O objetivo do projeto é desenvolver uma IHM para o braço robo MOREA - reabilitação de braço. Para isso, decidimos usar a biblioteca tkinter do python, que traz ferramentas básicas para a criação de uma interface gráfica, além de ser bem documentada. Para a comunicação da interface com a VIOLA + VF toradex decidimos por usar a comunicação serial UART, com isso basta um FTDI para termos uma comunicação bidirecional com a toradex. Para desenvolver a parte de comunicação serial usamos a biblioteca Pyserial.
Decidimos criar um braço virtual com 3 graus de liberdade para representar o robô MOREA. No canvas branco temos podemos ver duas das juntas do robô representada pelos círculos pretos, o último grau de liberdade é de rotação sobre a base azul. O lugar que você clicar e arrastar com o botão esquerdo do mouse vira o TARGET do robô, portanto ele tentará colocar sua ponta na posição do mouse. Caso você clique e arraste com o botão direito do mouse é possível rotacionar o braço sobre a base azul.
Abaixo do canvas estão os sliders permitem controlar de maneira independente cada grau de liberdade.
Na parte inferior da direita, temos uma interface simples para a seleção da porta serial. Elas nos apresenta todas as portas COM disponíveis, além de permitir selecionar o baudrate.
Envia pela serial uma mensagem para parada do braço em caso de emergências.
Sempre que o robo virtual atualiza sua posição ele envia pela porta serial seus novos ângulos para que o robô real possa seguí-lo. Os Ângulos são enviados no formato: RAD_rotação;RAD_junta1;RAD_junta2; Sendo a junta1 a mais próxima mda base azul.
O código é divido em 2 arquivos: main.py e robot.py. Na main.py temos a criação dos objetos da interface gráfica, a definição das rotinas de funcionamento de botões da interface e a criação do objeto da clase robot. Na robot.py temos 3 classes, a Vector2d, que serve apenas para ajudar em algumas contas com vetores 2D. A Arm, que cuida das propriedades de cada segmento do robô, sendo que ela pode ser o segmento principal ou ter "pais" associados. O pais são os segmentos no qual esse segmento está ligado. Por fim, temos a classe Robot, que possui um array de Arms e possui as funções de plot do robô no canvas. A principal função da da classe Robot é a inverseKinematics(), que permite calcular os ângulos das juntas do robô com base no TARGET. Para desenvolver essa função nos baseamos nesse vídeo https://www.youtube.com/watch?v=inSzWXAbM8Q&ab_channel=ReginaldoJSantos, onde o professor Reginaldo deriva as fórmulas que descrevem os ângulos.
O Código foi feito para a placa VIOLA da Toradex (Colibri VF50). Decidimos usar a porta UART_A da placa para se comunicar com a nossa interface gráfica. Para setar as configurações da porta serial usamos a biblioteca <termios.h>. Optamos por fazer um código que faz um eco do que foi recebido na serial, ou seja, ele printa os ângulos enviados pela interface na própria serial. Com os ângulos em mãos no código embarcado, os grupos responsáveis pelo controle do braço e envios dos dados pela rede can podem usar essas informação como target para a lógica de controle.