Ohjelmistokehitys modulaariselle robottijärjestelmälle

Abstract

Tässä opinnäytetyössä kehitettiin ja testattiin ohjelmointikäytäntö, jonka avulla voidaan ohjata Lynxmotion SES-V2 -servomoottoreita Python-ohjelmointikielellä Raspberry Pi Zero 2 W -ympäristössä. Tavoitteena oli toteuttaa selkeä, luotettava ja opetuskäyttöön soveltuva liikeohjausratkaisu, jossa käyttäjän tarvitsee syöttää vain haluttu kulma asteina ja ohjelma huolehtii ohjauksesta sarjaportin kautta automaattisesti. Työssä kehitettiin neljä erillistä ohjelmaa, joilla voidaan toteuttaa erilaisia liiketoimintoja robottialustalla. Ensimmäinen ohjelma tunnistaa liitetyt servot ja siirtää ne automaattisesti nolla-asentoon. Toisessa ohjelmassa käyttäjä syöttää jokaisen liikkeen kulmat vaiheittain. Kolmas ohjelma suorittaa ennalta määritellyn liikesarjan itsenäisesti käyttäjän syöttämien aloitusarvojen perusteella. Neljäs ohjelma mahdollistaa usean servon samanaikaisen ohjauksen Pythonin säikeiden avulla. Kaikki liikkeet on ohjelmoitu siten, että edellinen ehtii päättyä ennen seuraavan alkamista. Tämä varmistettiin määrittämällä riittävä liikeaika ja lisäämällä ohjelmallisia viiveitä, joilla estettiin servojen ylikuormitus ja kesken jääneet liikkeet. Ohjelmat kehitettiin Geany-editorissa käyttäen Pythonin peruskirjastoja ja LSS Communication Protocolia. Työssä arvioitiin myös Arduino-alustan hyödyntämistä liikeohjauksen tukena sekä ROS 2 kehitysalustan soveltuvuutta tulevaisuuden laajennuksiin. Arvioinnin perusteella nykyinen ratkaisu on resurssitehokas ja hyvin soveltuva pienimuotoisiin robottiprojekteihin ja opetuskäyttöön Raspberry Pi Zero 2 W -alustalla.

This thesis focused on developing and testing a programming approach for controlling Lynxmotion SES-V2 servomotors using the Python programming language in a Raspberry Pi Zero 2 W environment. The goal was to implement a clear, reliable, and educationally suitable motion control solution, where the user only needs to input the desired angle in degrees, and the program automatically handles the control via the serial port. Four separate programs were developed to implement various motion functions on the robot platform. The first program identifies the connected servos and automatically moves them to the zero position. In the second program, the user inputs the angle of each movement step by step. The third program executes a predefined motion sequence independently, based on user-defined initial values. The fourth program enables simultaneous control of multiple servos using Python’s threading capabilities. All movements were programmed so that each action is completed before the next begins. This was ensured by defining sufficient motion durations and adding programmatic delays to prevent servo overload and incomplete movements. The programs were developed using the Geany editor, Python standard libraries, and the LSS Communication Protocol. The work also evaluated the potential use of an Arduino platform to support motion control and the applicability of the ROS 2 development framework for future expansions. Based on the evaluation, the current solution is resource-efficient and well-suited for small-scale robotics projects and educational use on the Raspberry Pi Zero 2 W platform.