前回はミニぷぱ正規の構成でラズパイ４にRaspi OSとNode-REDを導入して動作を確認いたしました。

ロボット犬『Mini Pupperミニぷぱ』ラズパイ4 Node-REDで味見

ここでは、動作モーションを増やしてのコントロールを検討します。

モーション制御検討

Python

前回はNode-REDで動作を仕込みましたが、複数のモーションになると煩雑になるためPythonを採用することにしました。

サーボドライバ PCA9685用のPythonライブラリは以下を使用しました。
　https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_PCA9685

ちなみにこのライブラリでも専用基板のサーボナンバー 1~12がPCA9685ノードの15~4に対応していました。基板上そういった接続なっているのかもしれません。

Node-RED Dashboard

ミニぷぱコントロールUIにはNode-RED-Dashboardを使用することにしました。
　https://flows.nodered.org/node/node-red-dashboard

これによってブラウザ上のボタンなどで制御可能となります。

動作

Node-RED-Dashboardのボタンで足の高さを指定しています。
ブラウザで動くのでスマホでもコントロールできます。

逆運動学によるモーションはpythonで書いて
UIはnode-red-dashboardにする
そうすればスマホでもコントロールできる#MiniPupper #ミニぷぱ #nodeRED #python pic.twitter.com/cFF8FWf7G0

— HomeMadeGarbage (@H0meMadeGarbage) February 17, 2022

ミニぷぱモーション制御

Dashboard

Node-RED Dashboardのnumericノードで足の高さや上げ幅、歩幅などを指定します。
buttonノードで各種モーションを起動します。

モーションは初期姿勢、足踏み、ジャンプ、ランニングマンを用意しました。

Node-RED

Node-REDの構成は以下のとおり

動作指定ボタンを受けて各モーションのPythonコードを起動しています。

Python起動時にnumericノードで指定したパラメータをmsg.payloadで引数として渡しています。

Pythonコード

足踏み動作は以下のような感じで

# Simple demo of of the PCA9685 PWM servo/LED controller library.
# This will move channel 0 from min to max position repeatedly.
# Author: Tony DiCola
# License: Public Domain
from __future__ import division
import time
import math
import sys

# Import the PCA9685 module.
import Adafruit_PCA9685

args = sys.argv


# Uncomment to enable debug output.
#import logging
#logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

# Initialise the PCA9685 using the default address (0x40).
pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685()

# Alternatively specify a different address and/or bus:
#pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685(address=0x41, busnum=2)

# Configure min and max servo pulse lengths
servo_min = 130  # Min pulse length out of 4096
servo_max = 640  # Max pulse length out of 4096

offset = [0, 78, 117, 36, 83, 36, 97, 78, 119, 35, 100, 69, 125]

L1=50
L2=56

#rRz = int(args[1])
height = int(args[1])
walkHeight = int(args[2])
stride = int(args[3])
tilt = int(args[4])
period = int(args[5])


# Set frequency to 60hz, good for servos.
pwm.set_pwm_freq(60)

#servo control
def servo_write(ch, ang):
    ang = int((servo_max - servo_min) / 180.0 * ang + servo_min)
    pwm.set_pwm(16 - ch, 0, ang)


def fRIK(x, th0, z):
    zd = z / math.cos(th0/180.0 * math.pi)
    ld = math.sqrt(x*x + zd*zd)
    phi = math.atan2(x, zd)
    
    th1 = phi - math.acos((L1*L1 + ld*ld - L2*L2)/(2*L1*ld))
    th2 = math.acos((ld*ld - L1*L1 - L2*L2)/(2*L1*L2)) + th1

    servo_write(1, th0 + offset[1]);
    servo_write(2, th1 * 180.0 / math.pi + offset[2]);
    servo_write(3, th2 * 180.0 / math.pi + offset[3]);
    
def rRIK(x, th0, z):
    zd = z / math.cos(th0/180.0 * math.pi)
    ld = math.sqrt(x*x + zd*zd)
    phi = math.atan2(x, zd)
    
    th1 = phi - math.acos((L1*L1 + ld*ld - L2*L2)/(2*L1*ld))
    th2 = math.acos((ld*ld - L1*L1 - L2*L2)/(2*L1*L2)) + th1

    servo_write(7, th0 + offset[7]);
    servo_write(8, th1 * 180.0 / math.pi + offset[8]);
    servo_write(9, th2 * 180.0 / math.pi + offset[9]);
    
def fLIK(x, th0, z):
    zd = z / math.cos(th0/180.0 * math.pi)
    ld = math.sqrt(x*x + zd*zd)
    phi = math.atan2(x, zd)
    
    th1 = phi - math.acos((L1*L1 + ld*ld - L2*L2)/(2*L1*ld))
    th2 = math.acos((ld*ld - L1*L1 - L2*L2)/(2*L1*L2)) + th1

    servo_write(4, th0 + offset[4]);
    servo_write(5, -(th1 * 180.0 / math.pi) + offset[5]);
    servo_write(6, -(th2 * 180.0 / math.pi) + offset[6]);

def rLIK(x, th0, z):
    zd = z / math.cos(th0/180.0 * math.pi)
    ld = math.sqrt(x*x + zd*zd)
    phi = math.atan2(x, zd)
    
    th1 = phi - math.acos((L1*L1 + ld*ld - L2*L2)/(2*L1*ld))
    th2 = math.acos((ld*ld - L1*L1 - L2*L2)/(2*L1*L2)) + th1

    servo_write(10, th0 + offset[10]);
    servo_write(11, -(th1 * 180.0 / math.pi) + offset[11]);
    servo_write(12, -(th2 * 180.0 / math.pi) + offset[12]);
 

while True:
    time_mSt = time.time() * 1000
    tim = 0
    while tim < period:
        tim = time.time()  * 1000 - time_mSt
        tt = tim * math.pi / 2.0 / period
        fRIK(0, 0, height - walkHeight * math.sin(tt))
        rLIK(0, 0, height - walkHeight * math.sin(tt))

    time_mSt = time.time() * 1000
    tim = 0
    while tim < period:
        tim = time.time() * 1000 - time_mSt
        tt = tim * math.pi / 2.0 / period
        fRIK(0, 0, height - walkHeight * math.cos(tt))
        rLIK(0, 0, height - walkHeight * math.cos(tt))
    
    time_mSt = time.time() * 1000
    tim = 0
    while tim < period:
        tim = time.time()  * 1000 - time_mSt
        tt = tim * math.pi / 2.0 / period
        rRIK(0, 0, height - walkHeight * math.sin(tt))
        fLIK(0, 0, height - walkHeight * math.sin(tt))

    time_mSt = time.time() * 1000
    tim = 0
    while tim < period:
        tim = time.time() * 1000 - time_mSt
        tt = tim * math.pi / 2.0 / period
        rRIK(0, 0, height - walkHeight * math.cos(tt))
        fLIK(0, 0, height - walkHeight * math.cos(tt))

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

# Simple demo of of the PCA9685 PWM servo/LED controller library.

# This will move channel 0 from min to max position repeatedly.

# Author: Tony DiCola

# License: Public Domain

from __future__ import division

import time

import math

import sys

# Import the PCA9685 module.

import Adafruit_PCA9685

args = sys.argv

# Uncomment to enable debug output.

#import logging

#logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

# Initialise the PCA9685 using the default address (0x40).

pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685()

# Alternatively specify a different address and/or bus:

#pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685(address=0x41, busnum=2)

# Configure min and max servo pulse lengths

servo_min = 130 # Min pulse length out of 4096

servo_max = 640 # Max pulse length out of 4096

offset = [0, 78, 117, 36, 83, 36, 97, 78, 119, 35, 100, 69, 125]

L1=50

L2=56

#rRz = int(args[1])

height = int(args[1])

walkHeight = int(args[2])

stride = int(args[3])

tilt = int(args[4])

period = int(args[5])

# Set frequency to 60hz, good for servos.

pwm.set_pwm_freq(60)

#servo control

def servo_write(ch, ang):

ang = int((servo_max - servo_min) / 180.0 * ang + servo_min)

pwm.set_pwm(16 - ch, 0, ang)

def fRIK(x, th0, z):

zd = z / math.cos(th0/180.0 * math.pi)

ld = math.sqrt(x*x + zd*zd)

phi = math.atan2(x, zd)

th1 = phi - math.acos((L1*L1 + ld*ld - L2*L2)/(2*L1*ld))

th2 = math.acos((ld*ld - L1*L1 - L2*L2)/(2*L1*L2)) + th1

servo_write(1, th0 + offset[1]);

servo_write(2, th1 * 180.0 / math.pi + offset[2]);

servo_write(3, th2 * 180.0 / math.pi + offset[3]);

def rRIK(x, th0, z):

zd = z / math.cos(th0/180.0 * math.pi)

ld = math.sqrt(x*x + zd*zd)

phi = math.atan2(x, zd)

th1 = phi - math.acos((L1*L1 + ld*ld - L2*L2)/(2*L1*ld))

th2 = math.acos((ld*ld - L1*L1 - L2*L2)/(2*L1*L2)) + th1

servo_write(7, th0 + offset[7]);

servo_write(8, th1 * 180.0 / math.pi + offset[8]);

servo_write(9, th2 * 180.0 / math.pi + offset[9]);

def fLIK(x, th0, z):

zd = z / math.cos(th0/180.0 * math.pi)

ld = math.sqrt(x*x + zd*zd)

phi = math.atan2(x, zd)

th1 = phi - math.acos((L1*L1 + ld*ld - L2*L2)/(2*L1*ld))

th2 = math.acos((ld*ld - L1*L1 - L2*L2)/(2*L1*L2)) + th1

servo_write(4, th0 + offset[4]);

servo_write(5, -(th1 * 180.0 / math.pi) + offset[5]);

servo_write(6, -(th2 * 180.0 / math.pi) + offset[6]);

def rLIK(x, th0, z):

zd = z / math.cos(th0/180.0 * math.pi)

ld = math.sqrt(x*x + zd*zd)

phi = math.atan2(x, zd)

th1 = phi - math.acos((L1*L1 + ld*ld - L2*L2)/(2*L1*ld))

th2 = math.acos((ld*ld - L1*L1 - L2*L2)/(2*L1*L2)) + th1

servo_write(10, th0 + offset[10]);

servo_write(11, -(th1 * 180.0 / math.pi) + offset[11]);

servo_write(12, -(th2 * 180.0 / math.pi) + offset[12]);

while True:

time_mSt = time.time() * 1000

tim = 0

while tim < period:

tim = time.time() * 1000 - time_mSt

tt = tim * math.pi / 2.0 / period

fRIK(0, 0, height - walkHeight * math.sin(tt))

rLIK(0, 0, height - walkHeight * math.sin(tt))

time_mSt = time.time() * 1000

tim = 0

while tim < period:

tim = time.time() * 1000 - time_mSt

tt = tim * math.pi / 2.0 / period

fRIK(0, 0, height - walkHeight * math.cos(tt))

rLIK(0, 0, height - walkHeight * math.cos(tt))

time_mSt = time.time() * 1000

tim = 0

while tim < period:

tim = time.time() * 1000 - time_mSt

tt = tim * math.pi / 2.0 / period

rRIK(0, 0, height - walkHeight * math.sin(tt))

fLIK(0, 0, height - walkHeight * math.sin(tt))

time_mSt = time.time() * 1000

tim = 0

while tim < period:

tim = time.time() * 1000 - time_mSt

tt = tim * math.pi / 2.0 / period

rRIK(0, 0, height - walkHeight * math.cos(tt))

fLIK(0, 0, height - walkHeight * math.cos(tt))

参考

【Pythonお悩み解決】Pythonスクリプトに引数を渡してbashで動かす方法。

動作

足踏みやジャンプを仕込んで
いよいよ前後左右への歩行
dashboardにはジョイスティックがなく
ボタンやスライダじゃきついなぁと思った時
Blynkはラズパイもいけたことに気づく。。

ラズパイ４に対応してるかは明日のおかずだな#MiniPupper #ミニぷぱ #nodeRED #python pic.twitter.com/ybpuc5jLUj

— HomeMadeGarbage (@H0meMadeGarbage) February 17, 2022

前後左右への歩行を仕込もうと思ったのですがdashboardにはジョイスティックがなくボタンやスライダじゃきついなぁと思った時に
Blynkはラズパイもいけたことに気づきました。。。

次はBlynkでの動作検証します。

おわりに

ここではNode-RED DashboardとPythonを用いてモーションコントロールを楽しみました。

しかしNode-RED DashboardのUIではリアルタイムラジコンを制御するには少し物足りない印象でした。

Blynkがラズパイ対応していたことに今さら気づいたので次回検証進めます！

追記 (ディスプレイ表示)

どうもラズパイ４はBlynkに対応されてないようなので、ラズパイを用いた本構成の検討はコレで一旦休止しようと思います。

最後にせっかくなのでディスプレイ表示だけ確認しました。

ディスプレイには320×240ピクセルのST7789が使用されていることが以下で解ります。
SPIで制御されておりピン配もPythonコードから読み取ることができます。
　https://github.com/mangdangroboticsclub/QuadrupedRobot/tree/MiniPupper_V2/Mangdang/LCD

ST7789制御

以下を参考にST7789用Python環境を構築しました。

またRaspiコンフィグでSPIを有効にします。

Pythonコード

上記を参考にして320×240のJPEG画像を表示するPythonコードをこしらえました。

import ST7789
from PIL import Image

# Create a display instance
disp = ST7789.ST7789(port=0, cs=0, rst=27, dc=24, backlight=26, width=320, height=240, rotation=180, spi_speed_hz=40 * 1000 * 1000)

# Added: Change to SPI MODE 3
disp._spi.mode = 3
disp.reset()
disp._init()

# Open image file
image = Image.open("L.jpg")

# Resize to screen size
image = image.resize((320, 240))

# Show it on display
disp.display(image)

import ST7789

from PIL import Image

# Create a display instance

disp = ST7789.ST7789(port=0, cs=0, rst=27, dc=24, backlight=26, width=320, height=240, rotation=180, spi_speed_hz=40 * 1000 * 1000)

# Added: Change to SPI MODE 3

disp._spi.mode = 3

disp.reset()

disp._init()

# Open image file

image = Image.open("L.jpg")

# Resize to screen size

image = image.resize((320, 240))

# Show it on display

disp.display(image)

動作

ディスプレイ表示できるようになたよ#MiniPupper #ミニぷぱ #ST7789 #python #ペットボトル pic.twitter.com/8aJwefMM3A

— HomeMadeGarbage (@H0meMadeGarbage) February 18, 2022

表示できました！
思えばラズパイにLCDつないでSPIで制御したの初めてかも
勉強になりました！

ロボット犬『Mini Pupperミニぷぱ』を BNO055で姿勢制御

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ロボット犬『Mini Pupperミニぷぱ』Pythonでモーション記述

モーション制御検討

Python

Node-RED Dashboard

動作

ミニぷぱモーション制御

Dashboard

Node-RED

Pythonコード

参考

動作

おわりに

追記 (ディスプレイ表示)

ST7789制御

Pythonコード

動作

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Node-RED Dashboard

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ミニぷぱモーション制御

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Node-RED

Pythonコード

参考

動作

おわりに

追記 (ディスプレイ表示)

ST7789制御

Pythonコード

動作

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