Kia Arm Ctrl

Kia Arm Controller (ESP32-S3) By OlypTea

(Baser sur : https://www.youtube.com/watch?v=AIsVlgopqJc )

https://github.com/user-attachments/assets/333e42ec-3789-4127-9b2e-19c26ccea488

Refonte complète (Hardware, Firmware & Software) d'un bras robotique imprimé en 3D (4 axes + pince), inspirée initialement du projet de la chaîne Build Some Stuff.

Cette version abandonne le combo limité Arduino Uno + PCA9685 au profit d'une carte sur mesure basée sur l'ESP32-S3, capable de gérer la cinématique et l'alimentation de puissance de manière autonome.

---

Améliorations majeures

• Calcul haute performance : ESP32-S3 (Dual-core 240MHz, FPU, 16MB Flash + 8MB PSRAM Octal). Gère la cinématique directe/inverse (FK/IK) et l'interpolation par spline cubique directement en local.
• Alimentation intégrée (6V/10A) : Régulateur Buck synchrone TI TPS56C215 (pic à 15A) capable d'alimenter directement les servos de forte puissance (Miuzei 15 à 35kg).
• Sécurité matérielle : Surveillance de la puissance via INA219 et circuit d'arrêt d'urgence physique (E-STOP par MOSFETs) coupant la puissance sans affecter la logique du MCU.
• Signal propre : Abandon du PCA9685. Utilisation du périphérique natif MCPWM de l'ESP32-S3 avec conversion de niveau logique 3.3V vers 5V (SN74AHCT244).
• Interface PC dédiée (Kia Studio) : Application de contrôle et calibration 3D temps réel développée en Python (PySide6 + PyOpenGL).

---

Spécifications du Hardware & PCB

• Dimensions : 100 × 70 mm (conçu pour s'intégrer parfaitement dans l'espace de 113.5 × 80.7 mm de la base du bras / plaque MB2).
• Stackup : PCB 4 couches avec couches internes en cuivre épais de 2 oz (70 µm).
• Routage : Pistes d'alimentation VSERVO $\ge$ 3 mm et isolation stricte des masses (Star Ground) : connexions séparées pour le GND logique, puissance et analogique reliées en un seul point (Net tie) sous l'INA219.
• Conception : Réalisé sous KiCad 10 (Schémas divisés en modules : Power, MCU, IO, Connectors).

Piège de routage évité : Les GPIO 26 à 37 sont réservés à la PSRAM Octal de l'ESP32-S3 et sont strictement inutilisables.

---

Architecture du Firmware (Dual-Core)

Développé directement sous ESP-IDF + FreeRTOS pour maximiser les performances en temps réel.

• Core 0 (PRO_CPU) : Gestion & Comms
  • Parser USB CDC & Serveur BLE GATT (futurs services WiFi/HTTP).
  • Machine d'état principale de tout le système.
• Core 1 (APP_CPU) : Temps Réel Strict
  • Tâche ADC (100 Hz) : Suréchantillonnage x64, filtre EMA et hystérésis pour les 5 potentiomètres.
  • Solveur cinématique (FK/IK) et interpolation de trajectoire (Spline cubique) pour des mouvements fluides sans à-coups.
  • Driver MCPWM (50 Hz) pour le signal précis des servos (impulsions de 1 à 2 ms).
  • Supervision de sécurité (Lecture I2C en temps réel de l'INA219 & gestion de l'interruption E-STOP).

---

Logiciel PC : Kia Studio

Interface 3D légère basée sur une architecture hexagonale en Python 3.11 + PySide6 et un rendu graphique de bas niveau (pyqtgraph + PyOpenGL).

• proto/ : Protocole de communication USB CDC partagé à 100 % avec le contrôleur.
• core/ : Modèle cinématique pur Python et chargement des fichiers STL.
• ui/ : Vue Qt, panneau de calibration 3D avec manipulation des axes XYZ (Pivot Gizmo) et sauvegarde des offsets dans un fichier de configuration JSON.

(Note : L'application est générique. Il suffit de remplacer les modèles 3D et de rebuild l'app pour l'adapter à un autre bras possédant la même architecture).

---

Modes de Fonctionnement

---

Remerciements & Références

• Build Some Stuff Fondateur du projet initiale
• Espressif ESP-IDF - Framework.
• KiCad EDA - Suite de conception électronique open-source.
• PySide / Qt - Framework UI pour Kia Studio.
• Merci aux membres de la communauté open-source pour les inspirations structurelles des bras robotiques 3D.