Bugün, FIRST® Robotics Competition ve FIRST® Tech Challenge için yeni kontrol sistemi ile ilgili bir başka güncellemeyi paylaşmaktan mutluluk duyuyoruz. Önceki kontrol sistemi blogları, her iki programda da kullanılacak olan Systemcore bileşenine odaklanırken, bu blogda öncelikle yeni kontrol sistemi ve ilgili teknolojinin FIRST Tech Challenge programının geleceğini nasıl şekillendireceği ele alınacaktır.
Hatırlatmak gerekirse, yeni kontrol sistemi FIRST Tech Challenge takımlarının 2027-28 sezonundan itibaren yarışmalarında kullanıma sunulacak (FIRST Robotics Competition takımları ise 2026-27 sezonunda bu kontrol cihazını kullanmaya başlayacak). Takımların zaman içinde yükseltme yapmasını kolaylaştırmak için, en azından 2030-31 sezonuna kadar eski sistem ve hibrit yaklaşımın yasal olacağı bir geçiş dönemi olacaktır. Yeni kontrol sistemine geçişin takımlar için bir yatırım olabileceğini anlıyoruz, bu nedenle bu süreci, her iki sistemde de eşit şartları korurken finansal etkiyi azaltmak ve yaymak için tasarladık.
Yeni kontrol sistemini geliştirirken odak noktamız, FIRST Tech Challenge ve FIRST Robotics Competition arasında teknoloji eşitliği sağlamak, başlangıç için giriş engellerini azaltmak, takımların “sadece ayak uydurmak için” ek donanım satın alma ihtiyacını azaltmak (buna merkezimizde “Robo-FOMO” adını verdik) ve mevcut sistemle karşılaştırılabilir fiyatlandırmayı korumak oldu. Bu odak noktası, yol boyunca birçok küçük karar ve ödün vermemizi gerektirdi; her seçimi açıklayamayacak olsak da, daha fazla ayrıntı paylaşmaya devam ettikçe takım öncelikli yaklaşımımızın netleşeceğini umuyoruz.
Sistem Genel Bakış
Yüksek seviyeli bir genel bakışla başlayarak, yeni FIRST Tech Challenge kontrol sistemi, her robotun ihtiyaç duyacağı 5 ana bileşenden oluşacaktır:
- Systemcore – her robot bir Systemcore kullanacaktır. Bu, mevcut Kontrol Hub’ının yerini alır ve robot için ana işlem ve I/O (ışıklar ve sensörler) sağlar.
- Motioncore – her robot bir Motioncore kullanacaktır. Bu, öncelikle motorları ve akıllı sensörleri kolayca bağlamak için bir güç ve CAN (Kontrolör Alan Ağı) iletişim dağıtım cihazıdır.
- FIRST A301 Aktüatör – FIRST Tech Challenge için özel olarak tasarlanmış yeni bir CAN fırçasız motor. Bu aktüatör, mevcut tüm motorları ve servoları değiştirmek üzere tasarlanmıştır ve yeni kontrol sisteminde tek yasal aktüatör olacaktır (bu konuya biraz sonra daha ayrıntılı olarak değineceğiz).
- Pil Paketi ve Yuvası – Her robot, depolanmış elektrik enerjisinin birincil kaynağı olarak onaylanmış bir adet 18V Lityum bazlı elektrikli alet pili kullanacaktır. Pil, robota monte edilmiş pil yuvasına bağlanacaktır. Bu hala geliştirme aşamasındadır ve daha fazla ayrıntı elde ettikçe bunları paylaşacağız.
- Sürücü İstasyonu Cihazı – Diğer yeni öğelere odaklanmak için REV Sürücü Hub’ını değiştirecek olası yeni cihazların uygulanmasını erteledik. Alpha takımları, yeni veya güncellenmiş Sürücü Hub cihazı/uygulaması hala geliştirme aşamasındayken, yeni bir masaüstü (bilgisayar) sürücü uygulamasının prototipini kullanacak. Mevcut REV Sürücü Hub’ı, yazılımın yeni bir sürüme yükseltilmesinden sonra geçiş süresince yasal olmaya devam edecek.
FIRST Tech Challenge robotu yapmak genellikle bir paketleme zorluğudur, bu nedenle mevcut kontrol sistemi ile yan yana Systemcore ve Motioncore için alan gereksinimlerine bir göz atarak başlayalım. Aşağıdaki görüntü, Control Hub ve Expansion Hub’ın üzerine yerleştirilmiş Systemcore ve Motioncore’u göstermekte ve kontrolörün kapladığı alanın önemli ölçüde azaldığını göstermektedir.
Robot paketleme kısıtlamalarını dikkate almanın yanı sıra, yeni kontrol sistemi kablo türlerinin sayısını ve toplam bağlantı noktalarını azaltarak servis kolaylığı ve güvenilirliği önceliklendirir. Yeni kontrol sistemindeki neredeyse tüm bağlantılar, anahtarlı (tek yönde takılabilen) ve kilitli konektörler kullanır.
Aşağıdaki örnekte gösterilen Molex Micro-Fit+ kablolarına ek olarak, yeni sistemde Motioncore’daki dördün enkoder girişleri ve Systemcore’daki diğer sensörler için Molex SL konektörleri de kullanılmaktadır. Molex SL, yaygın olarak kullanılan “PWM Uzatma Kabloları”nın yerine geçen anahtarlı bir mandallı konektördür. Kablo türlerinin azalması, özel yedek parçalara harcanan paranın azalması anlamına gelir ve ekipler doğru yedek parçayı elinde bulundurma olasılığı daha yüksektir.
Eski ve yeni sistemi, olası tüm kullanım senaryoları ve cihaz kombinasyonlarıyla karşılaştırmak zordur. Aşağıdaki tablodaki örnek, sensörlerin olmadığı ve pil çözümünün hariç tutulduğu varsayımıyla, 20 adet yüksek güçlü aktüatörü çalıştırmak için gerekli cihazları ve bağlantıları içermektedir.
Aşağıdaki resim, yukarıdaki tabloda ayrıntıları verilen cihazların, kabloların ve bağlantıların görselleştirilmesidir. Gerçekte, bazı takımların asla 20 aktüatör kullanmayacağını ve birçok takımın önemli sayıda sensör kullandığını biliyoruz, bu nedenle bu sadece bir örnektir ve tüm olası karşılaştırmaları kapsamamaktadır.
Şimdi, yukarıda listelenen sistem bileşenlerini biraz daha ayrıntılı olarak inceleyelim.
Sistem çekirdeği (1)
Systemcore, her robotun ana işlemcisi (“beyni”)dir. Systemcore testleri hızla devam ediyor ve yaz boyunca bazı FIRST Robotics Competition robotlarında kullanıldı ve çok olumlu geri bildirimler aldı. Kesin verilerimiz olmasa da, Systemcore bu sezon dışında 1.000’den fazla yarışmada robotlarda kullanıldı ve FIRST Tech Challenge Alpha ekiplerimizin ne tür test planları hazırlayacağını merakla bekliyoruz.
Bu yaz yapılan ilk alfa test takımlarının testleri ve bulgularına dayanarak, performansı ve takım deneyimini iyileştirmek için Systemcore donanım detaylarında birkaç değişiklik yapıldı. Bu sorunları bulmak alfa test sürecinin amacıdır ve FIRST Tech Challenge alfa takımları bu iyileştirmelerin dahil edildiği üniteleri alacaklardır. Bu değişikliklerin çoğu, küçük sorunları gidermek veya sağlamlığı artırmak için yapılan küçük güncellemeler olsa da, takımları ilgilendiren bir değişiklik konektörlerde yapılmıştır. Weidmueller Güç Girişi konektörü kaldırılmış, her iki program da cihazı çalıştırmak için Bridge Port Molex Microfit+ kullanacak ve CAN konektörleri 2 pimli Molex SL konektörlerle değiştirilecektir. Diğer değişiklikler arasında bir yapılandırma düğmesinin eklenmesi ve dijital modda I/O’nun pull-down yerine pull-up olarak değiştirilmesi yer almaktadır. Hatırlatmak gerekirse, önceki blog gönderilerinde Systemcore ürünüyle ilgili daha fazla ayrıntı bulunmaktadır (bkz. Gelecekteki Robot Denetleyicisi ve SystemCore Alfa Testi ile İlgili Güncellemeler – İlk Dalga).
Motioncore (2)
Motioncore, birkaç diğer önemli özelliğe sahip bir iletişim (CAN) ve güç dağıtım kartıdır. Takımlar, Motioncore’u pil yuvasından çalıştırır ve ardından köprü bağlantı noktası (4 pimli Molex Micro-Fit+) kullanarak gücü ve CAN iletişimini Systemcore’a geri aktarır.
CAN’ın FIRST Tech Challenge’a dahil edilmesi, FIRST A301 fırçasız motor ve akıllı sensörlerle iletişim için yeni bir dünya açmaktadır. CAN, endüstri standardı bir iletişim protokolüdür ve 2010 yılından beri FIRST Robotics Competition’da kullanılmaktadır. CAN, cihazlar arasında yüksek hızlı iki yönlü iletişim sağlar ve bazı önemli teknolojik dezavantajları olan sensörler için I2C kullanımını büyük ölçüde ortadan kaldırmayı amaçlamaktadır.
FIRST Robotics Competition’da CAN’dan öğrendiklerimize bakıldığında, CAN iletişimini kullanmanın en büyük zorluklarından biri, karmaşık zincirleme kablolama ve bir sorun olduğunda birden fazla bağlantı ve cihazda sorun giderme işlemidir. Motioncore, CAN kullanımını basit ve tak-çalıştır hale getirmek için tasarlanmıştır, böylece takımlar kablolama sorunlarının peşinde koşmak yerine oyun zorluklarını çözmeye daha fazla zaman ayırabilirler. Motioncore, FIRST A301 aktüatörlerine veya sensörlerine noktadan noktaya kablolama için 20 adet ayrı “Cihaz” (1Mbps CAN + Güç) bağlantı noktasına (4 pimli Molex Micro-Fit+) ve robot odometrisi veya diğer algılama işlemleri için 3 adet dördün enkoder bağlantı noktasına (4 pimli Molex SL) sahiptir. Motioncore, daha yüksek hızlı CAN FD aracılığıyla Systemcore ile iletişim kurarak hızlı cihaz güncellemeleri için bol miktarda bant genişliği sağlar.
Systemcore gibi, Motioncore da temel işlemleri yaparken riski ortadan kaldırmak için tasarlanmıştır. Yeni takımlar ve yeni takım üyeleri, Limelight ve FIRST’ün kazara hasar riskini azaltmak için mümkün olan her şeyi yaptığını bilerek güvenle yapımlarına devam edebilirler.
Motioncore’un ek özelliklerine genel bakış:
- Ters polarite girişi koruması
- Tüm CAN çiftlerinde +/- 24V sürekli diferansiyel aşırı gerilim koruması
- Tüm enkoder sinyali ve güç pinlerinde 24V sürekli aşırı gerilim toleransı (24V mantıksal YÜKSEK olarak okunur).
- Tüm arayüzlerde +/- 30kV hava ve temas ESD koruması
- Sıcaklık izleme
- Aşırı sıcaklık koruması
- 1 dakika @ 40A sürekli değer
- 20 cihaz bağlantı noktası 4 ayrı koruma bankasına bölünmüştür
- Systemcore’a güç sağlamak için kendi koruma bankasında 1 köprü bağlantı noktası
- Her koruma bankasında şunlar bulunur:
- Kısa devre koruması
- Donanım düzeyinde 75A anlık akım sınırı
- Akım izleme
- Arıza göstergesi LED
FIRST A301 (3)
FIRST A301, FIRST Tech Challenge programındaki diğer tüm aktüatörlerin (motorlar ve servolar) yerini alacak akıllı bir fırçasız motordur. Bu aktüatör, robot tasarımını basitleştirmek, rekabet eşitliğini artırmak ve program genelinde güvenilirliği yükseltmek amacıyla FIRST® ve REV Robotics’in diğer tedarikçilerin de katkılarıyla doğrudan işbirliği içinde geliştirilmiştir.
A301, FIRST Tech Challenge motorlarının ve servolarının dağınık yapısını tek bir birleşik, yüksek performanslı aktüatör çözümüyle değiştirir. FIRST A301 hakkında daha fazla ayrıntı yarın yayınlanacak bir blog yazısında açıklanacaktır.
Pil (4)
Ayrıntıları açıklamaya henüz hazır olmasak da, bu yeni yönelimle ilgili en heyecan verici bazı bilgileri paylaşmaktan mutluluk duyuyoruz. FIRST Tech Challenge’da kullanılan mevcut NiMH pil teknolojisi yaygın olarak mevcuttur, ancak sporumuzda güvenlik ve eşitliği sağlamak için yasal pilleri sınırlı sayıda satıcıdan temin edilen az sayıda seçenekle sınırlandırdık. Bu durum, uluslararası takımların veya katı satın alma gereksinimleri olan takımların yasal bir pil satın almasını zorlaştırabilir. NiMH çok güvenli ve kararlı bir pil kimyası olsa da, kılıfları (shrink wrap) bizim kullanım amacımız için yeterince sağlam değildir ve bu kimya nispeten yüksek bir iç dirence sahiptir, bu da onu robotunuzdaki gibi yüksek akım çekişi gerektiren durumlar için uygun hale getirmez.
Buna karşılık, elektrikli alet piller FIRST Tech Challenge takımlarının bulunduğu her yerde yaygın olarak bulunur, sert kullanımlara dayanacak şekilde tasarlanmış sağlam kasalara sahiptir ve yüksek yük uygulamaları için tasarlanmış bir kimyasal bileşim kullanır. Elektrikli alet piller, mevcut yasal pillerle yaklaşık aynı fiyat aralığındadır ve bazı takımlar zaten bunlara sahiptir. Günümüzün pillerinden daha yüksek voltajlı 18V (5S) paketler tasarlıyoruz. Bu, bazı sensörler gibi mevcut 12 voltluk cihazların voltaj regülatörleri olmadan çalışmayacağı anlamına gelir, ancak aynı zamanda robotun toplam akım çekişini düşürme ve robotların voltaj düşüşü durumuna girmeden önce çalışması için daha fazla alan sağlama gibi avantajları da vardır.
Mevcut sistemimizde olduğu gibi, FIRST yarışmada kullanımı yasal olan belirli marka ve model pillerin testlerini yapacak ve sonuçları yayınlayacaktır. Gelecekteki güncellemeler için bizi takip etmeye devam edin.
Sürücü İstasyonu Cihazı (5)
Yukarıda belirtildiği gibi, Sürücü İstasyonu Cihazının geleceğine henüz odaklanmadık. Alfa testi amacıyla, takımlar robotlarını kontrol etmek için bir masaüstü bilgisayar uygulaması kullanacaklar. Bu uygulama çapraz platform uyumludur ve çoğu modern Windows, Linux ve macOS sistemlerinde çalışacaktır. Bu uygulama için minimum özellikler oldukça düşüktür ve mevcut FIRST Robotics Competition Kit of Parts Laptop (HP 14-dq6011dx) temel alınmıştır. Mevcut tüm FIRST Tech Challenge yasal gamepad’leri desteklenecek olup, PlayStation DualSense tüm platformlarda en iyi desteği sunmaktadır. Uygulama halen WPILib ekibi tarafından geliştirilmektedir ve daha fazla bilgi ilerleyen tarihlerde paylaşılacaktır.
Alfa Testine İlişkin Son Bir Not
FIRST Tech Challenge alfa test uygulaması 14 Kasım’da sona erdi, ancak bunun, takımların başvuru sırasında planladıklarından daha geniş bir test kapsamı olabileceğini biliyoruz. Seçilen Alfa test takımlarına, bu ek kapsamla test yapmaya hala istekli olup olmadıklarını teyit edeceğiz. Alfa test ekiplerinden, mevcut piller, motorlar ve REV Genişletme Hub’ları ile Systemcore’u kullanarak hibrit çözümü test etmeleri ve ayrıca FIRST A301 aktüatörleri de dahil olmak üzere yeni sistemi bir bütün olarak test etmeleri istenecektir. Alfa test ekiplerini gelecekteki bir blog gönderisinde duyuracağız. Daha önce FIRST Robotics Competition alfa test ekiplerinin listesini açıklamıştık. Ekibiniz seçilmemiş olsa bile, Systemcore Alfa Testi Github Projesi’nde projenin ilerleyişini takip edebilirsiniz.