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Servo Motoren

Raspberry PI + Servo

Ansteuerung eines Standard Servos mit dem Raspberry PI 3.

Für die spätere Verwendung auf einem Roboter soll der Servo in +/- Grad mit Bezug zur Mittelstellung gesteuert werden.

Weiterhin soll für den Servo, da die beiden Hardware PWMs schon für einen anderen Zweck verwendet werden, der Software PWM zur Anwendung kommen.

Auf die Funktionsweise eines Servos gehe ich hier nicht ein, dies kann bei Bedarf bei http://rn-wissen.de/wiki/index.php/Servos oder anderen Websites nachgelsen werden.


Hardware

PI3 (oder älter bitte auf die richtigen Pins achten)
Standard-Servo
Diverse Kabel ( Vorgefertigte Pin-Header Kabel)


Aufbau

GPIOs

  • Ansteuerung des Servos GPIO 27

(Die GPIOs gelten nur in Verbindung mit pi4j und wirePi)

 

Plan

 


Software

Entwicklungsumgebung

Als Entwicklungsumgebung verwende ich BlueJ auf dem PI selbst. Hiermit habe ich die folgenden Klassen erstellt.


Code

Erste Testklasse

Hier die erste Testklasse welche alle Positionen des Servos mal abfährt.

[gistpen id=“232″]

Servo-Klasse

Klasse zur Steuerung des Servos. Die zwei wichtigsten Methoden sind:

  • setPos – Setzen der Position, Wertebereich von posMin bis posMax wobei (posMax-posMin+1)  die Mittelstellung ist.
  • setDeg – Diese Methode projeziert die eingegebende Gradzahl auf die möglichen positionen (sehr ungenau 🙁 )

[gistpen id=“228″]

Test-Klasse

Klasse mit Main-Methode zum Testen des Servos. In der Main-Methode werden alle Positionen abgefahren wobei die Positionierung über den Winkel relativ zur 0 Position erfolgt.

[gistpen id=“230″]


Tips

Das Positionieren über die PI4j Lib ist sehr ungenau für die 180° Bewegungspielraum des Servos stehen gerade mal rund 20 (+-2) Positionen zur Verfügung. Das sind rund 9° pro Position.  Evtl. sollte man vorher testen welche Positionen für den Aktuellen Zweck am besten geeignet sind. Sollte der genaue Winkel wichtig sein, ist es besser diesen vorab zu messen als ihn über die setDeg Methode berechnen zu lassen.

Es gibt noch weitere Lib’s (Servoblast, … ) die evtl genauer sind, evtl müsste man auch überlegen die Programmiersprache zu wechseln und dann den Ensprechenden Code über das Nativ-Interface anzusprechen bzw. irgendwie anders 😉 .


Einen anderen Weg gehen …

Ich habe versucht den Software PWM innerhalb eines Threads laufen zu lassen, jedoch ohne Erfolg. Der Servo weigert sich zu funktionieren.  Über die Ursache hierfür bin ich mir noch im unklaren ich nehme allerdings an, dass hierdurch der Timer zerschossen wird.

Nach diversen Tests mit unterschiedlichen Frequenz-Einstellungen habe ich mich entschlossen ServoBlaster od.  besser die PI variante (PiBits) zu verwenden. Die Installation gestaltet sich einfach wie folgt.

[gistpen id=“257″ ]

Jetzt muss der ServoBlaster nur noch über Java angesprochen werden. Hier ein einfaches Beispiel zum testen.

… kommt noch

Die Implementierung in anständigen Klassen sieht dann wie folgt aus.

… kommt noch


Tips für den neuen Weg

Wenn die exec Funktion von Java nix macht ist hier ein guter Link zum Bugfixing.

http://www.javaworld.com/article/2071275/core-java/when-runtime-exec—won-t.html

Weiterhin könnte es helfen nicht die Println Methode zu verwenden, da zumindest mein PI den Abschluss der Zeile nicht richtig interpretieren konnte. (Beispiel „5=100\n)“ sollte funktionieren).

 

Quellen

http://razzpisampler.oreilly.com/ch05.html
https://github.com/Pi4J/pi4j/blob/master/pi4j-example/src/main/java/MaestroServoExample.java
https://www.bluej.org/raspberrypi/ServoMotor.html
https://phyks.me/2015/05/controlling-servomotors-on-a-raspberry-pi.html
http://rn-wissen.de/wiki/index.php/Servos
https://github.com/richardghirst/PiBits/tree/master/ServoBlaster

Raspberry Pi Servo Motor Steuerung

Between 0 and 1 – PWM with Raspberry Pi

 


Anhang

Pin-Belegung

 

Pi4J + BlueJ

Da ich am liebsten im Java programmiere, verwende ich die Bibliothek Pi4J zur Ansteuerung der GPIOs am Raspberry Pi 2 und 3.

Auf die Installation der Bibliothek werde ich nicht näher eingehen, da dies auf den folgenden Webseiten schon erschöpfend beschrieben wurde.

http://pi4j.com/install.html
http://pi4j.com/utility/pi4j.html
http://www.forum-raspberrypi.de/Thread-tutorial-ansteuerung-der-gpio-ports-mit-pi4j

Auch wichtig zu wissen ist, dass Pi4J auf der wiringPI Bibliothek aufbaut und diese natürlich mit installiert werden muss.

Als Entwicklungsumgebung verwende ich BlueJ, weil man hier auch gleich noch ein Klassendiagramm mit bekommt.

Also Doku gibts genug, warum dann dieser Beitrag?

Ich möchte nach und nach eine kleine FaQ erstellen mit den Problemen die ich während der Nutzung dieser beiden Tools hatte, habe und haben werde.

Die Ports machen nix

In der alten Version vom BlueJ, scheint in den Einstellungen das Flag zur Auführung als Root nicht richtig initialisiert zu sein. Nach dem Start von BlueJ einfach das Flag entfernen und wieder rein machen dann gehts. Dieses Problem scheint in der aktuellen Version behoben zu sein.

Sollte es dann immer noch nicht klappen einfach mal die IOs auf der Console testen. Hilfe gibts hier oder hier.

Soweit ich weiss muss man zur Ansteuerung der GPIOs root (od. sudo) rechte besitzen. Der Benutzer pi ist ensprechend gut ausgestattet und eignet sich am Besten für erste Tests. (Man soll sich ja nicht mehr als root anmelden ;( ).

Nach dem Upgrade geht nix mehr

Ich habe meinen Raspberry auf die neuste Version aktualisiert. Hierbei wurde auch der Kernel auf die Version 4.9.32 aktualisiert. Danach gingen die GPIOs nicht mehr. Ein Downgrade des Kernels auf die Version 4.4.50 hat das Problem erstmal gelöst. Hilfe hierzu gibt es hier und hier.

Software PWM beim Servo

Für ca. 180° stehen beim Software PWM leider nur 20 Stellungen/Schritte für den Servo zur Verfügung was ca. 9° pro Schritt entspricht.
Weiterhin gibt es durch andere Funktionen im Betriebssystem oft gewackel am Servo (jitter). Man sollte ihn so programmieren, dass die entsprechende Stellung angefahren wird und dann den PWM wieder ausschalten.

Eine bessere Möglichkeit ist natürlich einen Hardware PWM zu verwenden, wenn man noch einen frei hat ;).

Andere Bibliotheken die besser funktionieren sollen habe ich noch nicht getestet hier eine kleine Auflistung, diese müssten dann gegebenen Falls mit dem Java Native Interface angesteuert werden:

Weiteres zu PWM [1] [2] [3]

Weiter Probleme werden sicherlich folgen ….