Open-Cube

Alternativní otevřená řídicí kostka pro komponenty z LEGO setů NXT a EV3 (senzory a motory). Založená na Raspberry Pi Pico (ARM mikrokontrolér RP2040), programovatelná v jazyce MicroPython.

Vzhledem ke špatné dostupnosti řídicích jednotek LEGO NXT a EV3, které používáme ve výuce a také tomu, že nový “SPIKE” nás příliš neoslovil, rozhodli jsme se pokusit se vyvinout alternativní řídicí jednotku, která by byla kompatibilní se senzory a motory z obou setů – NXT a EV3. Jako základní stavební prvek jsme zvolili ARM mikrokontrolér RP2040 z aktuálně velmi populární a dobře dostupné platformy Raspberry Pi Pico. Jednotku by tedy mělo být možné programovat v jazyce MicroPython, což je výhodné, protože s Pythonem začínají naši prváci v prvním semestru programu Kybernetika a Robotika na FEL-ČVUT. Pro komunikaci s okolím – ideálně například běh PID regulátoru v reálném čase mimo kostku například v MATLABu – je v jednotce použit modul ESP-32, kdy lze použít Bluetooth nebo WiFi připojení. S Bluetooth jsme testovali obousměrný přenos rychlostí 200x za sekundu.

Aktuálně je dokončen vývoj a výroba první verze HW řídicí kostky (sestaveny zatím dva kusy…), probíhá testování funkčnosti HW. V rámci předmětu Práce v týmu v magisterské etapě programu KyR byly v letním semestru 2022 naprogramovány základní rutiny v MicroPythonu pro ovládání jednotlivých periférií. Aktuálně se Open-Cube věnují dva studenti v rámci svého bakalářského projektu. Cílem projektu je skloubit všechny doposud vytvořené prvky dohromady, otestovat HW a vytvořit demonstrační úlohu (například sledování čáry) s popisem HW, FW a vlastního programování “na vyšší úrovni” tak, aby bylo použití studenty prvního ročníku intuitivní a snadno pochopitelné.

Chcete se dozvědět více? Sledujte tuto stránku, kterou budeme postupně aktualizovat. V případě zájmu o spolupráci se můžete obrátit na Ing. Davida Novotného z Katedry měření, FEL, ČVUT, který výše uvedenou bakalářskou práci vede. Projekt je nazván Open-Cube, všechny materiály (schéma, FW….) jsou tedy dostupné (gitlab FEL, linky níže).

Hledáme sponzora, který by pomohl financovat výrobu vícekusové série pro již reálné ověření konceptu při výuce.

Video první jízdy velmi improvizovaného robota po čáře, včetně zobrazení interních veličin na PC:

Line follower s EV3 komponentami (video by Jakub Vaněk)
Open-Cube byla představena účastníkům Robosoutěže pro střední školy (https://robosoutez.fel.cvut.cz/ 22-25.11.2022)

Několik fotek aktuální verze hardware:

Porovnání s LEGO NXT kostkou
Vnitřnosti, jak už bývá u prvního prototypu zvykem, bylo potřeba nějaké to pilování…
Sestavené DPS
Spodní strana hlavní DPS. Pro správnou funkci tlačítka on/off byl potřeba drátek navíc…
Strana senzor portů. Nad OLED displejem ještě chybí ochranné plexi…
Strana motorových výstupů a USB pro komunikaci s RP2040
Horní strana – připojení miniUSB pro programování ESP-32 modulu (zřejmě použit pouze jako UART/Bluetooth převodník) a napájecí konektor (je vestavěna nabíječka pro dva 18650 Li-ion články)
U tlačítkového kříže chybí dva fixační šroubky, malá dírka nalevo od nich slouží jako skryté boot tlačítko pro RP2040

Dokumentace první verze je k dispozici na FEL gitlab serveru, jak elektrické zapojení tak firmware.
https://gitlab.fel.cvut.cz/open-cube/open-cube
https://gitlab.fel.cvut.cz/open-cube/schematics

Blokový diagram zapojení první verze Open-Cube