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7.11 Somatosensorische Steuerung

Wenn Sie viele Robotik-Filme gesehen haben, ist Ihnen diese Vorstellung wahrscheinlich nicht fremd. Der Protagonist bewegt sein Handgelenk und der riesige Roboter folgt der Bewegung; der Protagonist ballt die Faust, und auch der Roboter tut dies. Es sieht einfach cool aus.

Diese Technologie findet bereits breite Anwendung in Universitäten und Forschungsinstituten. Die Einführung von 5G wird ihre Einsatzmöglichkeiten erheblich erweitern. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Fernbedienung des „Chirurgie-Roboters da Vinci“.

Ein Robotiksystem dieser Art besteht in der Regel aus zwei Modulen: einem Modul zur Erfassung menschlicher Bewegungen und einem Aktuator-Modul für den Roboterarm (in manchen Anwendungen gibt es auch ein Datenkommunikationsmodul).

Hier kommt der MPU6050 zum Einsatz, um menschliche Bewegungen zu erfassen (indem er an einem Handschuh befestigt wird), während ein Servomotor die Bewegung des Roboterarms simuliert.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt werden die folgenden Komponenten benötigt.

Ein Gesamtkit zu erwerben ist definitiv praktisch. Hier ist der Link:

Bezeichnung	ARTIKEL IN DIESEM KIT	LINK
Kepler-Set	450+	Kepler Ultimate Kit

Alternativ können die Komponenten auch einzeln über die unten stehenden Links gekauft werden.

SN	KOMPONENTE	ANZAHL	LINK
1	Raspberry Pi Pico W	1	BUY
2	Micro-USB-Kabel	1
3	Steckbrett	1	BUY
4	Jumperkabel	Mehrere	BUY
5	MPU6050 Modul	1
6	Servo	1	BUY

Schaltplan

Der MPU6050 berechnet den Neigungswinkel basierend auf den Beschleunigungswerten in jeder Richtung.

Das Programm steuert den Servomotor so, dass er den entsprechenden Auslenkwinkel gemäß dem sich ändernden Neigungswinkel ausführt.

Verdrahtung

Code

Bemerkung

• Öffnen Sie die Datei 7.11_somatosensory_controller.py im Verzeichnis kepler-kit-main/micropython oder kopieren Sie den unten stehenden Code in Thonny. Klicken Sie dann auf „Aktuelles Skript ausführen“ oder drücken Sie einfach F5.

• Vergewissern Sie sich, dass der Interpreter „MicroPython (Raspberry Pi Pico)“ in der unteren rechten Ecke ausgewählt ist.

• Für detaillierte Anleitungen siehe Code direkt öffnen und ausführen.

• Hier müssen Sie auch die Dateien imu.py und vector3d.py verwenden. Bitte überprüfen Sie, ob sie auf Pico W hochgeladen wurden. Detaillierte Anweisungen finden Sie unter 1.4 Bibliotheken auf den Pico hochladen.

from imu import MPU6050
from machine import I2C, Pin
import time
import math

# Initialize I2C communication for MPU6050 accelerometer
i2c = I2C(1, sda=Pin(6), scl=Pin(7), freq=400000)
mpu = MPU6050(i2c)

# Initialize PWM for the servo on pin 16 with a frequency of 50Hz
servo = machine.PWM(machine.Pin(16))
servo.freq(50)

# Function to map a value from one range to another
def interval_mapping(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
    return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

# Function to calculate the Euclidean distance between two points
def dist(a, b):
    return math.sqrt((a * a) + (b * b))

# Function to calculate the rotation along the y-axis
def get_y_rotation(x, y, z):
    radians = math.atan2(x, dist(y, z))
    return -math.degrees(radians)

# Function to calculate the rotation along the x-axis
def get_x_rotation(x, y, z):
    radians = math.atan2(y, dist(x, z))
    return math.degrees(radians)

# Function to control the servo based on the angle
# Maps the angle (0-180) to the PWM duty cycle for servo control
def servo_write(pin, angle):
    pulse_width = interval_mapping(angle, 0, 180, 0.5, 2.5)  # Map angle to pulse width in ms (0.5ms to 2.5ms)
    duty = int(interval_mapping(pulse_width, 0, 20, 0, 65535))  # Convert pulse width to PWM duty cycle (0-65535)
    pin.duty_u16(duty)  # Set the duty cycle for the servo PWM

# Define the number of readings to average for smoother motion
times = 25

# Main loop
while True:
    total = 0
    # Take multiple readings to average the angle for smoothness
    for i in range(times):
        angle = get_y_rotation(mpu.accel.x, mpu.accel.y, mpu.accel.z)  # Get the y-axis rotation value from the accelerometer
        total += angle  # Accumulate the readings

    average_angle = int(total / times)  # Calculate the average angle
    # Map the average angle (-90 to 90) to the servo's movement range (0 to 180 degrees)
    servo_write(servo, interval_mapping(average_angle, -90, 90, 0, 180))

    time.sleep(0.1)  # Add a small delay to reduce jitter in the servo movement

Sobald das Programm läuft, wird der Servomotor sich nach links und rechts drehen, wenn Sie den MPU6050 neigen (oder Ihr Handgelenk bewegen, falls er an einem Handschuh montiert ist).