Upgrade to Pro — share decks privately, control downloads, hide ads and more …

Rollicking Ruby Robots Rule the World

Rollicking Ruby Robots Rule the World

We don't see it all the time but robots that make our lives easier are already here with us. While they look nothing like the Transformers (cool!) or the Terminator (cool but scary), they affect our lives just as deeply. They assemble our cars, package our goods, manufacture our electronics, harvest our crops, clean our floors, drive our cars and even fight our wars (scary again).

In this talk, we want to show you how you can create and program your own autonomous robots using Ruby. We will show you how we built an inexpensive hexapod spider robot and how we wrote the software to control it, using Ruby.

Sau Sheong Chang

June 04, 2015
Tweet

More Decks by Sau Sheong Chang

Other Decks in Technology

Transcript

  1. Rollicking)Ruby)
    Robot)Rules)the)
    World)
    Chang)Sau)Sheong)
    Xu)Shipeng)
    June)2015)

    View Slide

  2. About)Sau)Sheong)

    View Slide

  3. About)Shipeng)

    View Slide

  4. View Slide

  5. eBay)to)the)rescue)

    View Slide

  6. torobot)

    View Slide

  7. LynxmoCon)Pheonix)

    View Slide

  8. Compare)
    ~US$173.00* US$793.00*
    Body)+)servos)(no)electronics))

    View Slide

  9. View Slide

  10. TowerPro)MG)995)metal)gear)servo)
    US$6.00)x)18)

    View Slide

  11. MG995 High Speed
    Metal Gear Dual Ball Bearing Servo
    The unit comes complete with 30cm wire and 3 pin 'S' type female header connector that fits
    most receivers, including Futaba, JR, GWS, Cirrus, Blue Bird, Blue Arrow, Corona, Berg,
    Spektrum and Hitec.
    This high-speed standard servo can rotate approximately 120 degrees (60 in each direction).
    You can use any servo code, hardware or library to control these servos, so it's great for
    beginners who want to make stuff move without building a motor controller with feedback &
    gear box, especially since it will fit in small places. The MG995 Metal Gear Servo also
    OperaCng)temperature)range:)U20)to)60)deg)C)
    Stall)torque:)11)kgcm)
    Current)drain:)450mA)(no)load),)1)–)2A)(normal)load))
    )

    View Slide

  12. 32Uchannel)servo)controller)
    US$28.00)
    Power)for)
    servo)
    controller)
    Power)for)
    servos)
    TX)and)RX)
    Output)
    to)servos)

    View Slide

  13. USB)powerpack)(5V,)~800mAh)))
    to)power)the)servo)controller)
    freebie)

    View Slide

  14. 4)x)AA)alkaline)ba^eries))
    to)power)the)servos)
    ~US$2.00)

    View Slide

  15. 4)x)1.5v)=)6v)
    1500mAh)

    View Slide

  16. 3)x)1500mAh)=)4500mAh)

    View Slide

  17. View Slide

  18. 3)degrees)of)
    freedom)(DOF))=)3)
    servos)per)leg)

    View Slide

  19. Insect)leg)segment)

    View Slide

  20. Coxa)(and)femur))

    View Slide

  21. Femur)

    View Slide

  22. Tibia)

    View Slide

  23. Assembling)the)legs)
    Cbia)
    coxa)
    femur)

    View Slide

  24. Servo)connector)

    View Slide

  25. Leg)+)servo)controller)

    View Slide

  26. Raspberry)Pi)v2)
    US$35.00)

    View Slide

  27. Raspberry)PI)GPIO)

    View Slide

  28. Edimax)ewU7811un)USB)WiFi)adapter)
    US$9.00)

    View Slide

  29. Rpi)+)leg)+)servo)controller)

    View Slide

  30. Pueng)things)together)

    View Slide

  31. Almost)there!)

    View Slide

  32. Fully)assembled)hexapod)v1)

    View Slide

  33. A)bot)is)born)
    h^ps://youtu.be/Xabg9inUGb8)
    )

    View Slide

  34. Baby)steps)
    h^ps://youtu.be/eADasWsgM5s)
    )

    View Slide

  35. Not)enough)
    power!)

    View Slide

  36. 450mA)when)no)load)
    )1)–)2A)under)normal)load)
    12)servos)x)1.5A)=)18)A)
    6)servos)x)0.45A)=)2.7)A)
    Total)=)~21A)

    View Slide

  37. 450mA)when)no)load)
    )1)–)2A)under)normal)load)
    Power)required)=)6V)x)21A))
    )))))))))))))))))))))))=)126W)

    View Slide

  38. Power)in)4)x)AA)ba^ery)pack)
    Current) Voltage)

    View Slide

  39. 3.83A)x)1.83V)=)~7W)
    ✗)
    Power)in)3)packs))
    =)3)x)7W)
    =)21W)

    View Slide

  40. View Slide

  41. 3Ucell)LiPo)7.4V)1600mAh)ba^ery)

    View Slide

  42. 1600mAh)x)20C)=)32A)
    Power)=)32A)x)7.4v)
    =)~237W)✔)

    View Slide

  43. View Slide

  44. Some))fancy)soldering)

    View Slide

  45. View Slide

  46. View Slide

  47. 11.1v)>)7.2v)max)
    operaCng)range))
    (of)servo))

    View Slide

  48. 8)servos)burnt)to)
    crisp)

    View Slide

  49. View Slide

  50. Voltage)regulator)and)switch)
    More)
    fancy)
    soldering)

    View Slide

  51. Raspberry)Pi)v2)

    View Slide

  52. View Slide

  53. JYUMCU)Bluetooth)Adapter)

    View Slide

  54. Bluetooth)serial)communicaCons)to)
    servo)controller)

    View Slide

  55. View Slide

  56. Hexapod)v2)marching)to)success!)
    h^ps://youtu.be/7fVUS1tMKM8)
    )

    View Slide

  57. Hexapod)v3)tweaking)

    View Slide

  58. Padded)feet)

    View Slide

  59. Building)a)case)

    View Slide

  60. v3)at)rest)

    View Slide

  61. v3)stretching)its)legs)

    View Slide

  62. v3)ready)to)go!)

    View Slide

  63. Hello)world!)
    h^ps://youtu.be/xJRx2cjrmSY)
    )

    View Slide

  64. View Slide

  65. Controlling)the)hexapod)
    Bluetooth)serial)
    port)commands)

    View Slide

  66. #1P1500T100\r\n)
    Servo)channel)
    RotaCon)(500)–)2500))
    Speed)(100)–)9999))
    Controlling)1)servo)

    View Slide

  67. #1P1500#2P800#3P1950T100\r\n)
    Controlling)1)leg)(3)servos))
    Servo)1) Servo)3)
    Servo)2)

    View Slide

  68. Bots)
    A)simple)library)for)
    controlling)robots))
    h^ps://github.com/sausheong/bots)

    View Slide

  69. Models)the)servo)
    class Servo
    def initialize(n)
    @number = n
    end
    def rotate(deg)
    points = (2000 * deg.to_f/180) + 500
    "##{@number}P#{points.to_i}"
    end
    end

    View Slide

  70. Models)a)3DOF)leg)
    class Leg3DOF
    def initialize(side, coxa, femur, tibia)
    @side = side
    @coxa = Servo.new coxa
    @femur = Servo.new femur
    @tibia = Servo.new tibia
    end
    # rotate the servos accordingly
    def actuate(c, f, t)
    c, f, t = *convert(c, f, t)
    return @coxa.rotate(c) + @femur.rotate(f) +
    @tibia.rotate(t)
    end

    View Slide

  71. Models)a)3DOF)leg)
    # if the leg is on the left side of body, flip
    def convert(c, f, t)
    if @side == :right
    return [c, f, t]
    elsif @side == :left
    return [c, f, t].map {|deg| 180 - deg}
    end
    end
    end

    View Slide

  72. View Slide

  73. hexapodUsim)
    A))physics)simulator)for)
    hexapods)
    h^ps://github.com/billhsu/hexapodUsim)

    View Slide

  74. How)to)build)hexapodUsim)
    #1P1500#2P800T100\r\n)
    Servo)
    controller)
    commands)
    TCP)port))5555)
    Update)

    View Slide

  75. Hexapod)class)
    class HexapodRig
    {
    btDynamicsWorld* world;
    btCollisionShape* shapes[BODYPART_COUNT];
    btRigidBody* bodies[BODYPART_COUNT];
    btTypedConstraint* joints[JOINT_COUNT];
    }

    View Slide

  76. Create)the)shapes)
    // Body
    shapes[0] = new btBoxShape(btVector3(0.4,0.1,0.6));
    for (int i=0; i{
    // femur
    shapes[1 + 3*i] = new btCapsuleShape(btScalar(0.10),
    btScalar(fLegLength));
    // tibia
    shapes[2 + 3*i] = new btCapsuleShape(btScalar(0.08),
    btScalar(fForeLegLength));
    // coxa
    shapes[3 + 3*i] = new btCapsuleShape(btScalar(0.08),
    btScalar(fCoxaLength));
    }

    View Slide

  77. Create)the)rigid)bodies)
    btVector3 vBoneOrigin; // rigid body position
    vBoneOrigin = btVector3(-0.5 - fLegLength / 2,
    fHeight, (i-1)*0.6);
    transform.setIdentity();
    transform.setOrigin(vBoneOrigin);
    // rotation
    transform.setRotation(btQuaternion(btVector3(0,0,1),
    M_PI_2));
    bodies[1+3*i] = localCreateRigidBody(
    btScalar(0.01), // mass
    offset*transform, // transform matrix
    shapes[1+3*i]); // bind a shape

    View Slide

  78. Add)constraints)
    Image)from)h^p://www.societyofrobots.com/roboporum/index.php?topic=10469.0)

    View Slide

  79. Hinge)constraint)
    Image)from)h^p://ode.org/odeUlatestUuserguide.html)

    View Slide

  80. Add)hinge)constraints)
    localA = btTransform(vQ, vBoneOrigin);
    localB = bodies[3+3*i]->getWorldTransform().inverse()
    * bodies[0]->getWorldTransform()
    * localA;
    hingeC = new btHingeConstraint(*bodies[0], *bodies[3+3*i],
    localA, localB);
    joints[2+3*i] = hingeC;
    hingeC->enableMotor(true);
    hingeC->setLimit(-M_PI_6,M_PI_6);
    hingeC->setMaxMotorImpulse(1000);
    world->addConstraint(joints[2+3*i], true);

    View Slide

  81. All)together)now)

    View Slide

  82. Ant)walking)with)tripod)gait)
    h^ps://youtu.be/ysCow9Wc4cs)
    )

    View Slide

  83. 6Ulegged)tripod)gait)

    View Slide

  84. script)here>)
    h^ps://github.com/sausheong/bots/blob/master/hex.rb)

    View Slide

  85. Simulator)demo)
    h^ps://youtu.be/nNom1KyaSGU)
    )

    View Slide

  86. We’ve)only)
    just)begun)

    View Slide

  87. Not)giving)up)

    View Slide

  88. Be^er)servos)
    HS-645MG* HS-485HB*

    View Slide

  89. Sensors)

    View Slide

  90. Bipeds)

    View Slide

  91. Strider))
    the)Cardboard)
    Quadraped)

    View Slide

  92. View Slide

  93. CardBob)
    the)Biped)Robot)

    View Slide

  94. Recycled)cardboard)

    View Slide

  95. Legs)structure)

    View Slide

  96. Foot)servo)

    View Slide

  97. Foot)and)thigh)servos)

    View Slide

  98. Legs)

    View Slide

  99. Legs)a^ached)to)the)body)

    View Slide

  100. Lower)body)

    View Slide

  101. CardBob)the)Biped)Robot)

    View Slide

  102. CardBob)first)steps!)
    h^ps://youtu.be/9f3bm3mFsYA)
    )

    View Slide

  103. Other)Ruby)robot)libraries)
    •  Argus)U)h^ps://github.com/jimweirich/argus)
    •  Artoo)U)h^p://artoo.io/)

    View Slide

  104. Thank)you!)
    [email protected])
    [email protected]))
    @sausheong)
    @1991bill)

    View Slide