चित्र 08 · रोबोटिक्स लैब · दो I2C तारों से सोलह सर्वो पल्स

PCA9685 सर्वो आर्म

Arduino Nano

चित्र लोड हो रहा है…

बेंच

अभी कोई रीडिंग नहीं

PWM फ़्रीक्वेंसी

अभी कोई रीडिंग नहीं

करंट की खपत

0 mA

बनाएँ और खराबी डालें

1निर्माणअगला
खाली PCB तक उतारें
नीले बोर्ड से हर पुर्ज़ा निकाल दें। आप इसे फ़ैक्टरी वाले क्रम में वापस लगाएँगे: पहले चिप, MOSFET और छोटे पुर्ज़े, फिर हेडर, टर्मिनल और कैपेसिटर।
2
SMD पुर्ज़ों का पिक-एंड-प्लेस, फिर रीफ़्लो
3
I2C हेडर और चारों सर्वो ब्लॉक लगाएँ
4
V+ टर्मिनल लगाएँ
5
C2, 470 µF, सही दिशा में लगाएँ
6
थ्रू-होल पुर्ज़े सोल्डर करें
7
Nano जोड़ें
8
आर्म के सर्वो चैनल 0-2 में लगाएँ
9
पैक को V+ टर्मिनल में कसें
10
बेंच को पावर दें
11
‘आर्म को बीच में करें’ अपलोड करें
12
‘बेस घुमाएँ’ अपलोड करें
13
‘पिक-एंड-प्लेस’ अपलोड करें
14
‘I2C स्कैन’ अपलोड करें
15
पैक को उल्टा कसेंखराबी डालें
16
होल्डर में 14500 Li-ion सेल भरेंखराबी डालें
17
सर्वो को Nano के 5 V से पावर देंखराबी डालें
18
setPWMFreq(50) छोड़ देंखराबी डालें
19
A0 जंपर जोड़ देंखराबी डालें
20
C2 उल्टा लगाएँखराबी डालें
21
SDA पर कोल्ड जॉइंट छोड़ देंखराबी डालें
22
क्यूब पर ग्रिपर पूरा बंद करेंखराबी डालें
23
खुला हुआ दृश्य

जानबूझकर खराबी डालें

हर खराबी ऐसी है जिसमें असली बनाने वाले फँसते हैं। उसे चालू करें, बेंच पर लक्षण पढ़ें, फिर उसे ठीक करें।

पैक उल्टा कसा हुआ
उल्टी पोलैरिटी
ऐसा क्यों होता है
लक्षण: कुछ नहीं हिलता और कुछ गरम नहीं होता; हरी LED जलती रहती है।
Q1 एक P-MOSFET है जिसका गेट GND पर है। V+ नेगेटिव होने पर इसका बॉडी डायोड रिवर्स-बायस्ड होता है और इसका गेट वोल्टेज इसे चालू करने के लिए गलत दिशा में होता है, इसलिए सर्वो तक कोई करंट नहीं पहुँचता। LED, VCC यानी Nano के 5 V से चलती है, इसलिए वह V+ के बारे में कुछ नहीं बताती।
उपाय: लीड आपस में बदलें: लाल V+ पर, काला GND पर। बगल वाले हेडर के V+ पिन पर ऐसी कोई सुरक्षा नहीं है।
V+ पर 16.8 V
गलत वोल्टेज
ऐसा क्यों होता है
लक्षण: सर्वो भिनभिनाते हैं, गरम होते हैं और हमेशा के लिए रुक जाते हैं। चिप और Nano ठीक रहते हैं।
SG90, 4.8 V के लिए बना है और ज़्यादा से ज़्यादा 6 V लेता है। चार 14500 Li-ion सेल 16.8 V देते हैं: मोटर और उसका ड्राइवर कुछ ही सेकंड में ज़्यादा गरम हो जाते हैं। Q1 (30 V) इसे आगे जाने देता है, वह सिर्फ़ पोलैरिटी के लिए है। 10 V रेटिंग वाला C2 भी अपनी रेटिंग से ऊपर है।
उपाय: एल्कलाइन AA (6 V) या NiMH (4.8 V), या 2 A या उससे ज़्यादा की 5 V सप्लाई इस्तेमाल करें। सर्वो बदलें, और C2 भी अगर वह फूल गया हो।
Nano के 5 V पर सर्वो
ब्राउन-आउट
ऐसा क्यों होता है
लक्षण: सर्वो फड़कते हैं, Nano बार-बार फिर से शुरू होता है और आर्म कभी कोई चाल पूरी नहीं करता।
चलते SG90 हर एक कुछ सौ mA लेते हैं, शुरू होते समय और ज़्यादा। USB और Nano के 500 mA फ़्यूज़ से होकर यह 5 V को तब तक नीचे खींचता है जब तक ATmega का ब्राउन-आउट डिटेक्टर (लगभग 2.7 V) उसे रीसेट न कर दे। सर्वो रुकते हैं, वोल्टेज सँभलता है, स्केच फिर से शुरू होता है।
उपाय: सर्वो को V+ टर्मिनल पर उनकी अपनी सप्लाई दें। Nano से आने वाला VCC सिर्फ़ चिप के लॉजिक के लिए है।
setPWMFreq(50) नहीं
गलत सेटिंग
ऐसा क्यों होता है
लक्षण: सर्वो फड़कते हैं, अपनी कमांड अनसुनी करते हैं और गरम हो जाते हैं।
begin() चिप को लगभग 1000 Hz पर छोड़ देता है: 1 ms से ज़रा छोटा फ़्रेम। 1.5 ms की पल्स उसमें समा नहीं सकती, इसलिए आउटपुट ज़्यादातर समय HIGH रहते हैं और सर्वो को कभी ऐसी पल्स लंबाई नहीं मिलती जो वे समझते हों।
उपाय: begin() के बाद pwm.setPWMFreq(50) बुलाएँ। एक ही फ़्रीक्वेंसी सोलहों चैनल के काम आती है।
0x41 पर बोर्ड
गलत सेटिंग
ऐसा क्यों होता है
लक्षण: सर्वो ढीले रहते हैं; स्केच चलता है और ऐसे प्रिंट करता है जैसे सब ठीक हो।
जुड़ा हुआ A0 जंपर पते में 1 जोड़ देता है। लाइब्रेरी 0x40 पर लिखती है, कोई स्वीकार नहीं करता, और 0x41 वाली चिप कभी नहीं जागती। I2C स्कैन 0x41 और 0x70 दिखाता है।
उपाय: पुल हटाएँ, या ड्राइवर को Adafruit_PWMServoDriver(0x41) से बनाएँ।
C2 उल्टा लगा
पुर्ज़ा उल्टा लगा
ऐसा क्यों होता है
लक्षण: V+ आते ही C2 फूलता है, सिसकारता है और फट जाता है।
इलेक्ट्रोलिटिक कैपेसिटर अपना चार्ज ऑक्साइड की एक पतली परत पर रखता है जो सिर्फ़ एक ही दिशा में काम करती है। उल्टा हो तो यह करंट बहने देता है, गरम होता है और फट जाता है।
उपाय: पावर हटाएँ, नया कैपेसिटर लगाएँ, पट्टी (माइनस) बाईं ओर, Q1 से दूर।
SDA पर कोल्ड जॉइंट
कोल्ड सोल्डर जॉइंट
ऐसा क्यों होता है
लक्षण: आर्म अटक-अटक कर चलता है: कुछ चालें देर से होती हैं, कुछ होती ही नहीं।
हर कमांड SDA से जाती है। जुड़ते-टूटते जोड़ से होकर कुछ राइट कभी नहीं पहुँचते, और अगली राइट पहुँचने तक चिप पुरानी पल्स भेजती रहती है।
उपाय: ताज़ा सोल्डर के साथ जोड़ को तब तक फिर से गरम करें जब तक वह पिन के चारों ओर एक चमकदार शंकु में न बह जाए।
क्यूब पर अटका ग्रिपर
ज़्यादा करंट
ऐसा क्यों होता है
लक्षण: ग्रिपर भिनभिनाता है, गरम होता है और पैक का करंट लगभग 450 mA उछल जाता है।
सर्वो को 0° कहा जाता है पर क्यूब उँगलियों को लगभग 72° पर रोक देता है। इसका पोटेंशियोमीटर बताता है कि यह जहाँ होना चाहिए उससे बहुत दूर है, इसलिए यह पूरी ताकत से धकेलता है: SG90 लगभग 360-550 mA पर अटकता है। प्लास्टिक के गियर घिस सकते हैं।
उपाय: सिर्फ़ तब तक बंद करें जब तक उँगलियाँ छू न लें (यहाँ 70°)। सर्वो सबसे अच्छा तब थामता है जब वह छूने से कुछ डिग्री आगे हो, अपनी चाल के आखिरी छोर पर नहीं।

बेंच से मिलिए

ड्राइवर बनाएँ, आर्म को बीच में करें, फिर पिक-एंड-प्लेस

सर्वो को हर 20 ms पर 600 से 2400 µs लंबी एक पल्स चाहिए, और वह उस कोण पर घूम जाता है जिसे वह लंबाई दर्शाती है। Adafruit PCA9685 बोर्ड एक साथ सोलह सर्वो के लिए ये पल्स बनाता है: Nano दो I2C तारों पर हर चैनल के अंक लिखता है, और चिप Nano की किसी मदद के बिना अपनी 25 MHz घड़ी से उन्हें भेजती रहती है। सर्वो की पावर अलग से, नीले V+ टर्मिनल पर, एक MOSFET से होकर आती है जो उल्टे लगे पैक को रोकता है। बोर्ड बनाएँ, एक Nano, एक 4 x AA पैक और तीन सर्वो वाला एक छोटा आर्म जोड़ें, फिर उससे एक फ़ोम क्यूब उठवाकर दूसरी तरफ़ रखवाएँ। फिर खराबी डालें: उल्टा पैक, Li-ion सेल, Nano के 5 V पर सर्वो, setPWMFreq(50) का न होना, गलत पता, उल्टा लगा बल्क कैपेसिटर, SDA पर कोल्ड जॉइंट और बहुत ज़ोर से दबाता ग्रिपर।

स्रोत

बेंच पर

चुना गया

स्केच प्रोग्राम स्टोरेज के 6,178 बाइट इस्तेमाल करता है

कोड: आर्म को बीच में करें

// PCA9685: I2C पर सर्वो पल्स
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>

Adafruit_PWMServoDriver pwm;   // बोर्ड अपने डिफ़ॉल्ट पते 0x40 पर

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pwm.begin();          // चिप को जगाता है (यह सोई हुई हालत में चालू होती है, हर आउटपुट LOW)
  pwm.setPWMFreq(50);   // 20 ms का फ़्रेम: प्रीस्केल 121, 4.88 µs के 4096 टिक
  for (int ch = 0; ch < 3; ch++) pwm.writeMicroseconds(ch, 1500);   // 1500 µs = 307 टिक: हर सर्वो 90° पर
  Serial.println("pca9685: 50 Hz, ch0-2 at 1500 us (307 ticks)");
}

void loop() {}   // करने को कुछ नहीं: चिप अपने आप पल्स भेजती रहती है

अभ्यास के काम

2 में से 0 काम

कोड लिखें, फिर जाँच चलाएँ। रन एक वर्चुअल घड़ी और पहले से तय दुनिया इस्तेमाल करता है, इसलिए एक ही कोड का नतीजा हमेशा एक जैसा आता है।

माइक्रोसेकंड, टिक नहीं होते

Arduino C++

setPWM(ch, on, off) माइक्रोसेकंड नहीं, टिक लेता है: 50 Hz पर एक टिक 20000 / 4096 µs है। शुरुआती कोड 1500 ऐसे भेजता है जैसे वह µs हो, और setPWMFreq(50) भी भूल जाता है। ticksFor() ऐसे लिखें कि 1500 µs लगभग 307 टिक बने, 600 लगभग 123 और 2400 लगभग 492, और फ़्रेम को 50 Hz पर सेट करें।

जाँच

अभी चलाया नहीं गयाचलता है
अभी चलाया नहीं गयाsetPWMFreq(50) से फ़्रेम को 50 Hz पर सेट करता है
अभी चलाया नहीं गया1500 µs, 306-308 टिक बनता है
अभी चलाया नहीं गया600 µs, 122-124 टिक बनता है
अभी चलाया नहीं गया2400 µs, 490-493 टिक बनता है
अभी चलाया नहीं गयाचैनल 0, 50 Hz फ़्रेम में 1500 µs की पल्स भेजता है

संकेत

ticks = us x 4096 / 20000। पहले गुणा करें, फिर भाग दें, वरना भिन्न खो जाता है।
1500 x 4096, 60 लाख से ज़्यादा है, Nano पर int के लिए बहुत बड़ा: पहले uint32_t में cast करें।
pwm.setPWMFreq(50); ठीक pwm.begin(); के बाद आता है।

माइक्रोसेकंड, टिक नहीं होते के लिए कोड

नॉब से बेस घुमाएँ

Arduino C++

A0 पर एक 10 kΩ पोटेंशियोमीटर जोड़ें और उससे बेस चलवाएँ: नॉब पूरा नीचे 0° है, आधे पर 90°, पूरा ऊपर 180°। शुरुआती कोड हमेशा 90° भेजता है। नॉब पढ़ें, 0-1023 को 0-180° पर map करें और वह भेजें।

जाँच

अभी चलाया नहीं गयाचलता है
अभी चलाया नहीं गयाanalogRead(A0) से नॉब पढ़ता है
अभी चलाया नहीं गयानॉब आधे पर: बेस लगभग 90° पर
अभी चलाया नहीं गयानॉब नीचे: 0° = 600 µs
अभी चलाया नहीं गयानॉब ऊपर: 180° = 2400 µs

संकेत

int deg = map(analogRead(A0), 0, 1023, 0, 180);
उसके बाद वाली लाइन पहले से डिग्री को 600-2400 µs में बदलती है।
report() सिर्फ़ कोण बदलने पर प्रिंट करता है, ताकि Serial monitor पढ़ने लायक रहे।

नॉब से बेस घुमाएँ के लिए कोड

बनाएँ और खराबी डालें

1निर्माणअगला

खाली PCB तक उतारें

नीले बोर्ड से हर पुर्ज़ा निकाल दें। आप इसे फ़ैक्टरी वाले क्रम में वापस लगाएँगे: पहले चिप, MOSFET और छोटे पुर्ज़े, फिर हेडर, टर्मिनल और कैपेसिटर।

SMD पुर्ज़ों का पिक-एंड-प्लेस, फिर रीफ़्लो

I2C हेडर और चारों सर्वो ब्लॉक लगाएँ

V+ टर्मिनल लगाएँ

C2, 470 µF, सही दिशा में लगाएँ

थ्रू-होल पुर्ज़े सोल्डर करें

Nano जोड़ें

आर्म के सर्वो चैनल 0-2 में लगाएँ

पैक को V+ टर्मिनल में कसें

बेंच को पावर दें

‘आर्म को बीच में करें’ अपलोड करें

‘बेस घुमाएँ’ अपलोड करें

‘पिक-एंड-प्लेस’ अपलोड करें

‘I2C स्कैन’ अपलोड करें

पैक को उल्टा कसेंखराबी डालें

होल्डर में 14500 Li-ion सेल भरेंखराबी डालें

सर्वो को Nano के 5 V से पावर देंखराबी डालें

setPWMFreq(50) छोड़ देंखराबी डालें

A0 जंपर जोड़ देंखराबी डालें

C2 उल्टा लगाएँखराबी डालें

SDA पर कोल्ड जॉइंट छोड़ देंखराबी डालें

क्यूब पर ग्रिपर पूरा बंद करेंखराबी डालें

खुला हुआ दृश्य

बेंच से मिलिए

ड्राइवर बनाएँ, आर्म को बीच में करें, फिर पिक-एंड-प्लेस

बेंच पर

चुना गया

स्केच प्रोग्राम स्टोरेज के 6,178 बाइट इस्तेमाल करता है

कोड: आर्म को बीच में करें

// PCA9685: I2C पर सर्वो पल्स
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>

Adafruit_PWMServoDriver pwm;   // बोर्ड अपने डिफ़ॉल्ट पते 0x40 पर

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pwm.begin();          // चिप को जगाता है (यह सोई हुई हालत में चालू होती है, हर आउटपुट LOW)
  pwm.setPWMFreq(50);   // 20 ms का फ़्रेम: प्रीस्केल 121, 4.88 µs के 4096 टिक
  for (int ch = 0; ch < 3; ch++) pwm.writeMicroseconds(ch, 1500);   // 1500 µs = 307 टिक: हर सर्वो 90° पर
  Serial.println("pca9685: 50 Hz, ch0-2 at 1500 us (307 ticks)");
}

void loop() {}   // करने को कुछ नहीं: चिप अपने आप पल्स भेजती रहती है

माइक्रोसेकंड, टिक नहीं होते

Arduino C++

जाँच

अभी चलाया नहीं गयाचलता है
अभी चलाया नहीं गयाsetPWMFreq(50) से फ़्रेम को 50 Hz पर सेट करता है
अभी चलाया नहीं गया1500 µs, 306-308 टिक बनता है
अभी चलाया नहीं गया600 µs, 122-124 टिक बनता है
अभी चलाया नहीं गया2400 µs, 490-493 टिक बनता है
अभी चलाया नहीं गयाचैनल 0, 50 Hz फ़्रेम में 1500 µs की पल्स भेजता है

संकेत

ticks = us x 4096 / 20000। पहले गुणा करें, फिर भाग दें, वरना भिन्न खो जाता है।
1500 x 4096, 60 लाख से ज़्यादा है, Nano पर int के लिए बहुत बड़ा: पहले uint32_t में cast करें।
pwm.setPWMFreq(50); ठीक pwm.begin(); के बाद आता है।

माइक्रोसेकंड, टिक नहीं होते के लिए कोड

PCA9685 सर्वो आर्म

बेंच

बनाएँ और खराबी डालें

खाली PCB तक उतारें

SMD पुर्ज़ों का पिक-एंड-प्लेस, फिर रीफ़्लो

I2C हेडर और चारों सर्वो ब्लॉक लगाएँ

V+ टर्मिनल लगाएँ

C2, 470 µF, सही दिशा में लगाएँ

थ्रू-होल पुर्ज़े सोल्डर करें

Nano जोड़ें

आर्म के सर्वो चैनल 0-2 में लगाएँ

पैक को V+ टर्मिनल में कसें

बेंच को पावर दें

‘आर्म को बीच में करें’ अपलोड करें

‘बेस घुमाएँ’ अपलोड करें

‘पिक-एंड-प्लेस’ अपलोड करें

‘I2C स्कैन’ अपलोड करें

पैक को उल्टा कसेंखराबी डालें

होल्डर में 14500 Li-ion सेल भरेंखराबी डालें

सर्वो को Nano के 5 V से पावर देंखराबी डालें

setPWMFreq(50) छोड़ देंखराबी डालें

A0 जंपर जोड़ देंखराबी डालें

C2 उल्टा लगाएँखराबी डालें

SDA पर कोल्ड जॉइंट छोड़ देंखराबी डालें

क्यूब पर ग्रिपर पूरा बंद करेंखराबी डालें

खुला हुआ दृश्य

जानबूझकर खराबी डालें

पैक उल्टा कसा हुआ

V+ पर 16.8 V

Nano के 5 V पर सर्वो

setPWMFreq(50) नहीं

0x41 पर बोर्ड

C2 उल्टा लगा

SDA पर कोल्ड जॉइंट

क्यूब पर अटका ग्रिपर

लाइव स्थिति

करंट की खपत

ख़ुद को जाँचें

इसके बाद: थ्रू-होल पुर्ज़े सोल्डर करें

इसके बाद: ‘पिक-एंड-प्लेस’ अपलोड करें

इसके बाद: क्यूब पर ग्रिपर पूरा बंद करें

बेंच के अंत की क्विज़

बेंच से मिलिए

स्रोत

बेंच पर

अभ्यास के काम

माइक्रोसेकंड, टिक नहीं होते

जाँच

नॉब से बेस घुमाएँ

जाँच

PCA9685 सर्वो आर्म

बेंच

बनाएँ और खराबी डालें

खाली PCB तक उतारें

SMD पुर्ज़ों का पिक-एंड-प्लेस, फिर रीफ़्लो

I2C हेडर और चारों सर्वो ब्लॉक लगाएँ

V+ टर्मिनल लगाएँ

C2, 470 µF, सही दिशा में लगाएँ

थ्रू-होल पुर्ज़े सोल्डर करें

Nano जोड़ें

आर्म के सर्वो चैनल 0-2 में लगाएँ

पैक को V+ टर्मिनल में कसें

बेंच को पावर दें

‘आर्म को बीच में करें’ अपलोड करें

‘बेस घुमाएँ’ अपलोड करें

‘पिक-एंड-प्लेस’ अपलोड करें

‘I2C स्कैन’ अपलोड करें

पैक को उल्टा कसेंखराबी डालें

होल्डर में 14500 Li-ion सेल भरेंखराबी डालें

सर्वो को Nano के 5 V से पावर देंखराबी डालें

setPWMFreq(50) छोड़ देंखराबी डालें

A0 जंपर जोड़ देंखराबी डालें

C2 उल्टा लगाएँखराबी डालें

SDA पर कोल्ड जॉइंट छोड़ देंखराबी डालें

क्यूब पर ग्रिपर पूरा बंद करेंखराबी डालें

खुला हुआ दृश्य

जानबूझकर खराबी डालें

पैक उल्टा कसा हुआ

V+ पर 16.8 V

Nano के 5 V पर सर्वो