turntable控制180度的左右水平旋轉


2.             肩部使用2RC Servo控制180度的前後垂直擺動


3.             肘部使用1RC Servo + 連桿 控制手部上下約100度的垂直擺動


4.             手部使用1RC Servo + 連桿 控制手部的張合動作


·                    以上各部共5RC Servos使用Mindsensors NXTServo進行控制,並以L8878 PF電池作為外部電源。


另外以L8870 PF燈組透過轉接線連接NXT Output Port,作為可控制開關的探照燈。
詳如以下圖解說明:


NXTServo功能特性


如果以NXT motor來建構超過3個自由度的機構,除非使用MindsensorsNXTMMX,會受NXT僅有3Output port的限制,同時NXT motor實在有點大又重難免會影響機構的靈活性。
過去曾經以Mindsensors NRLink控制3PF Motor製作3自由度的機械手臂,不過每兩個馬達就必須搭配1IR接收器,而最大的問題在於無法掌控PF Motor的轉動位置以精確完成所需要的動作, 更談不上多自由度間運動的協調控制。
NXTServo可操控8RC Servo,雖然不能像NXT可讀取馬達的回饋位置,不過可以透過對RC Servo送出不同的脈衝寬度來控制它的角度位置,如:1.5 ms時為居中之0度位置,2.5 ms時往右90度,0.5 ms時往左90度等,而最大的優點在於NXTServo可同時設定不同channel RC Servo的角度位置與轉動速度,這提供了程式對機構的控制彈性,同時各部間的相依性協調運動也很容易透過程式來完成。
NXTServoNXT數位裝置的一種,因此以I2C操作方式對Input port傳送位置與速度設定值至對應channel的暫存器位址來操控RC Servo,由於每個channel都有獨立的位置與速度設定位址且位址連續,所以在符合NXTI2C buffer長度16 Bytes的條件限制之內,可以對8channel進行group control,這是相當有用且必備的功能。
關於NXTServo的詳細資料,可以參考其User’s Guide.


機械手臂之協調控制


臂部將肩部以上機構建構在Turntable上,並以一顆RC Servo來驅動,由於是水平運動,重心的變化不大,因此動力足夠,只需考慮結構的強固。


肩部因為需肩負肘部與手部的前後垂直擺動,考量承載負荷需求,因此以兩部RC Servo來驅動,由於在機構上彼此驅動方向剛好相反,所以需要維持兩部RC Servo位置設定值的和為 3 ms且速度一致才能保持同步運動。


肘部 -  為了要控制手部於工作時能夠保持所需要的姿勢,如垂直或水平,就必須同時協調肩部與肘部共同達成,如下圖,當肩部為向後45度時,則肘部之RC Servo即需驅動連桿向下45度以維持手部能夠與地面平行的姿勢。

以下則是兩者間的RC Servo位置值的相依關係圖:


手部抓取機構的張合動作也是使用 RC Servo驅動連桿來達成,可參考下圖:



使用者控制界面


要控制四個自由度的機械手臂再加上探照燈開關,需要一個功能完整且便利的使用端操作界面,NXT有很多輸入裝置可以用來作人機溝通,不過對於複雜的操控以目前已有的裝置而言,並不容易整合成簡潔的操作界面,因此,MindsensorsNumericPad應該就是因應這個需求而發展出來,下圖就是應用它12個按鍵所規劃的操作面板,目的是提供使用端便利且直覺的操作體驗。
下圖即是使用Mindsensors所提供之Overlay template自行以Windows小畫家所製作之面板。


 NumericPad面板規劃



依據使用者操控需求的角度,將NumericPad12個按鍵區分成5種類型控制群組:


1.        Home – 機械手臂回歸初始姿勢與狀態。


2.        方位 臂部三個方位的移動控制。


3.        姿勢 – 5種預設肩部與肘部組合姿勢切換。


4.        張合 手部的張/合控制。


5.        探照燈開關切換。


操作時點按控制鍵,機械手臂即會依據按鍵所設定的對應動作運作,不過因為NumericPad可以偵測及回應多點觸控,所以在程式中也加入了這個功能,控制邏輯為:



1.      Home鍵具最高執行優先順序。


2.      群組內若有多個鍵被按下,會依據設定之優先順序擇一來執行,如:方位鍵姿勢鍵手部張合鍵等群組。


3.      除了以上兩種條件外,即會將所有偵測到的按鍵所對應之動作同時執行。


例如:同時按住方位鍵姿勢鍵手部收合鍵,機械手臂就會同時完成所有的動作。


** NXC範例程式:點選此連結


NumericPad用途與特性


NumericPad12個按鍵雖然預先刷好話機的 Layout,但它的功能其實純粹就是回應其12個鍵的點按狀態, 事實上回應值為儲存於2Bytes暫存器中12bits的狀態值而不是電話按鍵值,所以完全需要依照程式的需求自行定義,也應此Mindsensors才會提供其Overlay template供使用者可以修改成符合其程式的控制功能。

基於這個特性,個人推薦NumericPad是值得擁有的NXT週邊裝置之一

關於NumericPad的詳細資料,可參考其User’s Guide
接下來期待的是在Coming Soon已經放了好幾個月的”Touch Screen Overlay For NXT”,雖然Mindsensors對它的用途說明為作為NXT Screen的觸控螢幕,同時具備相同的畫素解析度(100*64),因此,若拿來作為類似NumericPad的輸入裝置,使用彈性就更大,唯一的缺點就是稍小了點,也許需要靠觸控筆才能使用,不然的話多買一組合著一起用也是可以。




  • 留言者: Yo
  • Email: boxing52007@gmail.com
  • 網址:
  • 日期: 2013-01-27 15:09:16
您好:
去年十月來這邊請教過NXT Servo的一些問題,
我是台科機械所的志豪,
擔任系上一門課「電腦輔助機電系統設計與實習」的助教。
這們課主要使用的平台就是NXT,
在您這邊得到很多幫助,這裡是我很重要的參考來源之一,
這們課結束了,我們請了實驗室一位夥伴做成了影片,
與您分享,謝謝你的幫忙。:D
影片網址如下「 http://youtu.be/DP63KhaQD1k 」
[版主回覆01/27/2013 22:45:32]

我看過影片了, 確實是很不錯的成果.
機器人運作得很穩定, 控制的精確度也不錯,
另外, 機器人運用了許多非NXT的電子元件, 是否為Arduino family?
再加上這些元件雖然增加了硬體與軟體的複雜度,
如果能夠妥善組合, 也擴大與延伸了NXT平台的功能,


台科大同學的素質確實如外界的口碑, 很優秀
也謝謝您的分享


PS. 我也認識幾位台科大的老師, 不過比較偏向土木 :-)







  • 留言者: Yo
  • Email: boxing52007@gmail.com
  • 網址:
  • 日期: 2012-10-24 09:52:39
謝謝~ 下次po成品與你分享:D
[版主回覆10/24/2012 21:51:42]不客氣, 祝您測試成功





  • 留言者: 豪哥..
  • Email: boxing52007@gmail.com
  • 網址:
  • 日期: 2012-10-23 21:02:10
您好:
想請問使用關於NXT Servo V2的問題
因為NXT只有三個輸出想將輸出多一些,並且能空多顆RC伺服機(組機器手臂)
但是NXTServo的程式指令有些不懂
像是將"NXTServo-lib.nxc"include 後
讓伺服馬達動的指令如下
NXTServo_Quick_Servo_Setup(SensorPort, ServoAddr, i, posA);
其中不太懂脈衝寬度
要如何正確地轉伺服機到想要角度,如10度轉到150度
感謝你~
[版主回覆10/23/2012 23:00:58]

NXTServo_Quick_Servo_Setup(SensorPort, ServoAddr, i, posA);
這個函數, SensorPort - NXTServo所接的sensor port no.(S1~S4)
                   ServoAddr - NXTservo的I2C位址, 為 0xb0
                       i               - 要控制哪一個 Servo port (1 ~ 8)
                     posA         - 要讓Servo轉到的位置(值由 50 ~ 250, 50在最右邊(180度), 150在垂直位置(90度)
                                                                                                             250在最左邊(0度), 可以依據比例計算出所要的角度







  • 留言者: WW
  • Email: wangamgc32@yahoo.com.tw
  • 網址:
  • 日期: 2011-04-06 09:38:46
您好:
超厲害,但我想問您的軟排線是自己做的還是買的,可一告訴我嗎
[版主回覆04/06/2011 22:25:58]

線材與RJ12水晶頭我是分開買, 然後再依據自己需要的長度壓線.
線材應該很容易找得到, 而NXT的RJ12接頭現在可以到台南創意林老師的露天賣場購買