Peltorobotin akselimoduulin kontrolleri

Transkriptio

1 Peltorobotin akselimoduulin kontrolleri Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt B.Sc. Joni Rannisto (Mech.) Janne Hafrén (Mech.) Matti Koskinen (Mech.)

2 Esitelmän rakenne 1. Tehtävänanto ja vaatimukset 2. Elektroniikkasuunnittelu 3. Ohjelma 4. Ongelmat projektin aikana 5. Aikataulu 6. Projektin anti 7. Demo

3 Tehtävänanto Peltorobotin voimansiirto perustuu sähkökäyttöön. Vetäviä ja kääntyviä pyöriä hallitaan DC moottoreilla ja RC-servoilla. Yhden akselin veto ja ohjaus alennusvaihteistoineen ja ohjaimineen paketoidaan akselimoduuliksi, joita tehdään yksi varaosaksi. Komentaminen tapahtuu CAN-väylän avulla. Moduuleita tehdään 3 kpl, identtisiä. Akselimoduulin kaikkien toimintojen ohjaamiseen ei löydy valmista kaupallista ohjainta joka täyttäisi vaatimukset. Tämän vuoksi pitää suunnitella ja rakentaa oma ohjain; valitsemalla soveltuvat elektroniikkakomponentit, suunnittelemalla piirilevy joka kestää ~80A virran. Lisäksi ohjaimessa tarvittava mikrokontrolleri tarvitsee ohjelman, CAN-kommunikoinnin sekä säätimien toteutuksen ja virityksen.

4 Vaatimusten määrittely Pitkälti tehtävänannon mukaan Monin osin vastaava kuin edellisinä vuosina, suurimpina eroina CAN-kommunikaatio Moottorin virran mittaus Ajoakun jännitteen mittaus Vikatila

5 Vaatimusten määrittely (1) control the driving motor speed and direction (PWM) control the steering servo (PWM) control some LEDs (mode indicators) read potentiometer signal (servo feedback) read encoder signal (driving motor feedback) measure the driving motor temperature measure the driving motor voltage measure the driving motor current communicate via CAN bus with the rest of the robot get commands from the robot s computer send data to the robot (e.g. driving speed and steering angle)

6 Vaatimusten määrittely (2) have four modes: error mode send error message off mode open loop drive the robot controlled by a remote controller (direct commands from the user via CAN bus) closed loop drive the robot by a given set value of speed (feedback from encoder) there were also some physical limitations for the controller, which are listed below. the motor, h-bridge transistors and voltage regulators heat up the size of the printed circuit board is limited the currents on the board are relatively high, up to 40A in motor acceleration

7 Elektroniikkasuunnittelu Kenelläkään ei aiempaa kokemusta elektroniikkasuunnittelusta Perustui edellisen vuoden ohjaimeen, mutta myös monia muutoksia ja parannuksia Tehtiin käyttäen KiCADiä Ensin kytkentäkaavio, sitten footprintit, komponenttien sijoittelu ja kupariliuskat

8

9

10 Valmistaminen Piirilevyt valmistettiin mekatroniikan oppimisympäristössä itse etsaamalla Komponentit juotettiin ja testaus suoritettiin samassa paikassa

11 Ohjelma 4 moodia: pois päältä avoin säätö suorat ohjauskomennot suljettu säätö PI-säätö asetusarvolla virhetila Yhteydenpito CAN-väylän kautta Vastaanottaa ohjauskomennot Lähettää dataviestejä: nopeus- ja matkatiedot sekä diagnostiikkatiedot Virhetilassa lähetetään virheviesti Yksi pääajastin joka aikatauluttaa toiminnot Mikrokontrollerin voi ohjelmoida sekä ISP-väylän että RS-232 väylän kautta

12 Virheistä oppii Kun suunnittelu oli valmis ja ensimmäinen levy valmistettiin, alkoi tapahtua kummia Ohjelmointi ei toimi ISP-liittimen pinnijärjestys väärä Enkooderin lukeminen ei onnistu Enkooderi kytketty pinniin, joka ei tue keskeytyksiä H-silta ei toimi MOSFET:ien pinnijärjestys väärä Ajovirran mittaus ei toimi Vastus kytketty väärin

13 Ajankäyttö Projekti valmistui kutakuinkin aikataulussa, mutta työmäärä oli paljon oletettua suurempi. Lähes kaikissa työvaiheissa kului oletettua enemmän aikaa Pääasiallisena syynä ongelmien selvittämiseen ja korjaamiseen kulunut aika Levystä jouduttiin tekemään kolme eri versiota, joista viimeisin toimii

14 Ajankäyttö

15 Lopputulos Kontrolleri toimii ja tekee mitä pitääkin

16

17 Mitä opittiin Elektroniikkasuunnittelun perusteet Käytännön rakentelua, kolvausta, vianetsintää Ohjelman suunnittelu ja toteutus mikrokontrollerille Verkotetussa järjestelmässä toimivan kontrollerin toimintaperiaatteet Itseluottamusta siihen, että myös koneinsinööri pystyy kuin pystyykin tekemään toimivaa elekrtoniikkaa