この記事は toio アドベントカレンダー2021 17日目の記事です。
こんにちは！今日はtoioのアップデート（技術仕様2.3.0）で追加された磁気センサーを使った動作を紹介します。
↓まずは早速動いている様子から↓
お腹を空かせたキューブが、（大好物？の）ハンバーガーを追いかけます。
キューブの動きが本当に生きているようで、愛着が湧きますよね笑
お気付きの方もいると思いますが、ハンバーガーのシールをマグネットに貼っているので、このマグネットの磁気を検知してキューブが追いかけてくる仕組みになっています。
それでは早速、中身に関して説明していきます!
開発環境
- toio.js
- toio Core Cube １台
- PC １台 （なんでも使えると思いますが、mac book proを使っています。）
- マグネット（できるだけ強力なもの）
作り方
- toio.jsにマグネット検出機能を追加
- マグネットセンサーの入力でモーター移動させるアプリを作成
- マグネットのエサを作ってキューブに近づける。
toio.jsにマグネット検出機能を追加
toio.jsは公式が出しているOSSですが、マグネット検出機能には未対応なので、自分でコードを作成する必要があります。（実際はこれが一番大変）
magnet検出機能の有効化
技術仕様書：設定の磁気センサーの設定を参考にtoioに要求するコードを実装します。
サンプルコード
/packages/cube/src/cube.tsの329行目
public setMagnetDetection(): void {
if (this.configurationCharacteristic !== null) {
this.configurationCharacteristic.setMagnetDetection()
}
}
/packages/cube/src/characteristics/configuration-characteristic.tsの67行目
public setMagnetDetection(): void {
this.characteristic.write(Buffer.from([0x1b, 0x00, 0x02, 0x01, 0x00]), false)
}
これをアプリケーション側で呼び出すことで、磁気検出の通知が始まります。
磁気検出の通知の受け取り
技術仕様書：磁気センサーの磁気センサー情報の取得を参考に通知データを処理します。
サンプルコード
packages/cube/src/characteristics/sensor-characteristic.tsの21行目にsensor:magnetdetectionを追加
export interface Event {
'sensor:slope': (data: { isSloped: boolean }) => void
'sensor:collision': (data: { isCollisionDetected: boolean }) => void
'sensor:double-tap': () => void
'sensor:orientation': (data: { orientation: number }) => void
'sensor:magnetdetection': (data: { x: number; y: number; z: number; power: number }) => void
}
packages/cube/src/characteristics/sensor-characteristic.tsの100行目付近にonDataを修正
private onData(data: Buffer): void {
try {
const parsedData = this.spec.parse(data)
if (parsedData.dataType === 'sensor:detection') {
if (this.prevStatus.isSloped !== parsedData.data.isSloped) {
this.eventEmitter.emit('sensor:slope', { isSloped: parsedData.data.isSloped })
}
if (parsedData.data.isCollisionDetected) {
this.eventEmitter.emit('sensor:collision', { isCollisionDetected: parsedData.data.isCollisionDetected })
}
if (parsedData.data.isDoubleTapped) {
this.eventEmitter.emit('sensor:double-tap')
}
if (this.prevStatus.orientation !== parsedData.data.orientation) {
this.eventEmitter.emit('sensor:orientation', { orientation: parsedData.data.orientation })
}
this.prevStatus = parsedData.data
} else if (parsedData.dataType === 'sensor:magnet') {
this.eventEmitter.emit('sensor:magnetdetection', {
x: parsedData.magnet.x,
y: parsedData.magnet.y,
z: parsedData.magnet.z,
power: parsedData.magnet.power,
})
}
} catch (e) {
return
}
}
}
packages/cube/src/characteristics/specs/sensor-spec.tsの大部分を修正
export interface DataType {
buffer: Uint8Array
data: { isSloped: boolean; isCollisionDetected: boolean; isDoubleTapped: boolean; orientation: number }
magnet: { x: number; y: number; z: number; power: number }
dataType: String
}
/**
* @hidden
*/
export class SensorSpec {
public parse(buffer: Buffer): DataType {
if (buffer.byteLength < 3) {
throw new Error('parse error')
}
const type = buffer.readUInt8(0)
if (type === 1) {
const isSloped = buffer.readUInt8(1) === 0
const isCollisionDetected = buffer.readUInt8(2) === 1
const isDoubleTapped = buffer.readUInt8(3) === 1
const orientation = buffer.readUInt8(4)
return {
buffer: buffer,
data: {
isSloped: isSloped,
isCollisionDetected: isCollisionDetected,
isDoubleTapped: isDoubleTapped,
orientation: orientation,
},
magnet: { x: 0, y: 0, z: 0, power: 0 },
dataType: 'sensor:detection',
}
} else if (type === 2) {
const Power = buffer.readUInt8(2)
const X = buffer.readInt8(3)
const Y = buffer.readInt8(4)
const Z = buffer.readInt8(5)
return {
buffer: buffer,
data: {
isSloped: false,
isCollisionDetected: false,
isDoubleTapped: false,
orientation: 0,
},
magnet: { x: X, y: Y, z: Z, power: Power },
dataType: 'sensor:magnet',
}
} else {
throw new Error('parse error')
}
}
}
マグネットセンサーの入力でモーター移動させるアプリを作成
やっと動作するコードを実装できます。
サンプルコード
const { NearestScanner } = require('@toio/scanner')
function chase(x, y, power) {
const angle = (Math.atan2(y, x) * 180) / Math.PI
let targetAngle = 0
targetAngle = angle - 180
if (targetAngle > 180) {
targetAngle -= 360
} else if (targetAngle < -180) {
targetAngle += 360
}
console.log(targetAngle, power)
if (power == 0) {
return [0, 0]
} else {
const ratio = 1 - Math.abs(targetAngle) / 90
// let speed = 20
let speed = power + 20
console.log(speed, ratio)
if (targetAngle > 0) {
return [speed, speed * ratio]
} else {
return [speed * ratio, speed]
}
}
}
async function main() {
// start a scanner to find nearest two cubes
const cube = await new NearestScanner().start()
// connect to the cube
await cube.connect()
cube.setMagnetDetection()
let power = 0
// set light color and store position
cube.on('sensor:magnetdetection', data => {
power = data.power
cube.move(...chase(data.x, data.y, data.power), 100)
})
setInterval(() => {
if (power !== 0) {
cube.turnOnLight({ durationMs: 0, red: 255, green: 0, blue: 255 })
} else {
cube.turnOffLight()
}
}, 200)
}
main()
技術的なポイントを解説していきます。
キューブのマグネットセンサーは以下のような座標軸で検出・通知がされます。
このx軸とy軸方向の入力をMath.atan2(y, x)を実行すると磁石の方向がわかります。（合わせてラジアンを°に変換しています。）
ここから、今回のマグネットの特性(極性)に合わせて、キューブの進行方向の角度を調整します。（これはトライアンドエラーで調整してください。） 今回はマイナス１８０°しています。
function chase(x, y, power) {
const angle = (Math.atan2(y, x) * 180) / Math.PI
let targetAngle = 0
targetAngle = angle - 180
if (targetAngle > 180) {
targetAngle -= 360
} else if (targetAngle < -180) {
targetAngle += 360
}
ここまでいったらあとは動く実装をするだけです。ほぼchaseのコードを流用です。
マグネットの強さ（=power）が０の時は静止、speedはマグネットの強さに合わせてトライアンドエラーで調整します。
if (power == 0) {
return [0, 0]
} else {
const ratio = 1 - Math.abs(targetAngle) / 90
// let speed = 20
let speed = power + 20
console.log(speed, ratio)
if (targetAngle > 0) {
return [speed, speed * ratio]
} else {
return [speed * ratio, speed]
}
}
マグネットのエサを作ってキューブに近づける。
マグネットのエサはダイソーで揃えました。マグネット２種とシールを使っています。
一つだけだとマグネットの強さが足りず、キューブにかなり近づけないと反応しなかったので、数を増やして作りました。
ちなみに、マグネットの反対側をキューブに近づけると、極性が反対になるのでキューブがエサに対して逃げるような動きをします。ぜひ面白いのでトライしてみてください。
終わり
いかがでしたでしょうか？
磁気センサーを使うと他にも色々な体験ができそうですよね。また何かアイデアを思いついたら作ってみます。
ちなみに、toio for unityではもうすでにマグネットセンサーが使えるみたいです。
あっという間に１７日ですね。
残りも僅かですが、みなさん良い年末をお過ごしください！