Сделать робота на raspberry pi, обновленный pi-tank. Часть 2. Софт

  • Tutorial


Вторая часть полностью посвящена описанию программного обеспечения, используемого на роботе.

Так как разработанный робот (pi-tank) по большому счету рассчитан на начинающих роботостроителей, то все будет максимально упрощено, а в конце статьи будет приложен образ (image) для raspberry pi для самостоятельного дальнейшего изучения.

Ссылка на 1-ю часть статьи.


Небольшая оговорка. На предлагаемом образе для raspberry pi, рассчитанном на sd карту размером 8 Гб все настроено и установлено. Никаких дополнительных шагов предпринимать не требуется. Это сделано с целью упростить и облегчить часть, связанную с софтом, так как, исходя из практики, не всякий робототехник дотягивает до финиша, когда реализуется многокомпонентный проект.

Поэтому статья посвящена скорее настройке софта «под себя», однако она позволит также пролить свет на то, как все собрать и настроить с нуля.

Основа


В качестве отправной точки при разработке был взят RPi-Cam-Web-Interface. Достаточно древний, но тем не менее, не потерявший своей актуальности «фреймворк».

Как его установить подробно описано на странице проекта и сложностей вызвать:

не должно
git clone https://github.com/silvanmelchior/RPi_Cam_Web_Interface.git
cd RPi_Cam_Web_Interface
./install.sh

Есть нюансы для дистрибутива buster (о них написано на сайте проекта), но для Raspbian Stretch, который используется на роботе, все штатно.

После установки доступен web-сервер, который выводит по адресу raspberry-ip:8080/html/ картинку «по умолчанию»:



Данная картинка отличается от того, что можно наблюдать на роботе:



Как не трудно заметить, страница робота располагает стрелками для управления подвесом камеры (pan-tilt), собранном на базе серв sg-90, а также пользовательскими кнопками для управления роботом («фары», «фары выкл» и т.п.).

Назначение кнопок интерфейса интуитивно понятно.

Также на web-странице имеются вкладки для более детальной настройки параметров камеры, а также работы с системой:



Как попасть на raspberry


При загрузке raspberry становится доступна через VNC c учетными данными логин — pi, пароль — raspberry.

wi-fi сеть, к которой по умолчанию подключается — логин — boss, пароль — 1234554321.
Также можно попасть по ssh, пара логин-пароль те же.

Как все работает и где поменять под себя


Вся начинка расположена в директории /var/www/html/, а сам RPi-Cam-Web-Interface стартует из /home/pi/RPi-Cam_Web_Interface.

Управление подвесом камеры осуществляется синими стрелками на web-странице. Сам фреймворк не умеет из коробки управлять сервами. Поэтому используется дополнительный пакет


И здесь есть небольшой нюанс. По умолчанию servoblaster использует gpio4 и gpio17 — пины raspberry для управления подвесами (сигнальные провода серв). По счастливому стечению обстоятельств те же самые пины использует «шапка» raspberry pi — witty pi 3 mini, отвечающая за питание, графики включения и т.п. Поэтому, чтобы железо не мешало друг другу пины для серв были перенесены для целей servoblasterа.

Делается это в /etc/rc.local командой:

sudo /home/pi/PiBits/ServoBlaster/user/servod --p1pins=13,15,0,0,0,0,0,0 & 

При этом 13,15 — это физические пины, а не gpio! Остальные нули — это возможность подключить еще сервы и управлять ими. То есть еще 6 серв можно подключить, обозначив пины вместо нулей.

*Какие пины задействованы servoblasterом в текущий момент можно заглянув в файл — /dev/servoblaster-cfg

Также в /etc/rc.local задаются пины raspberry для управления двигателями:

код
gpio -g mode 5 out
gpio -g mode 6 out
gpio -g mode 9 out
gpio -g mode 10 out
gpio -g mode 11 out
gpio -g mode 22 out
gpio -g mode 27 out


*В данном случае gpio22 и gpio27 это и есть те пины 13,15, которые использует servoblaster.

Как с нуля настраивается pan-tilt описано на странице проекта здесь.

Как добавляются кнопки также описано на сайте в разделе «User buttons». Чтобы добавить или изменить кнопки («фары» и т.п.) необходимо обратиться к файлу /var/www/html/

userbuttons
фары,light.sh
фары-выкл,lightoff.sh
вперед,forward.sh
назад,reverse.sh
налево,left.sh
направо,right.sh
стоп,stop.sh
м налево,left-m.sh
м направо,right-m.sh
м вперед,forward-m.sh
м назад,reverse-m.sh

Здесь строки означают наименование кнопок, а также соответствующий им скрипт управления.
Сами скрипты управления находятся в /var/www/html/macros. И, вполне возможно, данные скрипты придется править, т.к. при подключении проводов к драйверу двигателей l298n полярность может быть иной и робот поедет не в ту сторону, согласно нажатой кнопке.

Чтобы это исправить, необходимо открыть скрипт, например /var/www/html/macros/left.sh

#!/bin/bash
gpio -g write 9 0
gpio -g write 11 1
gpio -g write 6 0
gpio -g write 5 1

И попробовать комбинации замены 1 и 0 на gpio. Но как правило, можно просто поменять left.sh на forward.sh или на right.sh и т.п. в зависимости от ситуации.

Кнопки интерфейса с приставкой «м», отвечают за так называемый «малый ход»:



Это реализовано в скриптах left-m.sh и т.п. Ранее использовался pwm для управления. Однако стало понятно, что при задержках wi-fi и иных обстоятельствах расстояние, которое реализуется при нажатии на кнопку с pwm различается. Робот то уезжает слишком далеко до момента, когда нажата «стоп», то практически не реагирует, особенно, при разряжающихся батареях.
Поэтому был реализован простой подход в скрипте — подача сигнала и дальнейшее, через паузу, его гашение:

left-m.sh
#!/bin/bash
gpio -g write 9 0
gpio -g write 11 1
gpio -g write 6 0
gpio -g write 5 1
sleep 0.3
gpio -g write 9 0
gpio -g write 11 0
gpio -g write 6 0
gpio -g write 5 0


Witty pi 3 mini и управление питанием


Продукт Witty pi 3 mini был приобретен, чтобы минимизировать потери питания при работе от powerbank и увеличить общее время функционирования робота.
Ранее при выключении робота, которое реализовано на web-странице —



включить робота заново без посторонней помощи было невозможно. Были варианты с помощью внешней arduino, но все это было непросто и не эстетично.

Witty pi 3 mini не единственное решение в своем роде, и даже не первое в своей линейке. Но оно более-менее доступное и работающее из коробки.

Софт устанавливается предельно

просто

После установки может потребоваться уточняющая настройка в /home/pi/uwi/uwi.conf

текущие настройки
host='192.168.1.105';
port=8000;
web_socket_url='ws://'+host+':'+port+'/';
response_timeout=5000;
reconnect_timeout=1000;
debug=0;

wittypi3='/home/pi/wittypi';
zero2go='/home/pi/zero2go';


Далее при каждой загрузке на web странице raspberry:8000 (127.0.0.1:8000) будет доступен
web-интерфейс с настройками:



Первая вкладка — это просто еще один способ управлять gpio raspberry pi —

вторая вкладка — это непосредственно настройки witty pi —

На температурный датчик можно не обращать внимание, т.к. его точность сомнительна.

Можно настраивать прямо с web-страницы, но так же можно и с помощью скрипта:
/home/pi/wittypi/wittyPi.sh. При запуске скрипта, он выводит то же самое, что доступно на web-странице:

>>> Current temperature: 28.75°C / 83.75°F
>>> Your system time is: Sat 03 Apr 2021 16:20:47 MSK
>>> Your RTC time is: Sat 03 Apr 2021 16:20:48 MSK
>>> Vin=4.73V, Vout=4.68V, Iout=1.13A
Now you can:
1. Write system time to RTC
2. Write RTC time to system
3. Synchronize time
4. Schedule next shutdown
5. Schedule next startup
6. Choose schedule script
7. Set low voltage threshold
8. Set recovery voltage threshold
9. View/change other settings...
10. Reset data...
11. Exit

Здесь необходимо:

  • синхронизировать время на witty pi c системными часами raspberry (3. Synchronize time)
  • записать это время в rtc (1. Write system time to RTC)
  • далее поработать с пробуждением либо засыпанием, но проще сразу выбрать какой-нибудь
  • скрипт

    6. Choose schedule script
    [1] 7:00_on_7:30_off_21:00_on_21:30_off.wpi
    [2] on_10m_every_2h.wpi
    [3] on_1h_every_2d.wpi
    [4] on_30m_everyday_but_weekend.wpi
    [5] on_5m_every_20m.wpi
    [6] turn_on_every_hour.wpi

    Например [5], просыпаться на 5 минут каждые 20 минут.

После выбора скрипта соответствующие интервалы сна будут сразу обозначены:



— обязательно заглянуть в другие настройки (9. View/change other settings...)
Здесь необходимо настроить [5] Dummy load duration [0] — это паразитные импульсы для powerbankа, не дающие ему уснуть. Так как большинство powerbankов снимают питание при минимизированной нагрузке. Диапазон значений 0-255.

Все остальные настройки можно не трогать.

Witty pi предполагает также возможность контроля напряжения питания и корректное отключение при падении, а также включение при изменившихся условиях.

Доступна также более гибкая регулировка в части создания своих собственных графиков включения и выключения — скриптогенератор:



Об этом подробно написано в инструкции.

Сон pi-tanka

Пока все. Если что-то забыто или непонятно — пишите.

Образ для raspberry pi — скачать.

Средняя зарплата в IT

120 000 ₽/мес.
Средняя зарплата по всем IT-специализациям на основании 7 479 анкет, за 1-ое пол. 2021 года Узнать свою зарплату
Реклама
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее

Комментарии 15

    0
    Когда-то я читал истории про соединение простой нейронки с роботом. И про то, что такая игрушка вела себя довольно интересно в зависимости от показаний датчиков. Было бы интересно присобачить нечто подобное к картинке с камеры, датчику расстояния, датчикам касаний. Может получиться действительно интересный по поведению робот.
      0
      Не думаю, что raspberry в данном случае хорошее решение. Только если к ней какой-нибудь Coral прицепить.
      Хотя все, конечно, от задач зависит. Сейчас нейросети помещают даже туда, где обычными скриптами можно обойтись.
      Больше интересно прицепить звук, удаленную передачу звука. Были попытки через нажатие кнопки записывать короткие фрагменты звука и передавать их (sox?). При этом видео повисало. Но это костыли. Поэтому для локальных нужд — просто колонка jbl и какой-нибудь text-aloud на телефоне по bluetooth.
      Еще интересно засыпать, просыпаться от солнечной панели. Есть шапка witty2go omni, через нее можно заводить большее напряжение (чем 5V) и питать с разных источников. Но солнца маловато, и панель большевата…
        0
        Не думаю, что raspberry в данном случае хорошее решение. Только если к ней какой-нибудь Coral прицепить
        .

        Люди на атмеге запускали простейшую нейронку для робота.
        Больше интересно прицепить звук, удаленную передачу звука.


        Подключите АЦП. Считывайте показания с АЦП. Разберитесь с протоколом интернет-радио. Реализуйте. Вот и всё.

        Еще интересно засыпать, просыпаться от солнечной панели.


        Как датчик света или для заряда?
          0
          Люди на атмеге запускали простейшую нейронку для робота.

          Интересно. Есть пример?
          Разберитесь с протоколом интернет-радио.

          Был проект pi-fm. Но это не совсем то…
          Как датчик света или для заряда?

          Скорее заряд.
            0
            Интересно. Есть пример?


            Например, вот.

            Был проект pi-fm. Но это не совсем то…


            А самому сделать? ;)
              0
              Например, вот.

              Жаль там полного кода нет и видео недоступно. Простая полносвязная сеть там реализована с 2-я слоями, качество так себе (качество сети, а не реализации).
              Кроме того, несмотря на интересную задумку, датчики такая вещь. Если бы они были идеальны. Тот же hc-05, немного угол изменил, уже препятствие не видит.
                0
                Кто ж мешает взять датчик получше и сеть побольше? ;)
                  0
                  Из доступных ультразвуковых не знаю получше, если честно. Да и в целом они все так устроены.
                  А на счет сети побольше… Добавление слоев в полносвязную сеть не всегда ведет к улучшению результата.
                  Да и нужна ли в той реализации нейросеть? Тот функционал — движение в заданную сторону в зависимости от суммарных данных датчиков реализуется в рамках надстройки ROS (robot operation system).
                    0
                    Ну так а кто мешает брать не ультразвуковой. ;) Вы почему-то ориентированы на уже кем-то сделанные блоки и программы вашей конструкции и напрочь игнорируете возможность самому разработать необходимое с нуля.
                    Нейросеть может добавить непредсказуемость. Потому что выходная с датчиков информация «плавает» и не соответствует обучающим наборам.
                      0
                      Идея разработать все с нуля, конечно, интересна. Только вот от какого нуля оттолкнуться? От написания библиотеки или создания своего собственного языка программирования. Так или иначе в любых проектах есть заимствования. И что плохого в их улучшении и «доведении до ума»?
                      Относительно датчиков. Понятно, что hc-05, можно заменить на какой-нибудь sharp ик-датчик, совместить их оба, поставить веер hc-05, выкинуть их потом, поставив lidar, добавить камеру глубины, выкинуть lidar, поставить 3d lidar и так далее. Все зависит от задач.
                      Нейросеть может добавить непредсказуемость.
                      Не совсем понял зачем ее добавлять. Просто, чтобы было?
                        0
                        От написания библиотеки или создания своего собственного языка программирования.


                        Это, вообще говоря, ортогональные плоскости. Язык программирования может быть любой — от него ничего не зависит. Хоть ассемблер импользуйте. От библиотек, напротив, зависит очень многое — там вся работа с аппаратурой и логика работы.

                        Так или иначе в любых проектах есть заимствования. И что плохого в их улучшении и «доведении до ума»?


                        То, что заплыв получается неглубокий. Чуть в сторону, так уже и «это нельзя сделать… нет библиотеки».

                        Не совсем понял зачем ее добавлять. Просто, чтобы было?


                        Когда игрушка проявляет непредсказуемое во многом поведение, она становится интересной.
            0
            Люди на атмеге запускали простейшую нейронку для робота.
            В каком-то древнем ЮномТехнике была статья про роботов-шагоходов из плеера Walkman, вроде бы тоже сделали нейронку, но аппаратную. И оно вроде бы даже ходило, причем довольно успешно.
            Правда, особого доверия к этому журналу нет: там бывали и откровенно бредовые конструкции.
        0
        не очень понял причём тут Python
          0
          На образе полно скриптов под python. Можно сервами с gui-интерфейса покрутить, например. Вы про хаб «pyhton»?
            0

            Ага, я про хаб
            В статье ни слова про питон

        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

        Самое читаемое