やりたいこと
最終目標
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二足歩行ロボット Rapiro の制御を、標準の Arduino IDE（C/C++）ベースから、JavaScript（Node.js）ベースに移植し、Rapiro を IoT デバイスっぽくする
- かつ、PCでの制御ではなく、Rapiro 内部に搭載した Raspberry Pi での制御とし、完全無線化を図る
- 全機能の移植が難しくとも、最低限、10個の基本動作は移植・再現する
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可能な限り、書籍「二足歩行ロボット 工作＆プログラミング（リックテレコム）」の改造内容も移植する
- 距離センサの搭載
- 静電容量タッチセンサの搭載など
この Rapiro をベースに、さらに賢そうな遊び方を模索する
今回 [1] の目標
- Rapiro 内部への Raspberry Pi の搭載
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Node.js + johnny-five での動作テスト
- サーボが制御できることを確認し、直立状態に校正
- LEDが制御できることを確認し、任意の色で発光
方法
機材
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Rapiro（組み立てマニュアルに従って組み立て済のもの）
- あらかじめ標準プログラム（ファームウェア）で各サーボのトリム調整をし、トリムの値を控えておく
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Rapiro 用 ACアダプタ（スイッチサイエンスで動作確認済のもの）
- 将来的な運用時には電池も使うが、開発時は電源ON状態が長くなるためACアダプタを使用
- Raspberry Pi 3 Model B
- NOOBS_v2_1_0 をインストール済
- SSH や VNC によるリモート操作の設定済
- 無線LAN 設定・接続済
- シリアル通信の設定済（こちらの手順で）
- Node.js のインストール済（こちらの手順で）
- PC（Windows10、Arduino IDE が動けばなんでもよい）
- USBケーブル（Micro-B、Rapiro メイン基板に StandardFirmata を書き込むため）
手順
Raspberry Pi 3 Model B を Rapiro に搭載
- Rapiro の Wiki ページの通りに加工して搭載（Model B 用のアタッチメントも付属していましたが、今回は使いませんでした）
- Rapiro メイン基板から生えているケーブルの6ピンコネクタを、Raspberry Pi の GPIO に接続（具体的には以下の画像をご参考まで）
Rapiro メイン基板に StandardFirmata を書き込む
- Rapiro の電源（Raspberry Pi にも供給される）は切っておく
- Rapiro メイン基板とPCをUSBケーブルで接続し、Arduino IDE で StandardFirmata を書き込む
- ボードは「Arduino/Genuino Uno」を選択
- 書き込みが終わったらUSBケーブルを抜く
- Rapiro メイン基板の仕様（サーボやLEDのピン番号など）を勉強しておく
サーボとLED制御テスト用のコードを書く
- Rapiro（Raspberry Pi）の電源を入れ、Raspberry Pi 上で以下のコードを作成（またはPCで作成して Raspberry Pi に FTP する）
- 例として home/pi/rapiro_test/app.js として作成
- 控えておいたトリムの値を、変数 trim に入れる
app.js
// Rapiro制御ボードをNode.jsで制御
// Raspberry Pi 版 2017.01.08 by mkoku
// ・全サーボを初期状態（直立）にする
// ・LEDを適当な色にする
'use strict'; // 厳格モードにする
const five = require('johnny-five'); // johnny-fiveモジュールを使う
const rapiro = new five.Board({ // Rapiro制御ボードを取得
port: '/dev/ttyAMA0' // ポート名（環境による）
});
const SVONUM = 12; // サーボの個数
let servo = []; // サーボアレイオブジェクト
const pinServoDC = 17; // サーボに電源供給しているピン番号（17=A3ピン）
const LEDNUM = 3; // LEDの個数（RGB）
let led = []; // LEDアレイオブジェクト
const trim = [ // サーボのトリム（微調整、個体に依存）
-7, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0,-10, 6, 9,-12
];
const stand = [ // サーボの初期位置（直立状態）
90, 90, 0,130, 90,180, 50, 90, 90, 90, 90, 90
];
let ledBrightness = [ // LEDの各色の強さ [R, G, B]
0, 0, 0
];
rapiro.on('ready', function() { // Rapiro制御ボードがreadyなら
// サーボの接続
servo[0] = new five.Servo(10); // 0: 頭部・回転 （左0 90 右180）
servo[1] = new five.Servo(11); // 1: 腰部・回転 （左0 90 右180）
servo[2] = new five.Servo(9); // 2: 右肩・上下 （上180 0 下0）
servo[3] = new five.Servo(8); // 3: 右肩・開閉 （開40 130 閉130）
servo[4] = new five.Servo(7); // 4: 右手・開閉 （開120 90 閉70）
servo[5] = new five.Servo(12); // 5: 左肩・上下 （上0 180 下180）
servo[6] = new five.Servo(13); // 6: 左肩・開閉 （開130 50 閉40）
servo[7] = new five.Servo(14); // 7: 左手・開閉 （開70 90 閉120）
servo[8] = new five.Servo(4); // 8: 右脚・回転 （外股180 90 内股0）
servo[9] = new five.Servo(2); // 9: 右足・捻り （外裏180 90 内裏0）
servo[10] = new five.Servo(15); // 10: 左脚・回転 （外股0 90 内股180）
servo[11] = new five.Servo(16); // 11: 左足・捻り （外裏0 90 内裏180）
// サーボへの電源供給開始
this.pinMode(pinServoDC, five.Pin.OUTPUT)
this.digitalWrite(pinServoDC, 1);
// 各サーボをrapiroの初期位置（直立）へ
for (let s = 0; s < SVONUM; s++) {
servo[s].to(stand[s] + trim[s]);
}
// LEDの接続
led = new five.Leds([6, 5, 3]); // [R, G, B]
// LEDの色を変更
ledBrightness = [255, 0, 0]; // 好みの色に設定 [R, G, B] (0-255)
for(let l = 0; l < LEDNUM; l++) {
led[l].brightness(ledBrightness[l]);
}
});
動作確認
- johnny-five をインストール
pi@raspberrypi:~ $ npm install johnny-five
- Raspberry Pi で 以下のように実行
pi@raspberrypi:~/rapiro_test $ node app.js
- Rapiro のサーボに通電され、直立し、目のLEDが指定した色に光ればOK
少し解説
- Rapiro では、サーボへの電源が常時流れているのではなく、17番ピンから供給されているようで、サーボを動かす時は、17番ピンのデジタル出力をHIGH(1)にする必要があります
- はじめ johnny-five の Servos オブジェクト（複数のサーボを一括でアタッチできる）を使おうとしましたが、なぜかうまく動かなかったので、Servo オブジェクトでひとつひとつアタッチしました
- それ以外は特に難しい部分はないと思います
まとめ
大きくつまずくことなくできました。
次回 [2] では、ポージングのプログラムと、ブラウザから操作できる簡易なユーザインタフェースを作りたい考えです。
最新コードは以下にあります。
https://github.com/mkokubun/rapiro.js