チュートリアル(Raspberry Pi Mouse、Python、Windows、強化月間用)

はじめに

このページではシミュレーター上の Raspberry Pi マウスを操作するためのコンポーネントの作成手順を説明します。

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シミュレーター

シミュレーターは Open Dynamics Engine(ODE) という物理演算エンジンと ODE 付属の描画ライブラリ(drawstuff)を使用して開発しています。 OpenGL が動作すれば動くので、大抵の環境で動作するはずです。

以下の Raspberry Piマウス というロボットのシミュレーションができます。

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シミュレーター上の Raspberry Pi マウスの動力学計算、接触応答だけではなく、距離センサーのデータも現実のロボットに近い値を再現するようにしています。

作成する RTコンポーネント

  • RobotController コンポーネント

RaspberryPiMouseSimulator コンポーネントと接続してシミュレーター上のロボットを操作するためのコンポーネントです。

RobotController コンポーネントの作成

GUI(スライダー)によりシミュレーター上のロボットの操作を行い、センサー値が一定以上の時には自動的に停止するコンポーネントの作成を行います。

robotcomp.png

作成手順

作成手順は以下の通りです。

  • 開発環境の確認
  • コンポーネントの仕様を決める
  • RTC Builderによるソースコードのひな形の作成
  • ソースコードの編集
  • コンポーネントの動作確認

開発環境の確認

以下の環境を想定しています。

コンポーネントの仕様

RobotController は目標速度を出力するアウトポート、センサー値を入力するインポート、目標速度や停止するセンサー値を設定するコンフィギュレーションパラメーターを持っています。

コンポーネント名称 RobotController
InPort
ポート名 in
TimedShortSeq
説明 センサー値
OutPort
ポート名 out
TimedVelocity2D
説明 目標速度
Configuration
パラメーター名 speed_x
double
デフォルト値 0.0
制約 -1.0<x<1.0
Widget slider
Step 0.01
説明 直進速度の設定
Configuration
パラメーター名 speed_r
double
デフォルト値 0.0
制約 -2.0<x<2.0
Widget slider
Step 0.01
説明 回転速度の設定
Configuration
パラメーター名 stop_d
int
デフォルト値 30
説明 停止するセンサー値の設定

TimedVelocity2D 型について

2次元平面上の移動ロボットの移動速度を格納するデータ型である TimedVelocity2D 型を使用します。

     struct Velocity2D
     {
           /// Velocity along the x axis in metres per second.
           double vx;
           /// Velocity along the y axis in metres per second.
           double vy;
           /// Yaw velocity in radians per second.
           double va;
     };
 
 
     struct TimedVelocity2D
     {
           Time tm;
           Velocity2D data;
     };

このデータ型にはX軸方向の速度vx、Y軸方向の速度vy、Z軸周りの回転速度vaが格納できます。

vxvyvaはロボット中心座標系での速度を表しています。


/ja/node/6042

vxはX方向の速度、vyはY方向の速度、vaはZ軸周りの角速度です。

Raspberry Pi マウスのように2個の車輪が左右に取り付けられているロボットの場合、横滑りしないと仮定するとvyは0になります。

直進速度vx、回転速度vaを指定することでロボットの操作を行います。

距離センサーのデータについて

Raspberry Pi マウスの距離センサーのデータは物体との距離が近づくほど大きな値を出力するようになっています。


rpm14.png

デバイスファイルから取得した数値 実際の距離[m]
1394 0.01
792 0.02
525 0.03
373 0.04
299 0.05
260 0.06
222 0.07
181 0.08
135 0.09
100 0.10
81 0.15
36 0.20
17 0.25
16 0.30

シミュレーターではこの値を再現して出力しています。 RobotController コンポーネントではこの値が一定以上の時に自動的に停止する処理を実装します。

RobotController コンポーネントのひな型の生成

RobotController コンポーネントの雛型の生成は、RTCBuilder を用いて行います。

RTCBuilder の起動

Eclipse では、各種作業を行うフォルダーを「ワークスペース」(Work Space)とよび、原則としてすべての生成物はこのフォルダーの下に保存されます。 ワークスペースはアクセスできるフォルダーであれば、どこに作っても構いませんが、このチュートリアルでは以下のワークスペースを仮定します。

  • C:\workspace

まずは Eclipse を起動します。 Windows 8.1の場合は「スタート」>「アプリビュー(右下矢印)」>「OpenRTM-aist 1.1.2」>「OpenRTP」をクリックすると起動できます。

最初にワークスペースの場所を尋ねられますので、上記のワークスペースを指定してください。

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すると、以下のようなWelcomeページが表示されます。


/ja/node/6026
Eclipse の初期起動時の画面

Welcomeページはいまは必要ないので左上の「×」ボタンをクリックして閉じてください。

右上の [Open Perspective] ボタンをクリックしてください。

/ja/node/6026
パースペクティブの切り替え

「RTC Builder」を選択することで、RTCBuilder が起動します。メニューバーに「カナヅチとRT」の RTCBuilder のアイコンが表示されます。

/ja/node/6026
パースペクティブの選択

新規プロジェクトの作成

RobotController コンポーネントを作成するために、RTC Builder で新規プロジェクトを作成する必要があります。

左上の [Open New RTCBuilder Editor] のアイコンをクリックしてください。

/ja/node/6057
RTC Builder 用プロジェクトの作成

「プロジェクト名」欄に作成するプロジェクト名 (ここでは RobotController) を入力して [終了] ボタンをクリックします。

RT-Component-BuilderProject_1.png

指定した名称のプロジェクトが生成され、パッケージエクスプローラ内に追加されます。

PackageExplolrer_1.png

生成したプロジェクト内には、デフォルト値が設定された RTC プロファイル XML(RTC.xml) が自動的に生成されます。

RTC プロファイルエディタの起動

RTC.xml が生成された時点で、このプロジェクトに関連付けられているワークスペースとして RTCBuilder のエディタが開くはずです。 もし起動しない場合はパッケージエクスプローラーの RTC.xml をダブルクリックしてください。

/ja/node/6026

プロファイル情報入力とコードの生成

まず、いちばん左の「基本」タブを選択し、基本情報を入力します。先ほど決めた RobotController コンポーネントの仕様(名前)の他に、概要やバージョン等を入力してください。 ラベルが赤字の項目は必須項目です。その他はデフォルトで構いません。

  • モジュール名: RobotController
  • モジュール概要: 任意(Robot Controller component)
  • バージョン: 任意(1.0.0)
  • ベンダ名: 任意
  • モジュールカテゴリ: 任意(Controller)


Basic_1.png
基本情報の入力


次に、「アクティビティ」タブを選択し、使用するアクションコールバックを指定します。

RobotController コンポーネントでは、onActivated()、onDeactivated()、onExecute() コールバックを使用します。下図のように①の onAtivated をクリック後に②のラジオボタンにて [ON] にチェックを入れます。 onDeactivated、onExecute についても同様の手順を行います。


Activity_1.png
アクティビティコールバックの選択


さらに、「データポート」タブを選択し、データポートの情報を入力します。 先ほど決めた仕様を元に以下のように入力します。なお、変数名や表示位置はオプションで、そのままで結構です。


  • InPort Profile:
    • ポート名: in
    • データ型: TimedShortSeq

  • OutPort Profile:
    • ポート名: out
    • データ型: TimedVelocity2D


DataPort_1.png
データポート情報の入力


次に、「コンフィギュレーション」タブを選択し、先ほど決めた仕様を元に、Configuration の情報を入力します。 制約条件および Widget とは、RTSystemEditor でコンポーネントのコンフィギュレーションパラメーターを表示する際に、スライダー、スピンボタン、ラジオボタンなど、GUI で値の変更を行うためのものです。

直進速度 speed_x、回転速度 speed_r はスライダーのより操作できるようにします。


  • speed_x
    • 名称: speed_x
    • データ型: double
    • デフォルト値: 0.0
    • 制約条件: -1.0<x<1.0
    • Widget: slider
    • Step: 0.01
  • speed_r
    • 名称: speed_r
    • データ型: double
    • デフォルト値: 0.0
    • 制約条件: -2.0<x<2.0
    • Widget: slider
    • Step: 0.01
  • stop_d
    • 名称: stop_d
    • データ型: int
    • デフォルト値: 30
    • Widget: text


Configuration_1.png
コンフィグレーション情報の入力


次に、「言語・環境」タブを選択し、プログラミング言語を選択します。 ここでは、Python(言語)を選択します。なお、言語・環境はデフォルト等が設定されておらず、指定し忘れるとコード生成時にエラーになりますので、必ず言語の指定を行うようにしてください。

Language_1_2.png
プログラミング言語の選択


最後に、「基本」タブにあ [コード生成] ボタンをクリックし、コンポーネントの雛型を生成します。


Generate_1.png
雛型の生成(Generate)


※ 生成されるコード群は、eclipse 起動時に指定したワークスペースフォルダーの中に生成されます。現在のワークスペースは、[ファイル] > [ワークスペースの切り替え..]で確認することができます。

ソースコードの編集

<ワークスペースディレクトリー>/RobotController/RobotController.pyをPython用エディタで開いて編集してください。 Pythonに標準で付属しているIDLEを使う場合は、ファイルを右クリックしてEdit with IDLEをクリックするとファイルを開きます。


idle_1.png


変数初期化部分の修正

OpenRTM-aist 1.1.2のRTC Builderを使用している場合は、変数初期化部分を修正する必要があります。(OpenRTM-aist 1.2.0では修正される予定です)

まずは、init関数のself._d_in変数初期化部分を修正してください。

     def __init__(self, manager):
         OpenRTM_aist.DataFlowComponentBase.__init__(self, manager)
 
         #in_arg = [None] * ((len(RTC._d_TimedShortSeq) - 4) / 2) ←削除
         #self._d_in = RTC.TimedShortSeq(*in_arg) ←削除
         #以下の行を追加
         self._d_in = RTC.TimedShortSeq(RTC.Time(0,0),[])

次にself._d_out 変数初期化部分を修正してください。

         #out_arg = [None] * ((len(RTC._d_TimedVelocity2D) - 4) / 2) ←削除
         #self._d_out = RTC.TimedVelocity2D(*out_arg) ←削除
         #以下の行を追加
         self._d_out = RTC.TimedVelocity2D(RTC.Time(0,0),RTC.Velocity2D(0.0,0.0,0.0))

これで完了です。

アクティビティ処理の実装

RobotController コンポーネントでは、コンフィギュレーションパラメーター(speed_x、speed_y)をスライダーで操作しその値を目標速度としてアウトポート(out)から出力します。 インポート(in) から入力された値を変数に格納して、その値が一定以上の場合は停止するようにします。


onActivated()、onExecute()、onDeactivated() での処理内容を下図に示します。

RCRTC_State_1.png
アクティビティ処理の概要


下記のように、onActivated()、onDeactivated()、onExecute() を実装します。

     def onActivated(self, ec_id):
         #センサー値初期化
         self.sensor_data = [0,0,0,0]
         return RTC.RTC_OK

     def onDeactivated(self, ec_id):
         #ロボットを停止する
         self._d_out.data.vx = 0
         self._d_out.data.va = 0
         self._outOut.write()
         return RTC.RTC_OK

     def onExecute(self, ec_id):
         #入力データの存在確認
         if self._inIn.isNew():
             data = self._inIn.read()
             #この時点で入力データがm_inに格納される
             #入力データを別変数に格納
             self.sensor_data = data.data[:]
         #前進するときのみ停止するかを判定
         if self._speed_x[0] > 0:
             for d in self.sensor_data:
                 #センサ値が設定値以上か判定
                 if d > self._stop_d[0]:
                     #センサ値が設定値以上の場合は停止
                     self._d_out.data.vx = 0
                     self._d_out.data.va = 0
                     self._outOut.write()
                     return RTC.RTC_OK
                 
         #設定値以上の値のセンサが無い場合はコンフィギュレーションパラメータの値で操作
         self._d_out.data.vx = self._speed_x[0]
         self._d_out.data.va = self._speed_r[0]
         self._outOut.write()
                 
         return RTC.RTC_OK

RobotController コンポーネントの動作確認

作成した RobotController をシミュレーターコンポーネントと接続して動作確認を行います。

以下より RaspberryPiMouseSimulator コンポーネントをダウンロードしてください。

ZIPファイルは Lhaplus 等で展開してください。

インターネットに接続できない環境で講習会を実施している場合がありますので、その場合は配布のUSBメモリーに入れてあります。

NameService の起動

コンポーネントの参照を登録するためのネームサービスを起動します。


「スタート」>「アプリビュー(右下矢印)」>「OpenRTM-aist 1.1.2」の順に辿り、「Start Naming Service」をクリックしてください。

※ 「Start Naming Service」をクリックしても omniNames が起動されない場合は、フルコンピュータ名が14文字以内に設定されているかを確認してください。

RobotController コンポーネントの起動

RobotController コンポーネントを起動します。

RobotControllerComp.pyファイルをダブルクリックして実行してください。

シミュレーターコンポーネントの起動

このコンポーネントは先ほどダウンロードしたファイル(RTM_Tutorial_2017.zip)を展開したフォルダーの EXE/RaspberryPiMouseSimulatorComp.exe を実行すると起動します。

コンポーネントの接続

下図のように、RTSystemEditor にて RobotController コンポーネント、RaspberryPiMouseSimulator コンポーネントを接続します。

RTSE_Connect_1.png
コンポーネントの接続

コンポーネントのActivate

RTSystemEditor の上部にあります [All Activate] というアイコンをクリックし、全てのコンポーネントをアクティブ化します。 正常にアクティベートされた場合、下図のように黄緑色でコンポーネントが表示されます。


RTSE_Activate_1.png
コンポーネントのアクティブ化


動作確認

下図のようにコンフィギュレーションビューの [編集] ボタンからコンフィギュレーションを変更することができます。


RTSE_Configuration_10.png

スライダーを操作してシミュレーター上の [Raspberry Pi] マウスの操作ができるかを確認してください。


RTSE_Configuration_1.png
コンフィギュレーションパラメーターの変更


実機での動作確認

講習会で Raspberry Pi マウス実機を用意している場合は実機での動作確認が可能です。

手順は以下の通りです。

  • Raspberry Pi マウスの電源を投入する
  • Raspberry Pi マウスのアクセスポイントに接続
  • ポートの接続
  • コンポーネントのアクティブ化

電源を投入する

Raspberry PiマウスにはRaspberry Piの電源スイッチとモーターの電源スイッチの2つがあります。


rpm8.png


内側の電源スイッチをオンにするとRaspberry Piが起動します。


rpm9.png


電源を切る場合

Raspberry Piの電源を切る場合は、電源スイッチから直接オフにはしないようにしてください。 3つ並んだボタンの中央のボタンを数秒押すとシャットダウンが始まります。 10秒程度でRaspbianのシャットダウンが終了するため、その後に電源スイッチをオフにしてください。


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アクセスポイントに接続

アクセスポイントへの接続方法は以下のページを参考にしてください。

SSID、パスワードは Rasoberry Pi マウスに貼り付けたシールに記載してあります。

まず右下のネットワークアイコンをクリックしてください。


/ja/node/6042

次に一覧から raspberrypi_*** を選択してください。


/ja/node/6042

パスワードを入力してください。


/ja/node/6042

※ネットワークが切り替わった場合にネームサーバーへのコンポーネントの登録やポートの接続が失敗する場合があるのでネームサーバ、コンポーネントを一旦全て終了してください。 ネットワーク切り替え後に起動した場合には問題ないので、終了させる必要はありません。

ネームサーバー追加

続いてRTシステムエディタの [ネームサーバー追加] ボタンで 192.168.11.1 を追加してください。


tutorial_raspimouse0.png tutorial_raspimouse1.png



すると以下の2つの RTC が見えるようになります。

RaspberryPiMouseRTC は名城大学のロボットシステムデザイン研究室で開発されているラズパイマウス制御用の RTコンポーネントです。

ポートの接続

RTシステムエディタで RaspberryPiMouseRTC、RobotController コンポーネントを以下のように接続します。

tutorial_raspimouse41.png

モーターの電源を投入する

動作の前に、モーターの電源スイッチをオンにしてください。 モーターの電源はこまめに切るようにしてください。


rpm10.png


アクティブ化

そして RTC をアクティブ化すると Raspberry Pi マウスの操作ができるようになります。

ダウンロード

最新バージョン

初めての方へ

Windows msi(インストーラ) パッケージ (サンプルの実行ができます。)

C++,Python,Java,
Toolsを含む
1.2.1-RELEASE

RTコンポーネントを開発するためには開発環境のインストールが必要です。詳細はダウンロードページ

統計

Webサイト統計
ユーザ数:1838
プロジェクト統計
RTコンポーネント297
RTミドルウエア28
ツール22
文書・仕様書1

Choreonoid

モーションエディタ/シミュレータ

OpenHRP3

動力学シミュレータ

OpenRTP

統合開発プラットフォーム

産総研RTC集

産総研が提供するRTC集

TORK

東京オープンソースロボティクス協会

DAQ-Middleware

ネットワーク分散環境でデータ収集用ソフトウェアを容易に構築するためのソフトウェア・フレームワーク