Projektlabor Robotik MINTgrün

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Wir, de Equalizer-Gruppe, wollen hier eine Zusammenfassung unserer Präsentation im Wissenschaftsfenster hochladen.

Die Präsentationsfolien:
{{:mechatronik:wise21:ml_theequalizor_2.pdf|}}

Der Bauplan:
{{:mechatronik:wise21:bauplan.jpeg?200|}}


Der Schaltplan:
{{:mechatronik:wise21:schaltplan_3_ebene_1_schaltplan.jpg?200|}}

Der Arduino-Sketch:
<code>
//=============================================================================================================================Includes und Definitionen
#include "Adafruit_VL53L0X.h" //Bibliothek zur Verwendung des TOF-Sensors (Entfernungsmessung)
#include <Servo.h>    //Bibliothek zur Steuerung des Servomotors
#include <PID_v2.h>   //Bibliothek zur Verwendung eines PID-Controllers
#include <FastLED.h>  //Bibliothek zur Steuerung der LED-Kette

#define POTI_PIN    A0  //Pin zum Auslesen des Slider-Potentiometers
#define SERVO_OUT   8   //Pin für die Motorsteuerung
#define LED_PIN     7   //Ansteuerungspin für die LED-Kette
#define NUM_LEDS    12  //Anzahl der LEDs in der Kette
#define POS_MAX     195 //höchste Entfernung, die die Kugel annehmen kann
#define POS_MIN     20  //niedrigste Entfernung, die die Kugel annehmen kann

//---------------------------------------------------------------------------------Deklarierung aller benötigten Objekte||
CRGB leds[NUM_LEDS];                         //das Objekt, das den LED-Streifen steuert                                 //
Adafruit_VL53L0X lox = Adafruit_VL53L0X();   //das Objekt, das Messwerte vom TOF-Sensor ausliest                        //
Servo myservo;                               //das Objekt, das den Servomotor steuert                                   //
                                                                                                                        //
//PID-Regler benötigen drei Parameter, die bestimmen, wie stark die momentane Position,                                 //
//Steigung und die Änderung der Steigung des Eingabewertes zur Findung des Ausgabewertes beitragen                      //
//Es werden zwei PID-Werte benutzt, zwischen denen je nach Entfernung gewechselt wird                                   //
double aggKp = 0.075, aggKi = 0.07, aggKd = 0.055;    //agressive Werte                                                 //
double consKp = 0.09, consKi = 0.025, consKd = 0.055; //feine Werte                                                     //
PID_v2 myPID(consKp, consKi, consKd, PID::Direct);  //Der PID-Controller, kriegt vorerst die feinen Parameter übergeben //
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||

//---------------------------------------------------------------------------------------------------------Variablen||
int e1, e2, entfernung = 125;           //Die beiden vorherigen und die durchschnittliche gemessene Entfernung      //
int s1, s2, s3, s4, sollwert = 130;   //Die vier vorherigen und der durchschnittliche gemessene Sollwert            //
int motorwert = 90;     //Der Winkel, zu dem sich der Motor drehen soll                                             //
int gap;                //Entfernung, die zum gesetzten Punkt besteht                                               //
int zeit = 0;           //Variable zur Messung der Zeit, die der Ball schon nahe am Sollwert liegt                  //
                        //Misst aber nicht genau die Zeit, ist eher zur ungefähren Abschätzung der vergangenen Zeit //
//------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||

//=================================================================================================================================================Setup
void setup()
{
  FastLED.addLeds<WS2812, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);  //Setup des LED-Controllers
  lox.begin();  
  
  VL53L0X_RangingMeasurementData_t measure; //Erste Messung für die Initialisierung des PID-Controllers
  myPID.Start(                              //Initialisierung des PID-Controllers  Dabei werden drei Variablen übergeben:
              measure.RangeMilliMeter,      //Die gemessene entfernung
              105,                          //der momentane Motorwinkel (wird erst einmal auf die Mitte des nutzbaren Bereiches gesetzt)
              130);                         //der Sollwert

  myservo.attach(SERVO_OUT);  //Der Motorsteuerung wird der Ansteuerungspin für den Servo übrgeben

  myPID.SetOutputLimits(70, 140); //Minimal- und Maximalwert für den PID-Ausgabewert werden beschränkt, da der Servo bei Winkeln unter 70° oder über 140° die Konstruktion beschädigt.
}

//======================================================================================================================================Programmschleife
void loop()
{
//----------------------------------------------------------------wiederholendes Setup||
  VL53L0X_RangingMeasurementData_t measure; //Die Entfernung des Balls wird gemessen  //
  lox.rangingTest(&measure, false);         //konstantes Debuggen des TOF-Sensors     //
//------------------------------------------------------------------------------------||
  
//------------Berechnung des Mittelwertes der letzten TOF-Messwerte||
  e1 = e2;                         //Aktualisierung der Messwerte  //
  e2 = measure.RangeMilliMeter;                                    //
  entfernung = int((e1 + e2)/2);   //Berechnung des Durchschnitts  //
//-----------------------------------------------------------------||

//---------------------------------------------------------------------------------------Setzen der neuen gewünschten Entfernung||
  if(map(analogRead(POTI_PIN), 0, 1023, 50, 200) - sollwert > 5 || map(analogRead(POTI_PIN), 0, 1023, 50, 200) - sollwert < -5) //
  {                                                                                                                             //
                  //Geschieht zur Vermeidung von Messpitzen nur, wenn sie sich um mehr als 5 bewegt                             //
    s1 = 2;       //Zusätliche Glättung der Messwerte, Verfährt wie in Zeilen 61-63                                             //
    s2 = s3;                                                                                                                    //
    s3 = s4;                                                                                                                    //
    s4 = map(analogRead(POTI_PIN), 0, 1023, 70, 180);                                                                           //
    sollwert = int((s1 + s2 + s3 + s4)/4);                                                                                      //
    myPID.Setpoint(sollwert);                          //Neuer Sollwert wird an den PID-Controller übergeben                    //
  }                                                                                                                             //
//------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------Setzen der PID-Parameter||
  gap = abs(myPID.GetSetpoint() - measure.RangeMilliMeter);  //Berechnet die Entfernung vom gewünschten Punkt                       //
  if (gap < 40)                                                                                                                     //
  {                                                                                                                                 //
    myPID.SetTunings(consKp, consKi, consKd); //Benutzt schwache PID-Werte, da der Ball nahe am gewünschten Punkt ist               //
  } else {                                                                                                                          //
    myPID.SetTunings(aggKp, aggKi, aggKd);    //Benutzt aggressive PID-Werte, da der Ball weit vom gewünschten Punkt entfernt ist   //
  }                                                                                                                                 //
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||

//------------------------------------------------------------------------------------------------------------Setzen der Punkte auf dem LED-Streifen||
  for(int i = 0; i<NUM_LEDS; i++) //der LED-Streifen wird komplett dunkel geschaltet  Relevante Punkte werden später neu berechnet und hinzugefügt  //
  {                                                                                                                                                 //
    leds[i] = CRGB(0, 0, 0);                                                                                                                        //
  }                                                                                                                                                 //
                                                                                                                                                    //
  if(map(sollwert, POS_MIN, POS_MAX, 0, NUM_LEDS - 1) == map(entfernung, POS_MIN, POS_MAX, 0, NUM_LEDS - 1))                                        //
  {                                                                                                                                                 //
                                                                                                                                                    //
    leds[map(sollwert, POS_MIN, POS_MAX, 0, NUM_LEDS - 1)] = CRGB(255, 100, 0);                                                                     //
          //Befindet sich der Punkt für den Ball auf dem Punkt für den Sollwert, wird dieser orange                                                 //
    if(zeit < 40)                                                                                                                                   //
    {                                                                                                                                               //
      zeit++; //Der Punkt bleibt für Zeiten unter 40 Einheiten orange                                                                               //
    }                                                                                                                                               //
    else if(zeit < 100)                                                                                                                             //
    {                                                                                                                                               //
      leds[map(sollwert, POS_MIN, POS_MAX, 0, NUM_LEDS - 1)] = CRGB(0, 255, 0);                                                                     //
      zeit++;                                                                                                                                       //
      //Bleibt der Ball länger als 40 Zeiteinheiten auf dem Punkt, wird er grün                                                                     //
    }                                                                                                                                               //
    else                                                                                                                                            //
    {                                                                                                                                               //
      leds[map(sollwert, POS_MIN, POS_MAX, 0, NUM_LEDS - 1)] = CRGB(0, 200, 200);                                                                   //
      //Bleibt der Ball länger als 40 Zeiteinheiten auf dem Punkt, wird er cyan                                                                     //
    }                                                                                                                                               //
  }                                                                                                                                                 //
  else                                                                                                                                              //
  {                                                                                                                                                 //
    //Sind der Ball und der Sollwert unterschiedliche Punkte, werden sie einzeln dargestellt                                                        //
    zeit = 0;                                                                                                                                       //
    leds[map(entfernung, POS_MIN, POS_MAX, 0, NUM_LEDS - 1)] = CRGB(255, 255, 255);  //Der Punkt zur Darstellung der Ballposition wird gesetzt      //
    leds[map(sollwert, POS_MIN, POS_MAX, 0, NUM_LEDS - 1)] = CRGB(255, 0, 0);  //Der Punkt zur Darstellung des Sollwertes wird gesetzt              //
  }                                                                                                                                                 //
  FastLED.show(); //Übertragung der gesetzten Farben an den LED-Streifen                                                                            //
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||

  motorwert = myPID.Run(entfernung); //Berechnung des neuen Motorwertes anhand der durchschnittlichen gemessenen Entfernung
  myservo.write(motorwert); //Übertragung des Motorwertes an den Servo
}
</code>
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