Robot Balance 2023

Informations techniques du robot qui tient en équilibre sur deux roues.

Présentation

Le Robot Balance 2023 est une évolution du robot 2017. Les objectifs de la nouvelle version sont :

Enlever les fils d'alimentation : Le robot est maintenant alimenté par une batterie 12V.
Surélever le centre de gravité pour améliorer le contrôle. La batterie est située en haut du robot.
Pouvoir commander et observer le robot sans fils : La carte LPC1768 est remplacée par une carte à base de ESP32 (Wifi & Bluetooth).

Aperçu du développement

Mécanique

La mécanique est développée dans Fusion 360 et elle est basée sur un cadre en extrusions d'aluminium. Les roues sont entrainées par des moteurs pas-à-pas de type NEMA-17.

Électronique

La carte électronique est développée dans Fusion 360 et elle est basée sur :

Un microcontrôleur ESP32-WROOM-32.
Deux commandes moteur Polulu A4988.
Un capteur MXC6655.
Un capteur CMPS12.
Des régulateurs d'alimentation AP63205 et AP2112K.

Firmware

Le firmware est développé à l'aide de l'outil PlatformIO. Nous utilisons le framework Arduino.

Le contrôle se fait à l'aide d'un contrôleur de type Proportionnel-Intégral-Dérivé (PID).

Description détaillée

Mécanique

Section à compléter

Électronique

Composants principaux

La carte est conçue avec les composants principaux suivants :

1 x Microcontrôleur ESP32-WROOM
2 x Driver de stepper motor Polulu A4988
1 x Accéleromètre, inclinomètre et magnétomètre combiné CMPS12
1 x Accéleromètre MXC6655
2 x Boutons utilisateurs
5 x DEL utilisateur RGB en série
2 x Connecteur I2C
1 x Connecteur SPI

Alimentations

Pour fonctionner, le robot a besoin d'une alimention de 12VDC sur le terminal block. Le connecteur USB ne permet pas d'alimenter la carte. Il est seulement utilisé pour la programmation et la communication avec l'interface série.

Choix des broches du microcontrôleur

# Pin	GPIO	TYPE	Mode	Signal	Commentaire
Pin 1	N/A	P	Alimentation	`GND`
Pin 2	N/A	P	Alimentation	`3V3`
Pin 3	N/A	I	Contrôle	`RESET`	Enable
Pin 4	GPIO 36	I	Bouton 1	`B1`
Pin 5	GPIO 39	I	Bouton 2	`B2`
Pin 6	GPIO 34	I	TP1	`TP1`
Pin 7	GPIO 35	I	TP2	`TP2`
Pin 8	GPIO 32	I/O	Enables des moteurs	`EN_MOTEURS`
Pin 9	GPIO 33	I/O	Contôle du moteur droit	`DIR_D`
Pin 10	GPIO 25	I/O	Contôle du moteur droit	`STEP_D`
Pin 11	GPIO 26	I/O	Contôle du moteur droit	`MS3_D`
Pin 12	GPIO 27	I/O	Contôle du moteur droit	`MS2_D`
Pin 13	GPIO 14	I/O	Contôle du moteur droit	`MS1_D`
Pin 14	GPIO 12	I/O (Strap)	Réservée		Configuration de la tension d'alimentation
Pin 15	N/A	P	Alimentation	`GND`
Pin 16	GPIO 13	I/O	Contôle du moteur gauche	`MS3_G`
Pin 17	GPIO 9	-	Flash interne		Ne pas réutiliser
Pin 18	GPIO 10	-	Flash interne		Ne pas réutiliser
Pin 19	GPIO 11	-	Flash interne		Ne pas réutiliser
Pin 20	GPIO 6	-	Flash interne		Ne pas réutiliser
Pin 21	GPIO 7	-	Flash interne		Ne pas réutiliser
Pin 22	GPIO 8	-	Flash interne		Ne pas réutiliser
Pin 23	GPIO 15	I/O (Strap)	Contôle du moteur gauche	`MS2_G`
Pin 24	GPIO 2	I/O (Strap)	Contôle du moteur gauche	`MS1_G`
Pin 25	GPIO 0	I/O (Strap)	Démarrage	`BOOT`	Boot SPI ou Upload
Pin 26	GPIO 4	I/O	data neopixel	`DATA_LED`	Sortie pour bus NeoPixels
Pin 27	GPIO 16	I/O	Contôle du moteur gauche	`STEP_G`
Pin 28	GPIO 17	I/O	Contôle du moteur gauche	`DIR_G`
Pin 29	GPIO 5	I/O (Strap)	VSPI	`CS1`	Chip Select 1 SPI
Pin 30	GPIO 18	I/O	VSPI	`SCK`	Horloge SPI
Pin 31	GPIO 19	I/O	VSPI	`MISO`	Entrée SPI
Pin 32	N/A	-	NC	Aucun	Non connectée
Pin 33	GPIO 21	I/O	I2C	`I2C_SDA`	Signal de données I2C
Pin 34	GPIO 3	I/O	UART	`RXD0`	Broche de reception
Pin 35	GPIO 1	I/O	UART	`TXD0`	Broche d'émission
Pin 36	GPIO 22	I/O	I2C	`I2C_SCL`	Signal d'horloge I2C
Pin 37	GPIO 23	I/O	VSPI	`MOSI`	Sortie SPI
Pin 38	N/A	P	Alimentation	`GND`
Pin 39	N/A	THERMAL PAD	Alimentation	`GND`

Guide pour le PCB Layout

PCB à 4 couches :

Couche	Signaux
1	Traces et composants
2	Plan de ground `GND`
3	Alimentations
4	Traces de signaux et d'alimentations (pas de composant si possible)

Garder 15 mm d'espaces sur les 3 côtés de l'antenne.

Microgiciel (Firmware)

Numéros de broches

Les numéros de broches sont configurés dans le fichier board_mapping.h.

UART

Pensez à assigner les bons numéros de broches :

Serial.setPins(GPIO_UART_TX, GPIO_UART_RX);
Serial.begin(115200);

Dans le fichier platformio.ini, utiliser la configuration suivante pour empêcher un Reset à l'ouverture du terminal :

monitor_rts = 0
monitor_dtr = 0

Documentation Espressif Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART)

I2C

Pensez à assigner les bons numéros de broches :

Wire.begin(GPIO_I2C_SDA, GPIO_I2C_SCL);

Documentation Espressif Inter-Integrated Circuit (I2C)

Adresses par défaut

Composant	Adresse
CMPS12	0x60
MCX6655	0x15

SPI

La carte utilise le bus SPI2 (HSPI). Pensez à assigner les bons numéros de broches :

SPI.begin(GPIO_VPSI_SCK, GPIO_VPSI_MISO, GPIO_VPSI_MOSI, GPIO_VPSI_CS1);

SPI 0 et 1 sont utilisés à l'interne du module.

Documentation Espressif SPI Master Driver

Références :

Guru Meditation Error: Core 1 panic'ed (LoadProhibited). Exception was unhandled.

Erreur à investiguer, le microcontrôleur redémarre après quelques secondes.

Exemple 1

Guru Meditation Error: Core  1 panic'ed (LoadProhibited). Exception was unhandled.

Core  1 register dump:
PC      : 0x40085038  PS      : 0x00050331  A0      : 0x800811e9  A1      : 0x3ffbef3c
A2      : 0x00000010  A3      : 0x00018010  A4      : 0x000637ff  A5      : 0x3ffbef1c
A6      : 0x00000008  A7      : 0x3ffbdc94  A8      : 0x00000000  A9      : 0x00000000  
A10     : 0x0000464f  A11     : 0x3ffbd3c0  A12     : 0x80081c71  A13     : 0x3ffbeefc  
A14     : 0x3ffc18c8  A15     : 0xfffffbff  SAR     : 0x00000007  EXCCAUSE: 0x0000001c
EXCVADDR: 0x800811f5  LBEG    : 0x40084b65  LEND    : 0x40084b6d  LCOUNT  : 0x00000027  


Backtrace:0x40085035:0x3ffbef3c |<-CORRUPTED




ELF file SHA256: 0000000000000000

Quelques secondes plus tard.

Guru Meditation Error: Core  1 panic'ed (LoadProhibited). Exception was unhandled.

Core  1 register dump:
PC      : 0x40085038  PS      : 0x00050331  A0      : 0x800811e9  A1      : 0x3ffbef3c  
A2      : 0x00000010  A3      : 0x00018010  A4      : 0x000637ff  A5      : 0x3ffbef1c  
A6      : 0x00000008  A7      : 0x3ffbdc94  A8      : 0x00000000  A9      : 0x00000000
A10     : 0x0000464f  A11     : 0x80000001  A12     : 0x80081c71  A13     : 0x3ffbeefc  
A14     : 0x3ffc18c8  A15     : 0xfffffbff  SAR     : 0x00000007  EXCCAUSE: 0x0000001c
EXCVADDR: 0x800811f5  LBEG    : 0x40084b65  LEND    : 0x40084b6d  LCOUNT  : 0x00000027  


Backtrace:0x40085035:0x3ffbef3c |<-CORRUPTED




ELF file SHA256: 0000000000000000

Rebooting...
ets Jul 29 2019 12:21:46

rst:0xc (SW_CPU_RESET),boot:0x13 (SPI_FAST_FLASH_BOOT)
configsip: 0, SPIWP:0xee
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entry 0x400805e4

cegep-electronique-programmable / robot-balance-2023 Goto Github PK