06 Debug und Kalibrierung

Nutzer eines fertigen Geräts können diese Seite überspringen: Das Werk kalibriert und verifiziert jedes Gerät. Wiederholen Sie diese Schritte nur nach dem Austausch eines Servos/der IMU, nach erneuter Servohorn-Montage oder wenn der Verdacht besteht, dass ein Firmware-Upgrade die Kalibrierung gestört hat.

Dies ist die funktionale Prüfung und Kalibrierung des gesamten Roboters nach Montage, Flashen und Nullpunkt-Kalibrierung; arbeiten Sie sie der Reihe nach durch, bevor Sie den Roboter verwenden.

Stromversorgung beim Debuggen: USB überträgt nur serielle Daten. c benötigt nur die IMU (die Servos dürfen unversorgt bleiben); t / z / e benötigen die 5-V-Servoschiene. Wenn Sie den ESP32 nicht aus zwei Quellen speisen wollen, ziehen Sie den 5-V-Zweig zum ESP32 ab, versorgen ihn allein über USB und lassen das 5-V-Netzteil nur die Servos speisen – ein normaler Aufbau, siehe Seite 04, Abschnitt 4.4.

6.1 Serielle Schnittstelle öffnen und Telemetrie lesen

Öffnen Sie im Ordner SR-Support mit aktiviertem .venv die serielle Schnittstelle (COM27 ist Ihr Port):

pio device monitor --rts 0 --dtr 0 -b 115200 -p COM27

(Serielle Tools / der Windows-UartAssist-Download stehen auf Seite 03, Abschnitt 3.3.)

Nach dem Öffnen des Ports sehen Sie zuerst das Boot-Protokoll, wenn das Board gerade eingeschaltet wurde oder Sie RST gedrückt haben; falls kein Boot-Protokoll erscheint, drücken Sie einmal RST. Danach folgt alle 250 ms eine Telemetriezeile:

IMU version 1.1.2
autorun on: get-up waits for a fall
up -0.01 +0.02 +1.00 | w  0.0  0.0  0.0 | q +0.00 +0.00 | qd  0.0  0.0 | run

Feld	Bedeutung	Ablesung
up	Welt-Hochvektor in Körperkoordinaten (x vorwärts, y links, z oben)	aufrecht (0,0,1), Neigung≈0°; Liegeposen in 6.5 (z. B. (-1,0,0)=pitch_pos)
w	Winkelgeschwindigkeit (rad/s)	≈0 in Ruhe; ungleich null beim Aufstehen/Abrollen; das Fall-Gate benötigt `
q	Aktuelle Gelenk-Befehlswinkel (Schulter, Ellenbogen, rad; keine Rückmeldung)	q=0 ist Arm senkrecht; Schulter + → großer Arm in Richtung −Y, Ellenbogen + → Unterarm in Richtung +X
qd	Gelenk-Befehlsraten	selten benötigt
mode	Laufmodus	run / hold / manual / auto

Beispielwerte (Fenster von hw_watch):

up  x+0.00 y+0.00 z+1.00 tilt  0.0   # upright
up  x-1.00 y+0.00 z+0.00            # pitch_pos: top points +X
w   +0.0 +0.0 +0.0 rad/s |w| 0.0    # still
q   sh +0.00 el +0.00 mode hold     # arm vertical, idle

tilt ist der Winkel zwischen dem Hochvektor und der Senkrechten (aus up_z); 0° bedeutet vollständig aufrecht.

Wenn der scrollende Strom schwer zu lesen ist, verwenden Sie das Live-Fenster mit fester Zeile (die Befehle funktionieren weiterhin):

python tools/hw_watch.py --port COM27

Es zeichnet up/Neigung, Winkelgeschwindigkeit, Gelenkwinkel, Modus und das letzte Ereignis an Ort und Stelle neu; tippen Sie bei cmd> und drücken Sie die Eingabetaste, um einen Befehl zu senden, und Ereignisse werden zusätzlich an logs/hw_watch.log angehängt. Für einen vollständigen Aufrichtlauf, bei dem jede Rohzeile zählt, verwenden Sie weiterhin pio device monitor oder tools/hw_monitor.py (letzteres schreibt alle 5 s eine Zusammenfassung ins Protokoll).

So senden Sie serielle Befehle: Lassen Sie den Monitor geöffnet und tippen Sie den Befehl gefolgt von der Eingabetaste (Ein-Zeichen-Befehle brauchen keine Anführungszeichen). Auf dieser Seite verwendete Befehle:

c        # gyro + accel calibration (robot level and still)
t        # servo self-test
k        # read both servo center pulses
m 0.5 0  # manual shoulder direction test
i / j    # flip IMU X / Y signs (only if a direction is reversed)

Die vollständige Befehlstabelle steht auf Seite 03, Abschnitt 3.4.

Kurzes Selbstprüfskript (schließen Sie zuerst den seriellen Monitor, damit der Port frei ist):

python tools/hw_check.py --port COM27
python tools/hw_check.py --port COM27 --tilt 8

Der erste Befehl liest 0,6 s Telemetrie; bei --tilt 8 neigen Sie den Roboter von Hand, und es gibt die Bereiche für up/Gyro sowie den Neigungsbereich aus, was eine blockierte oder falsch orientierte IMU aufdeckt.

6.2 IMU-Prüfungen und Kalibrierung

c bewirkt zwei Dinge:

1. Gyroskop-Nullpunkt-Bias: mittelt 200 Ruheproben (etwa 2 s) zum Nullraten-Offset; dieser gilt für den aktuellen Einschaltzyklus und wird bei jedem Booten automatisch neu bestimmt;
2. Beschleunigungs-Nullpunkt: aus denselben Proben wird der Gravitationsvektor gemittelt; dazu muss der Roboter waagerecht stehen (Gravitation vollständig auf +Z), die Firmware prüft ihn auf Plausibilität und speichert ihn im NVS (wird beim Booten geladen).

Vorgehen (Servostromversorgung nicht erforderlich):

1. Führen Sie zuerst die mechanische Orientierungsprüfung auf Seite 04, Abschnitt 4.5 durch (Schulterwelle zur IMU −Y, Ellenbogenwelle zur IMU +X);

2. Stellen Sie den Roboter aufrecht auf einen WASSERWAAGERECHTEN Tisch, lassen Sie ihn los, Kabel dürfen nicht ziehen;

3. Tippen Sie c und drücken Sie die Eingabetaste im seriellen Monitor oder bei cmd> von hw_watch:

   c

4. Halten Sie etwa 2 s still; bei Erfolg wird ausgegeben:

   gyro bias (rad/s): ...
   accel bias (m/s^2): ... (saved)
   calibration done; hold

5. accel cal rejected: |a|=... bedeutet, dass der Roboter nicht waagerecht oder nicht ruhig stand (die Gravitationsnorm weicht mehr als 1,5 m/s² von 9,8 ab); der Bias bleibt unverändert – stellen Sie ihn erneut auf und senden Sie c noch einmal.

Überprüfung:

• Neigen Sie langsam nach links/rechts und vor/zurück: Die x/y-Komponenten von up müssen flüssig folgen; wenn eine Richtung vertauscht ist, senden Sie i / j, um das Vorzeichen der IMU-Achse umzukehren, und führen Sie c erneut aus;
• Legen Sie den Roboter ab und warten Sie 2 s: up muss mit der Liegeposen-Tabelle in 6.5 übereinstimmen (z. B. (0,-1,0) = roll_neg), wobei die Basisfläche flach aufliegt;
• Eine anhaltende Neigung von 5°+ im Liegen bedeutet meist, dass der Beschleunigungs-Nullpunkt falsch ist – wiederholen Sie diesen Abschnitt.

Fertige Geräte sind im Werk kalibriert (im NVS gespeichert); wiederholen Sie dies nur nach dem Austausch/erneuter Montage der IMU oder wenn die Liegepose sichtbar geneigt ist. c kalibriert nur die IMU – es ändert nicht den Servo-Nullpunkt (das ist Seite 05).

Wenn Sie vor der Kalibrierung manuelle Befehle verwendet haben (die Telemetrie endet auf manual), lässt c den Roboter in hold/manual, und das Fall-Gate startet kein Aufstehen; halten Sie ihn aufrecht und senden Sie g zum Fortsetzen, oder setzen Sie das Board zurück.

6.3 Servoprüfungen und Richtungs-Selbsttest

Prüfung	Methode	Erwartet
Mitten	k	centers: shoulder 1681 us, elbow 1456 us (Werte der visuellen Mitte, eingebrannt 2026-11; neu nullen gemäß Seite 05)
Schulter-Trim	o / p (±10 µs)	Arm senkrecht bei q=0
Richtung	m 0.5 0 / m 0 0.5	Schulter + → großer Arm in Richtung −Y; Ellenbogen + → Unterarm in Richtung +X
Vorzeichenumkehr	v (Schulter) / b (Ellenbogen)	Nur wenn eine Richtung vertauscht ist
Selbsttest	t	Kleine Bewegung an beiden Gelenken, dann Mitte
Neutral	m 0 0 oder r	Arm senkrecht

Gelenkgrenzen:

• Manuelle Schulterbefehle [-1.85, +1.82] rad; Ellenbogen mechanisch ±1.55 rad (vom Ausführer erreichbar);
• Manuelle m-Befehle begrenzen den Ellenbogen auf [-0.90, +0.70] rad;
• PWM-Ausgang 500–2500 µs bei 50 Hz.

Tippen Sie diese nacheinander in das Sendefeld des seriellen Monitors/Assistenten (nach jedem die Eingabetaste):

t
k
m 0.5 0
m 0 0.5
m 0 0

Bestätigen Sie: Schulter q>0 → großer Arm in Richtung −Y; Ellenbogen q>0 → Unterarm in Richtung +X. Falsche Richtung: mit v / b umkehren oder das Servohorn neu montieren.

6.4 Mittenprüfung

Im Werk eingebrannt (Schulter 1681 µs / Ellenbogen 1456 µs) – bei einem Seriengerät überspringbar. In einem DIY-Bau wurde dies bereits mit der Nullpunkt-Kalibrierung auf Seite 05 erledigt und die Werte in config.h festgeschrieben (neu flashen, falls sie sich geändert haben); führen Sie hier nur k aus, um zu bestätigen, dass die Mitten mit den eingebrannten Werten übereinstimmen. Kehren Sie nur nach dem Neuindexieren eines Servohorns, erneuter Montage oder wenn der Arm nicht mehr in der visuellen Mitte ruht, zu Seite 05 zurück.

6.5 Vier Liegeposen und das Fall-Gate

Pose	Monitor-up	Physische Bedeutung
pitch_pos	(-1, 0, 0)	Die Oberseite des Körpers zeigt in Richtung +X
pitch_neg	(+1, 0, 0)	Die Oberseite des Körpers zeigt in Richtung −X
roll_pos	(0, +1, 0)	Die Oberseite des Körpers zeigt in Richtung −Y
roll_neg	(0, -1, 0)	Die Oberseite des Körpers zeigt in Richtung +Y

Fall-Gate-Bedingung (Firmware):

up_z < 0.30 and |ω| < 0.9 rad/s for 25 consecutive ticks (0.5 s)

Erst dann gibt sie getup start pose=... aus und beginnt. Legen Sie den Roboter also ab, lassen Sie ihn los und halten Sie ihn ~0,5 s still; wenn Sie ihn direkt nach dem Ablegen hin und her bewegen, berührt ihn meist noch eine Hand, oder der Körper rollt noch.

Prüfung: Legen Sie den Roboter in jede der vier Posen, lassen Sie los und halten Sie ihn still; innerhalb von 0,5 s muss das serielle Protokoll getup start pose=<matching pose> zeigen.

6.6 Abschlusskriterien

• [ ] c gibt accel bias ... (saved) aus;
• [ ] t zeigt an beiden Gelenken die korrekten Richtungen;
• [ ] k entspricht den eingebrannten Mitten (oder Sie haben gemäß Seite 05 neu genullt und dies festgeschrieben);
• [ ] alle vier Liegeposen lösen getup start aus.

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