Cration dA'P'I' JAVA pour la programmation de systmes robotiss

1
Création dA.P.I. JAVA pour la programmation de
systèmes robotisés
PIP 2004 à M.I.

• DAVID BOREL
• EMILE-HENRI BALLAND

2
Sommaire

• Introduction
• Utilisation du port série
• Interface de la table traçante
• Interface du Bras Robotisé
• Conclusion

3
Introduction

• Le projet
• Créer une interface Java permettant de piloter
  des robots en saffranchissant des problèmes
  machines
• Objectifs
• Mettre en place des travaux pratiques
  dinitiation à la programmation en java
• Plus visuels
• Plus concrets
• Les moyens
• Les robots retenus sont
• Une table traçante Hewlett-Packard 7475A
• Un bras robotisé LynxMotion 5 axes

4
I. La communication via le port série

• Les deux automates sont reliés au PC via un port
  série (liaison asynchrone) et un câble de type
  RS-232
• Nécessité dy faire transiter les informations de
  déplacement sous la bonne forme (débits, bits de
  stop, bits de données, parité)
• Problème la gestion du port série sous JAVA
  (package javax.comm) est prévue pour plateformes
  Windows, Solaris mais pas pour Linux
• 2 solutions envisagées
• Adapter le package javax.comm à la plateforme
  Linux
• Utiliser un code C sous java pour communiquer
  avec le port Serie

5
I. La communication via le port série

• Adaptation du package javax.comm à
  lenvironnement Linux
• Utilisation dune API créée par Kevin Hester en
  1999 CommAPI
• Distribuée sur le site www.geeksville.com/kevin
  h/linuxcomm.html
• Ajouter le fichier comm.jar dans le CLASSPATH
• Création de librairies dynamiques à partir de
  sources C appelée RXTX
• Télécharger et compiler les sources RXTX
• Placer les librairies dynamiques SerialPort.so et
  ParralelPort.so dans le répertoire
• A partir de là on peut utiliser toutes les
  classes du package javax.comm

6
I. La communication via le port série

• Exemple de classe utilisant javax.comm
• import javax.comm.
• public class ConnexionSerie
• ()

7
I. La communication via le port série

• Utilisation dun code C à laide de JNI (Java
  Native Interface)
• Classe CommPortSerie.java
• public class CommPortSerie
• public CommPortSerie()
• public native void send(String message)
• static
• System.loadLibrary("serie")
• public void envoyerMessage(String message)
• new CommPortSerie().send(message)

8
I. La communication via le port série

• Utilisation dun code C à laide de JNI (Java
  Native Interface) Suite
• Fichier CommPortSerie.h généré automatiquement
  par la commande javah jni CommPortSerie
• Fichier CommPortSerie.c implantation du code de
  communication avec le port série.
• include ltjni.hgt //librairie relative au JNI
• include "CommPortSerie.h " //signatures issue de
  java
• include lttermios.hgt //librairie relative au port
  série
• ()

9
I. La communication via le port série

• Utilisation dun code C à laide de JNI (Java
  Native Interface) Suite
• Compilation du fichier C
• gcc fpic shared I /usr/local/java/include I
  /usr/local/java/include/linux CommPortSerie.c o
  libserie.so
• Ajouter libserie.so dans le path LD_LIBRARY_PATH
• Export LD_LIBRARY_PATH /home/dborel/monrepertoir
  e

10
I. La communication via le port série

• Et finalement
• Grâce à ces deux méthodes nous sommes capables
  denvoyer un message via le port série avec JAVA.
  Le tout maintenant est denvoyer un message qui
  soit interprétable par le robot.
• Table traçante langage HPGL (Hewlett Packard
  Graphic Language)
• Langage utilisé pour piloter les anciennes tables
  traçantes
• Evolution ensuite en HPGL-2 utilisant de
  nouvelles fonctions
• Abandonné aujourdhui pour utiliser le langage
  JCL
• Bras Robotisé commandé par un microcontrôleur
  programmable
• Nécessité de créer notre propre langage pour
  communiquer avec le robot
• Protocole simple permettant dactionner les
  servomoteurs

11
II. La table traçante

• Hewlett Packard 7475A (alias le Stradivarius du
  plotter )

12
II. La table traçante

• La table traçante
• Communication via un port série standard (RS-232)
• Caroussel de 6 feutres
• Dessin sur feuilles A4
• Le langage de programmation
• HPGL (Hewlett Packard Graphic Language)
• Principe commandes en langage ASCII séparées
  par des
• Principales commandes
• PU Pen Up
• PD Pen Down
• PA Plot Absolute
• PR Plot Relative
• CI CIrcle
• Etc..

13
II. La table traçante

• Exemple de programme HPGL
• PA500,500PD500,1000
• Trace une ligne reliant les points A(500,500) et
  B(500,1000).

14
II. La table traçante

• Lobjectif
• Envoyer au plotter un code HPGL correspondant aux
  formes graphiques de base
• Ecrire une A.P.I JAVA faisant office dinterface
  entre le PC et le plotter afin de saffranchir de
  la programmation HPGL
• Le protocole de communication
• Communication via le port série avec pour
  paramètres
• 9600 bauds
• 8 bits de données
• 1 bit de stop
• Pas de bit de parité

15
II. La table traçante

• API Java côté PC
• Utilisation et amélioration du package n6k.formes
  afin de reprendre les formes graphiques de bases
  et de disposer dune fenêtre d aperçu avant
  impression .
• Les classes disponibles de lAPI
• ObjetGraphique
• Point
• Ligne
• Cercle
• Fenetre
• ArcCercle
• Texte
• CommPortSerie
• Par combinaison de ces formes de bases on peut
  tracer tout type de graphisme.

Classes ajoutées au package
16
II. La table traçante

• API Java côté PC suite
• La classe CommPortSerie.java gère la
  communication série ave la table traçante et
  traduit en langage HPGL les différents objets
  graphiques

17
II. La table traçante

• API Java côté PC suite
• Diagramme UML simplifié (fait sous Paint désolé)

18
II. La table traçante

• Exemple de code pour contrôler la table
• Problèmes de communication et de commande
  transparents pour lutilisateur
• public class Test
• public static void main(String args)
• Ligne l1 new Ligne(320,0,320,480)
• Ligne l2 new Ligne(0,240,640,240)
• Cercle c1 new Cercle(320,240,38)
• Texte t1 new Texte(10,10,"Page Test")
• Point p1 new Point(400,400)
• Point p2 new Point(380,380)
• Point p3 new Point(380,420)
• Point p4 new Point(420,420)
• Point p5 new Point(420,380)
• ArcCercle a new ArcCercle(320,240,20,0,90)

19
II. La table traçante

• Attention DEMONSTRATION !!!
• Démonstration avec le code précédent
• Objets utilisables en TP par exemple pour créer
  des dessins plus complexes (carré, maison,
  spirales)

20
III. Le bras robotisé

• LynxMotion 5 (alias Lynx )

21
III. Le bras robotisé

• Le robot
• Fabriqué par Lynxmotion (société américaine)
• Commandé chez un revendeur basé à Paris
• Articulé par 5 axes de rotation dirigés par des
  servomoteurs de type HS-422 ayant une course de
  180
• Commandé par un microcontrôleur de type OOpic
• Le microcontrôleur OOpic
• 31 entrées/sorties, capacité 4096 instructions
  pour un débit de 2000 instructions/sec.
• Programmable par différents langages Visual
  Basic, C ou Java légèrement modifiés
• Programmé au préalable par notre programme
  dinterfaçage

22
III. Le bras robotisé

• Lobjectif
• Programmer le microcontrôleur de telle sorte
  quil attende la réception dinformation
  provenant du port série pour effectuer 3 types
  opérations
• Activer/désactiver un servomoteur
• Positionner un servomoteur
• Ecrire une A.P.I JAVA faisant office dinterface
  entre le PC et le microcontrôleur
• Traduction de données sources (booléen, angle) en
  données compatibles avec notre protocole de
  communication.

23
III. Le bras robotisé

• Le protocole de communication
• Lidée est de coder les informations utiles sur
  un minimum despace mémoire
• On envoie donc les informations relatives au
  servomoteur et au déplacement sous forme de deux
  octets
• 1 octet didentification et dactivation/désactiva
  tion
• ? Un nombre de 13 à 17 pour choisir un moteur et
  un chiffre 0 ou 1 pour lactiver ou non
• (codage de 130 à 171 pour ne pas confondre avec
  loctet de positionnement).
• Ex 130 désactiver le servo n1 (identifié 13)
• 151 activer le servo n3 (identifié 15)
• 1 octet de positionnement
• ? Un nombre de 0 à 127 correspondant à la valeur
  de la position du servomoteur
• Ex 10010111 00011110
• 151
  30
• Activation du servomoteur n3
  et mise à la position 30

24
III. Le bras robotisé

• Le codage du microcontrôleur
• Téléchargements grâce à un programme fourni par
  le constructeur
• Se charge de compiler et denvoyer au
  microcontrôleur le code assembleur correspondant
• Fonctionnement de linterface au niveau
  microcontrôleur
• Création et initialisation des servomoteurs
  connectés
• Initialisation de la connexion série
• Attente dun message provenant du PC
• Si ce message est compris entre 130 et 171
  information dactivation
• Sil est compris entre 0 et 126 information de
  positionnement
• Rem Si une information de positionnement arrive
  alors quaucun servo na été activé, le robot ne
  va pas se déplacer.
• Le programme ooPIC

25
III. Le bras robotisé

• Le codage de linterface JAVA (côté PC)
• Une classe générique ServoMoteur.java dont les
  servomoteurs spécifiques hériteront

ServoMoteur.java

-identifiant int -position int -isActivated
boolean -connectionSerie
positionner(int angle) tourner(int angle)
void getPosition() int isActivated() boolean
26
III. Le bras robotisé

• Le codage de linterface JAVA (côté PC)
• Une classe pour chaque servo, héritant de
  ServoMoteur.java, ayant une méthode spécifique
  didentification

ServoCoude.java
-identifiant int -position int -isActivated
boolean -serie CommPortSerie
activer() void desactiver() void
27
III. Le bras robotisé

• Le codage de linterface JAVA (côté PC)
• Diagramme UML simplifié (refait sous Paint
  redésolé)

28
III. Le bras robotisé

• Exemple de code pour contrôler le robot
• Problèmes de communication et de commande
  transparents pour lutilisateur
• public class Test
• public void main(String args)
• //Création des objets
• ServoSocle socle new ServoSocle()
• ServoPince pince new ServoPince()
• //Activation des servos
• socle.activer()
• pince.activer()
• //Positionnement des servos
• socle.positionner(30)
• pince.ouvrir()
• socle.desactiver()

29
III. Le bras robotisé

• Attention DEMONSTRATION !!!
• Il est possible de combiner une infinité de
  mouvement sans risque de congestionner le
  microcontrôleur.
• A charge pour déventuels élèves dutiliser lAPI
  pour créer des mouvements plus élaborés.

30
Conclusion

• Ce projet nous a donné lopportunité
  dappréhender des problèmes nouveaux
• Utilisation du port série avec ses difficultés
  liées au système dexploitation
• Programmation bas-niveau
• Utilisation de méthodes natives
• Utilisation dun microcontrôleur
• Problèmes liés à sa programmation
• Problèmes liés à son utilisation
• Volonté dêtre concis dans le but de permettre
  des utilisations ultérieurs de nos classes