Autor: Jaroslav Páral (paral.jarek@gmail.com)
Cílem této práce bylo vytvořit univerzální dálkový ovládací pult, který se od běžně dostupných ovladačů liší tím, že umožňuje uživateli rozmístit si libovolně a v téměř neomezeném množství ovládací prvky.
Řadu let se věnuji modelářství a robotice. Během této doby jsem se mnohokrát dostal do situace, kde mi běžný ovladač nestačil, kdy byl k ničemu nebo kdy jeho používání bylo velmi komplikované.
Účastnil jsem se týmových vývojů několika robotických zařízení, která byla určena pro vykonávání speciálních úkolů, a pro tyto oblasti běžný ovladač nedostačoval.
Proto jsem se rozhodl, že vyrobím vlastní univerzální ovládací pult, který bude splňovat moje požadavky.
K finálnímu řešení jsem došel po vytvoření několika variant a návrhů. Tyto návrhy jsem konzultoval s lidmi, kteří měli podobné problémy jako já. Za nejvhodnější variantu jsem zvolil variabilní konstrukci, která se skládá z různých ovládacích modulů.
Nyní mám ovládací pult, do kterého mohu umístit ovládací prvky typu křížový ovladač, potenciometry, přepínače, tlačítka nebo letecký joystick a vytvořit si ovladač podle potřeb. Když bych potřeboval nové ovládací prvky, tak si je mohu vyrobit a snadno přidat.
Tento pult lze využít k ovládání robotů, modelů letadel, lodí, dopravní techniky nebo stavebních strojů.
Navíc koncept ovladače vyvinutého při této práci může sloužit pro zakázkovou výrobu ovladačů určených uživatelům s velmi specifickými požadavky.
Hlavním přínosem mé práce je, že jsem vytvořil jedinečný ovladač s velkými možnostmi úprav, který umožňuje vyzkoušet si různá uspořádání ovládacích prvků, přidat nové funkce nebo provést studii, ve které porovnám možnosti jednotlivých ovladačů, například kniplu, leteckého joysticku nebo gamepadu.
Dalším využitím této práce je možnost použít univerzální ovládací pult pro nalezení optimálního řešení uspořádání ovládacích prvků a následně k individuální výrobě ovladače podle přání zákazníka.
Ovladač se skládá z pultu a jednotlivých ovládacích modulů. Moduly jsou upevněny pomocí magnetů v pultu a jejich poloha je zajištěna technickou pěnou, která také kryje elektroniky.
Pult slouží jako nosná konstrukce pro všechny moduly. Modulem mohou být všechny ovládací prvky od křížových ovladačů, přes přepínače až po potenciometry. Ale také se může jednat o modul s 2,4 GHz vysílačem, informačním reproduktorem, stavovým displejem, smartphonem, správou napájení nebo GPS či bluetooth čipem.
Pult je vyroben z překližky o tloušťce 6 mm. Vnější rozměry pultu jsou přibližně 410 x 250 mm. Výška je cca. 50 mm. Uvnitř je umístěn pozinkový plech o rozměrech 400 x 240 mm. Veškeré moduly se připevňují k tomuto plechu.
Do nevyplněného prostoru se umísťují výplně vyrobené z tvrdé technické pěny o výšce 20 mm. Jejich rozměry jsou různé. Mohu je pokládat na spojovací kolíčky a tím zakrýt elektroniku a zároveň vytvořit pěkný a pohodlný povrch ovladače.
Momentálně jsou vyrobeny moduly pro ovládání (moduly s křížovými ovladači, přepínači a potenciometry) a také pro smartphone a pro 2,4 GHz modelářský vysílač (Jeti Duplex).
Všechny moduly jsou vyrobeny z hliníku o tloušťce 2,5 mm. Výška každého modulu je 41 mm. Jsou přichyceny pomocí neodymových magnetů k pozinkovému plechu, který je umístěn na dně ovládacího pultu. Každý modul obsahuje několik speciálních zámků, sloužících ke spojování modulů mezi sebou a zároveň k držení zakrývací výplně.
Jednotlivé moduly jsou spolu spojeny (svázány) pomocí různě dlouhých dřevěných kolíčků a speciálních zámků na modulech.
Do ovladače jsem si vytvořil vlastní elektroniku. Díky tomu mohu snímat hodnoty ze všech ovládacích prvků, komunikovat s dalšími zařízeními, upravovat a modifikovat program podle potřeby a zároveň mít nad vším plnou kontrolu.
Elektroniku si můžete stáhnout z repozitáře: yunicontrol_xmega32a4u_board.
Srdcem celého ovladače je řídící deska postavená na nové architektuře firmy Atmel. Jedná se o platformu AVR Xmega, která je nástupcem starší rodiny ATMega.
Konkrétně se jedná o čip ATxmega32A4U.
Řídící deska je vyvinuta tak, aby zastala základní funkce zcela samostatně. K jednoduchému řízení letadla či robota stačí jen tato deska. Až v případě, že by měl uživatel zájem o další funkce, může přidávat další tyto desky a vzájemně je propojovat.
Deska obsahuje micro-USB konektor, díky kterému je možné nahrávat nové verze softwaru bez jakéhokoliv programátoru a zároveň umožňuje komunikaci mezi PC a deskou pro případné předávaní dat a nastavování.
Elektronika je volně k dispozici pod licencí Creative Commont Attribution 3.0 Unported.
V řídící desce YuniControl mám vlastní software (viz popis níže). K dispozici je i aplikace od Vojty Bočka na Android, která momentálně umožňuje zobrazování dat z elektroniky.
Software je psán v prostředí Atmel Studio 6. K obsluze používám knihovny avrlib.
Aktuální uveřejněnou verzi softwaru naleznete v tomto repozitáři: yunicontrol_xmega32a4u_firmware.
Současně k software vyvíjím knihovny pro lepší, jednodušší a pochopitelnější práci s řídící deskou: yunicontrol_lib.
Momentálně software zvládá tyto úlohy:.
Ve vývoji jsou další funkce:.
Aplikaci pro mobilní telefony s operačním systémem Android mi vytvořil Vojta Boček. Jedná se spíše o modul do aplikace Lorris mobile což je soubor nástrojů, které pomáhají při vývoji robotů, embedded zařízení a všeho ostatního co posílá a přijímá data.
Modul YuniControl v aplikaci Lorris mobile zvládá tyto úlohy:
Další funkce by měli časem přibývat.
Hlavní předností univerzálního ovládacího pultu, která jej zcela odlišuje od běžných dálkových ovladačů, je možnost skládat do něj jednotlivé ovládací moduly ve stylu stavebnice Lego.
Jednoduše je tedy možné vzít ovládací prvek (typu tlačítko, přepínač nebo pákový ovladač) a umístit ho podle potřeby kamkoliv a vytvořit si tak ovladač přesně na míru, například pro složitý model trolejbusu.
Pult je vhodný pro testování různých způsobů uspořádání ovladačů a umožňuje vytváření zcela nových ovládacích zařízení, která zatím nikdo nevyrábí.
Zvlášť vhodný je pro aplikace, kde je pro uživatele nezbytné mít k dispozici větší množství ovládacích prvků a tyto ovládací prvky mít speciálně rozmístěny, například kvůli přesnému a rychlému ovládání
Neexistuje běžně dostupné zařízení, které by umožňovalo něco podobného jako tento ovladač.
Koncept ovladače vyvinutého při této práci by měl sloužit pro zakázkovou výrobu ovladačů určených uživatelům s velmi specifickými požadavky.
S tímto projektem jsem se zúčastnil několika soutěží ať již jako prezentaci samotné práce nebo při využití zařízení, která byla při práci vyvinuta.
Soupis jednotlivých soutěží i s výsledky a s odkazy na dokumentaci naleznete níže.
V roce 2011 jsem se se svým týmem zúčastnil celostátní soutěže Eurobot Starter v Praze, kde jsme s našim robotem (jmenoval se Chessbot) i díky přesnému a rychlému ovládání, vytvořeném v rámci tohoto projektu, vyhráli 1. místo.
Výsledky za rok 2011 (robot Chessbot)
Jelikož soutěž Eurobot Starter zanikla, přešli jsem na soutěž Bear Rescue Beginner, která se také konala v Praze v rámci Robotického dne 2012/2013.
V roce 2012 jsme po napínavém finálovém zápase skončili druzí, avšak o rok později, v roce 2013, jsme s novým týmem znovu dosáhli na absolutní vítězství.
Velkou část úspěchu tvořilo právě naše přesné a rychlé ovládání, které bylo optimalizované na danou soutěž.
Výsledky za rok 2012 (robot Chessbot)
Výsledky za rok 2013 (robot Xavier)
Zúčastnil jsem se také soutěže Středoškolská odborná činnost, kde jsem byl poprvé v roce 2011 s první verzí univerzálního dálkového ovládacího pultu.
V první generaci jsem vytvořil funkční prototyp, na kterém jsem odzkoušel fungování všech prvků, elektroniky a reálnou vyrobitelnost.
S prací jsem skončil na třetím místě v krajském kole.
Text práce: paral_soc_2011_text.pdf
Následující rok jsem představoval moji druhou generaci pultu.
Ta byla založena na konceptu ovládacích modulů, které se vkládají do obalu ovladače a mohu si jejich rozložení libovolně upravovat a měnit. Hlavní změny se odehráli v oblasti elektroniky, kde jsem přešel na novou koncepci a vytvořil tak od základu úplně novou elektroniku.
V roce 2012 jsme vyhrál 1. místo v krajském kole a postoupil jsem do celostátní přehlídky, která se ten rok konala v Kutné Hoře. V celostátním kole jsem skončil devátý, ale i kvůli velmi vysoké kvalitě ostatních prací, jsem byl s výsledkem spokojen.
Text práce: paral_soc_2012_text.pdf
Přílohy k práci: paral_soc_2012_prilohy.pdf
Práce na projektu pokračovali dále a já jsem se ve své třetí generaci zaměřil hlavně na mechanickou stránku věci a úpravy spojené s případnou kusovou výrobou.
Zároveň jsem se snažil doladit některé neduhy předchozí generace a představit v práci i mechanickou část, kterou jsem předtím neprezentoval.
Tato volba se ukázala jako velmi dobrá, jelikož mechanická stránka ovládacího pultu porotce velmi zaujala a i díky rozmanitosti celé práce (zasahuje jak do strojírenství, tak i do elektroniky a programování) jsem vyhrál 1. místo v celostátním kole a dosáhl jsem tím vytouženého úspěchu.
Text práce: paral_soc_2013_text_stroj.pdf
Přílohy k práci: paral_soc_2013_prilohy.pdf
Byl jsem v soutěži "Mikrokontroléry letí". Zúčastnil jsem se prvního ročníku, který se konal v roce 2012. Soutěž probíhala pod záštitou Ústavu teoretické a experimentální elektrotechniky FEKT VUT v Brně.
S moji prací jsem vyhrál první místo v kategorii středoškoláci/jednotlivci.
V roce 2013 proběhl druhý ročník této soutěže, kterého jsem se již nezúčastnil. Doporučil bych každému zájemci o elektroniku a programování, aby se na tuto soutěž podíval.
Pro více informací navštivte web soutěže.
Na závěr bych chtěl poděkovat všem, kteří mi s projektem pomáhali.
Jmenovitě:
Za dlouhodobé vedení mojí činnosti ať již v rámci SOČ nebo i ostatních soutěží a velké pomoci s formální stránkou mých prací.
Za nápady, podmětné připomínky a dlouhé diskuze spojené s technickou stránkou věci.
Za velkou trpělivost a pomoc při vysvětlování a řešení jednotlivých problémů v oblasti elektroniky a programování.
Za pomoc s návrhy lepších variant konstrukce a zároveň za výrobou některých mechanických částí.
Za perfektní aplikaci Lorris Toolbox (viz odkaz níže), za naprogramování modulu do mobilní aplikace Lorris mobile a za pomoc při řešení některých problémů.
Za poskytnutí knihoven avrlib pro jednodušší práci s mikrokontroléry ATmega a ATXmega a za jeho skvělý programátor Shupito.
Za rady a připomínky k formální stránce a za čas strávený nad jednotlivými texty.
Za kontrolu technické dokumentace k projektu.
Za poskytnutí prostoru a vybavení pro tvorbu projektů.
Za poskytnutí podpory, zázemí a vzdělání.
Za naohýbání některých dílů na CNC ohraňovacím lisu.
Za opískování hliníkových dílů.
Na závěr bych chtěl poděkovat za finanční podporu Jihomoravskému centru pro mezinárodní mobilitu a Jihomoravskému kraji, bez kterých by tato práce nemohla vzniknout.
Zde bych chtěl uvést několik odkazů na zajímavé projekty mých přátel, které stojí za zhlédnutí.
Perfektní aplikace určená pro programátory a vývojáře.
Lorris je soubor nástrojů, které pomáhají při vývoji robotů, embedded zařízení a všeho ostatního co posílá a přijímá data. Aplikace Lorris pro PC obsahuje následující nástroje: grafický analyzér dat, terminál, TCP proxy a uživatelské rozhraní pro programátory.
http://tasssadar.github.io/Lorris/
Tato Android aplikace je "přenosný doplněk" k PC aplikaci Lorris Toolbox - nemusí mít nutně všechny funkce PC aplikace, ale měla by stačit pokud chcete pouze rychle přečíst nějaké debug informace z vašeho robota nebo mikrokontroléru.
Programátor z Brna vyvíjející mnoho zajímavých projektů ať již v oblasti robotiky (Lorris Toolbox) tak i v oblastí Linuxu (MultiROM) a Android aplikací (Lorris mobile).
Knihovna pro obsluhu a lepší práci s mikrokontroléry ATmega a ATXmega.
Obsahuje obsluhu jednotlivých periferií od komunikace, přes časovače až po správu EEPROM.
https://technika.junior.cz/hg/avrlib
Online gererátor bootloaderu pro čipy ATXmega založený na projektu XBoot.
http://technika.junior.cz/xboot/
Online generátor bootloaderu ovládaných přes USART pro čipy ATmega. Jejich obsluha je vyřešená v knihovnách Avrlib.