Прошивка для платы управления двигателем RMD-X8 Pro⁠⁠

В рамках создания комплекса экзокисти под управлением нейрокомпьютерного интерфейса написал прошивку для Arduino Mega, которая через CAN-контроллер управляет серводвигателем RMD-X8 Pro, приводящим в движение механизм экзокисти. Модель экзокисти создавали наши студенты, прошивка представляла собой скетч, вырезанный из другого проекта, двигатель мог управляться только с помощью джойстика. Причем джойстик при движении вперед раскручивал двигатель вперед, а при отклонении джойстика в обратную сторону постепенно останавливал его и начинал неконтролируемые движение в обратном направлении. При остановке джойстика движение также не прекращалось. Контроля углов вращения не было.

Особенность этого двигателя в том, что при вращении вала двигателя на 360 градусов редуктор примерно в четыре раза уменьшает угол поворота, а энкодер двигателя контролирует вращение только на 360 градусов по валу двигателя, что фактически является только четвертью полного оборота. При прохождении отметки в 360 градусов энкодер сбрасывался в ноль и считал данные заново.

Для двигателя есть настроечная программа, которая работает по протоколу serial-232, имеются варианты интерфейса двигателей с RS485 у которого больше возможностей, чем у CAN, который через один датафрейм может передать максимум 8 байт. В тестовой вкладке программы настройки примеры интерфейса управлением двигателя работают не так, как хотелось бы, но зато оказалось, что там есть команды, не описанные в документации. При использовании тестовых режимов программа указывает, какие данные она пересылает в датафрейме, и стало видно, что кроме команд позиционирования А1-А6 также используются команды А7 и А8, и последняя команда как раз подошла для нашей задачи.

Сейчас прошивка реализована следующим образом: от джойстика или от внешней управляющей программы (в итоге это будет нейрокомпьютерный интерфейс) приходит команда, что нужно выставить угол экзокисти в заданное значение. Прошивка определяет текущее положение двигателя, если угол больше, то подается команда на движение в обратную сторону, положение кисти постоянно контролируется.

Энкодер двигателя очень чувствительный – он позволяет позиционировать двигатель с точностью до сотых долей градуса. При команде на остановку двигатель по инерции проходит еще несколько сотых градуса, и без усреднения данных положения энкодер постоянно пытался бы вернуть двигатель точно в заданное положение, опять бы проскакивал его по инерции и т.д., что вызывало бы постоянное дерганье. Усреднил показания позиции, разделил их на 100 и отбросил дробную часть, чтобы сравнивались только целые градусы углов, поскольку точность в 1 градус вполне достаточна, а лишних дерганий удается избежать.

Добавил в прошивку подстраховку, что в случае неисполнения двигателем команды на остановку она будет посылаться снова и снова, пока двигатель не остановится. Кроме того, есть команда на аварийное отключение двигателя, если что-то идет не так.

Также добавил в прошивку работу с внешними интерфейсами через последовательный порт в формате JSON, через которые прошивка будет получать команды от внешней управляющей программы. На Java написана ретранслирующая программа, которая принимает пакеты по протоколу UDP, пересылает их в Ардуино по serial, с последовательного же порта получает ответ от платы и пересылает его обратно в управляющую программу высокого уровня по UDP. Это необходимо для обратной совместимости со сторонним программным обеспечением.