Gerhard Berman
First trial for Inverse Kinematics Feedforward implementation. No errors, not yet tested with board
Dependencies: HIDScope MODSERIAL QEI biquadFilter mbed
Fork of
prog_pract3_3_PI_controller
by 
Gerhard Berman
Diff: main.cpp
- Revision:
- 12:05e5964b69a4
- Parent:
- 11:773b3532d50f
- Child:
- 13:934af23bf416
--- a/main.cpp Wed Oct 19 16:28:11 2016 +0000
+++ b/main.cpp Thu Oct 20 11:15:10 2016 +0000
@@ -24,7 +24,7 @@
//library settings
Serial pc(USBTX,USBRX);
Ticker MeasureTicker, BiQuadTicker; //, TimeTracker; // sampleT;
-HIDScope scope(4);
+//HIDScope scope(4);
//set initial conditions
float error1_prev = 0;
@@ -80,14 +80,14 @@
//const float motor_axial_resolution = counts_per_revolution/(2*PI);
const float resolution = counts_per_revolution/(2*PI/inverse_gear_ratio); //87567.0496892 counts per radian, encoder axis
-void GetReferenceKinematics1(float &q1_dotOut, float &q2_dotOut){
+void GetReferenceKinematics1(float &q1Out, float &q2Out, float &q1_dotOut, float &q2_dotOut){
//get joint positions q from encoder
float Encoder1Position = counts1/resolution; //position in radians, encoder axis
float Encoder2Position = counts2/resolution;
- float q1 = Encoder1Position*inverse_gear_ratio; //position in radians, motor axis
- float q2 = Encoder2Position*inverse_gear_ratio;
+ float Motor1Position = Encoder1Position*inverse_gear_ratio; //position in radians, motor axis
+ float Motor2Position = Encoder2Position*inverse_gear_ratio;
//get velocity vector v = (Pe*- Pe) = [0; dx; dy] from EMG
float biceps1 = !button1.read();
@@ -97,38 +97,63 @@
led1 = 1;
led2 = 1;
dx = 0;
- dy = dy_stampdown; //into stamping vertical position?? ~the stamp down action
+ dy = 1; //dy_stampdown; //into stamping vertical position?? ~the stamp down action
+ q1_dotOut = dy*(((x0 + L1*cos(q1))*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)) - (x0*(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + L0*L0 + x0*x0 + 2*L0*L1*sin(q1) + 2*L1*x0*cos(q1) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1))) - dx*(((L0 + L1*sin(q1))*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)) - (L0*(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + L0*L0 + x0*x0 + 2*L0*L1*sin(q1) + 2*L1*x0*cos(q1) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)));
+ q2_dotOut = dy*((x0*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(L1*L1*pow(cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*pow(L1,2)*x0*cos(q1)*sin(q1)) - ((x0 + L1*cos(q1))*(pow(L0,2) + pow(x0,2) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2)) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*pow(L1,2)*x0*cos(q1)*sin(q1)) - dx*((L0*(L0*L0+L1*sin(q1)*L0+x0*x0+L1*cos(q1)*x0+1))/(pow(L1*cos(q1),2)+pow(L1*sin(q1),2)+pow(L1*x0*sin(q1),2)+pow(L0*L1*cos(q1),2)-2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1))-((L0 + L1*sin(q1))*(L0*L0 + x0*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2)+pow(L1*sin(q1),2)+pow(L1*x0*sin(q1),2)+pow(L0*L1*cos(q1),2)-2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)));
+
+ /*
wait(1);
dy = -(dy_stampdown); //reset vertical position
+ q1_dotOut = dy*(((x0 + L1*cos(q1))*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)) - (x0*(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + L0*L0 + x0*x0 + 2*L0*L1*sin(q1) + 2*L1*x0*cos(q1) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1))) - dx*(((L0 + L1*sin(q1))*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)) - (L0*(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + L0*L0 + x0*x0 + 2*L0*L1*sin(q1) + 2*L1*x0*cos(q1) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)));
+ q2_dotOut = dy*((x0*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(L1*L1*pow(cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*pow(L1,2)*x0*cos(q1)*sin(q1)) - ((x0 + L1*cos(q1))*(pow(L0,2) + pow(x0,2) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2)) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*pow(L1,2)*x0*cos(q1)*sin(q1)) - dx*((L0*(L0*L0+L1*sin(q1)*L0+x0*x0+L1*cos(q1)*x0+1))/(pow(L1*cos(q1),2)+pow(L1*sin(q1),2)+pow(L1*x0*sin(q1),2)+pow(L0*L1*cos(q1),2)-2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1))-((L0 + L1*sin(q1))*(L0*L0 + x0*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2)+pow(L1*sin(q1),2)+pow(L1*x0*sin(q1),2)+pow(L0*L1*cos(q1),2)-2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)));
+ */
}
else if (biceps1 > 0 && biceps2 <= 0){
//arm 1 activated, move left
led1 = 1;
led2 = 0;
- dx = -biceps1;
+ dx = 1; //-biceps1;
dy = 0;
+ q1_dotOut = dy*(((x0 + L1*cos(q1))*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)) - (x0*(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + L0*L0 + x0*x0 + 2*L0*L1*sin(q1) + 2*L1*x0*cos(q1) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1))) - dx*(((L0 + L1*sin(q1))*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)) - (L0*(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + L0*L0 + x0*x0 + 2*L0*L1*sin(q1) + 2*L1*x0*cos(q1) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)));
+ q2_dotOut = dy*((x0*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(L1*L1*pow(cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*pow(L1,2)*x0*cos(q1)*sin(q1)) - ((x0 + L1*cos(q1))*(pow(L0,2) + pow(x0,2) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2)) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*pow(L1,2)*x0*cos(q1)*sin(q1)) - dx*((L0*(L0*L0+L1*sin(q1)*L0+x0*x0+L1*cos(q1)*x0+1))/(pow(L1*cos(q1),2)+pow(L1*sin(q1),2)+pow(L1*x0*sin(q1),2)+pow(L0*L1*cos(q1),2)-2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1))-((L0 + L1*sin(q1))*(L0*L0 + x0*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2)+pow(L1*sin(q1),2)+pow(L1*x0*sin(q1),2)+pow(L0*L1*cos(q1),2)-2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)));
}
else if (biceps1 <= 0 && biceps2 > 0){
//arm 1 activated, move left
led1 = 0;
led2 = 1;
- dx = biceps2;
+ dx = 1; //biceps2;
dy = 0;
+ q1_dotOut = dy*(((x0 + L1*cos(q1))*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)) - (x0*(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + L0*L0 + x0*x0 + 2*L0*L1*sin(q1) + 2*L1*x0*cos(q1) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1))) - dx*(((L0 + L1*sin(q1))*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)) - (L0*(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + L0*L0 + x0*x0 + 2*L0*L1*sin(q1) + 2*L1*x0*cos(q1) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)));
+ q2_dotOut = dy*((x0*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(L1*L1*pow(cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*pow(L1,2)*x0*cos(q1)*sin(q1)) - ((x0 + L1*cos(q1))*(pow(L0,2) + pow(x0,2) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2)) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*pow(L1,2)*x0*cos(q1)*sin(q1)) - dx*((L0*(L0*L0+L1*sin(q1)*L0+x0*x0+L1*cos(q1)*x0+1))/(pow(L1*cos(q1),2)+pow(L1*sin(q1),2)+pow(L1*x0*sin(q1),2)+pow(L0*L1*cos(q1),2)-2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1))-((L0 + L1*sin(q1))*(L0*L0 + x0*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2)+pow(L1*sin(q1),2)+pow(L1*x0*sin(q1),2)+pow(L0*L1*cos(q1),2)-2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)));
+
}
else{
led1 = 0;
led2 = 0;
dx=0;
dy=0;
+ q1_dotOut = 0;
+ q2_dotOut = 0;
}
//get joint angles change q_dot = Jpseudo * TwistEndEff (Matlab)
- q1_dotOut = dy*(((x0 + L1*cos(q1))*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)) - (x0*(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + L0*L0 + x0*x0 + 2*L0*L1*sin(q1) + 2*L1*x0*cos(q1) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1))) - dx*(((L0 + L1*sin(q1))*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)) - (L0*(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + L0*L0 + x0*x0 + 2*L0*L1*sin(q1) + 2*L1*x0*cos(q1) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)));
- q2_dotOut = dy*((x0*(L0*L0 + L1*sin(q1)*L0 + x0*x0 + L1*cos(q1)*x0 + 1))/(L1*L1*pow(cos(q1),2) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*pow(L1,2)*x0*cos(q1)*sin(q1)) - ((x0 + L1*cos(q1))*(pow(L0,2) + pow(x0,2) + 1))/(pow(L1*cos(q1),2)) + pow(L1*sin(q1),2) + pow(L1*x0*sin(q1),2) + pow(L0*L1*cos(q1),2) - 2*L0*pow(L1,2)*x0*cos(q1)*sin(q1)) - dx*((L0*(L0*L0+L1*sin(q1)*L0+x0*x0+L1*cos(q1)*x0+1))/(pow(L1*cos(q1),2)+pow(L1*sin(q1),2)+pow(L1*x0*sin(q1),2)+pow(L0*L1*cos(q1),2)-2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1))-((L0 + L1*sin(q1))*(L0*L0 + x0*x0 + 1))/(pow(L1*cos(q1),2)+pow(L1*sin(q1),2)+pow(L1*x0*sin(q1),2)+pow(L0*L1*cos(q1),2)-2*L0*L1*L1*x0*cos(q1)*sin(q1)));
-
+
//update joint angles
- q1 = q1 + q1_dotOut;
- q2 = q2 + q2_dotOut;
+ q1Out = q1Out + q1_dotOut; //in radians
+ q2Out = q2Out + q2_dotOut;
+
+ pc.baud(115200);
+ pc.printf("dx: %f \r\n", dx);
+ pc.printf("dy: %f \r\n", dy);
+ pc.printf("Encoder1: %f \r\n", Encoder1Position);
+ pc.printf("Motor1: %f \r\n", Motor1Position);
+ pc.printf("q1: %f \r\n", q1Out);
+ pc.printf("q1_dot: %f \r\n", q1_dotOut);
+ pc.printf("Encoder2: %f \r\n", Encoder2Position);
+ pc.printf("Motor2: %f \r\n", Motor2Position);
+ pc.printf("q2: %f \r\n", q2Out);
+ pc.printf("q2_dot: %f \r\n", q2_dotOut);
+
}
@@ -163,16 +188,25 @@
//pc.printf("Kp: %f \r\n", Kp);
//pc.printf("MotorValue: %f \r\n", motorValue1);
+ pc.printf("error1: %f \r\n", error1);
+ pc.printf("IntError1: %f \r\n", IntError1);
+ pc.printf("DerError1: %f \r\n", DerivativeError1);
+ pc.printf("error2: %f \r\n", error2);
+ pc.printf("IntError2: %f \r\n", IntError2);
+ pc.printf("DerError2: %f \r\n", DerivativeError2);
+
error1_prev = error1;
error2_prev = error1;
float biceps1 = !button1.read();
float biceps2 = !button2.read();
- scope.set(0,q1_dot);
- scope.set(1,q2_dot);
+ /*
+ scope.set(0,q1);
+ scope.set(1,q2);
scope.set(2,biceps1);
scope.set(3,biceps2);
scope.send();
+ */
}
void SetMotor1(float motorValue1, float motorValue2)
@@ -212,7 +246,7 @@
// This function measures the EMG of both arms, calculates via IK what
// the joint speeds should be, and controls the motor with
// a Feedforward controller. This is called from a Ticker.
- GetReferenceKinematics1(q1_dot, q2_dot);
+ GetReferenceKinematics1(q1, q2, q1_dot, q2_dot);
FeedForwardControl1( q1_dot, q2_dot, motorValue1, motorValue2);
SetMotor1(motorValue1, motorValue2);
}
@@ -240,16 +274,8 @@
//Initialize
int led1val = led1.read();
int led2val = led2.read();
-
- /*
pc.baud(115200);
- pc.printf("Test putty ledvals IK");
- while (true) {
- wait(0.2f);
- pc.printf("Led1: %i \r\n", led1val);
- pc.printf("Led2: %i \r\n", led2val);
- }
- */
+ pc.printf("Test putty IK");
MeasureTicker.attach(&MeasureTicker_act, 1.0f);
bqc.add(&bq1).add(&bq2);
@@ -260,7 +286,6 @@
MeasureAndControl();
counts1 = Encoder1.getPulses(); // gives position of encoder
counts2 = Encoder2.getPulses(); // gives position of encoder
- //pc.printf("Resolution: %f pulses/rad \r\n",resolution);
}
/*
if (BiQuadTicker_go){