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メカナムホイールカーをJetson Nanoから制御してみた

Jetson 電子工作

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前回の続き。
キットの組み立て、動作確認が終わったので、次はJetson Nanoと接続して制御。
ゲームパッドで操作したかったので、USBゲームパッドF710も接続。

完成後はこんな感じ

写真が前回と代わり映えしないので、中身

写真には写ってないけど、モバイルバッテリも必要。

ハードウェア環境

構成

コメント
メカナムホイールカーキット OSOYOO メカナムホイールカー キット
Jetson Nano 古いA02モデル。メモリ4G
Jetson Nano用電源 INIU モバイルバッテリ 容量10000mAh。最大出力3A
Wi-Fiドングル TP-Link TL-WN725N
ゲームパッド ロジクール ワイヤレスゲームパッド F710
PCA9685 VKLSVAN PCA9685 16チャンネル 12ビット PWM ドライバー

Jetson Nanoの電源はとりあえず車体とは別にしました。

接続

接続の概略図

Jetson NanoとPCA9685間はI2C接続(5V)。

Jetson Nano PCA9685
5V VCC
SDA(Pin3) SDA
SCL(Pin5) SCL
GND GND

あとは、Jetson Nano側回路のGNDとL298N側回路のGNDを接続する。

ソフトウェア環境

ベースとなるMicroSDイメージ

ベースとなるSDイメージは、こちらにあるJetbotのSDイメージ jetbot-042_nano-4gb-jp441.zip を使用。

このイメージの中身は次のとおり。

項目 バージョン
OS Ubuntu 18.04
JetPack 4.4.1
JetBot 0.4.2

Wi-Fi設定

設定方法はこちらの ソフトウェアセットアップ > Wi-Fi設定 参照 www.sato-susumu.com

Wi-Fi経由でsshアクセス

コンピュータ名は nano-4gb-jp441 だったので、それを使ってsshアクセス。

$ ssh jetbot@nano-4gb-jp441

もしくは ssh jetbot@<IPアドレス>

Jetson Nanoのパワーモデルを5Wモードに変更

モバイルバッテリを使うので、パワーモデルを5Wモードに変更

$ sudo nvpmodel -m 1
$ sudo nvpmodel -q

ゲームパッドのテスト

こちらを参照 www.sato-susumu.com

設定はMode OFF。上部のスライドスイッチはX側。
一定時間で省電力モードに移行するので、操作するときにはSTARTボタン！。よく忘れる。

ツールやライブラリのインストール

pipとpythonライブラリをインストール

$ sudo apt install -y python3-pip
$ pip3 install Adafruit_PCA9685

プログラム

$ cd ~
$ vi mecanum-control.py

mecanum-control.pyの内容は次のとおり。
注意：左右でモーターの回転方向が変わるはずなのにそれに該当する処理がない。。。 どこかに問題を抱えているはず。

プログラムの内容 (クリックで展開)

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-

import Adafruit_PCA9685
import time
import struct
from typing import List, Union


class PWMMotor:
    __pwmChannels = [
        {'en': 0, 'in1': 1, 'in2': 2},
        {'en': 5, 'in1': 3, 'in2': 4},
        {'en': 6, 'in1': 7, 'in2': 8},
        {'en': 11, 'in1': 9, 'in2': 10},
    ]
    __PWM_MAX = 0xfff

    def __init__(self, motorID: int):
        self.motorID = motorID

    def __setPwm(self, ch: int, speed: Union[int, float]):
        value = self.__translate(speed, 0, 1, 0, self.__PWM_MAX)
        if value < 0:
            value = 0
        if value > self.__PWM_MAX:
            value = self.__PWM_MAX
        pwm.set_pwm(ch, 0, int(value))
        # print("setPWM", ch, 0, int(value))

    def __translate(self, sensor_val: Union[int, float], in_from: Union[int, float], in_to: Union[int, float], out_from: Union[int, float], out_to: Union[int, float]) -> float:
        # numpy.interpの代わり
        out_range = out_to - out_from
        in_range = in_to - in_from
        in_val = sensor_val - in_from
        val = (float(in_val) / in_range) * out_range
        out_val = out_from + val
        return out_val

    def setSpeed(self, speed: Union[int, float]):
        ch_en = self.__pwmChannels[self.motorID]['en']
        ch_in1 = self.__pwmChannels[self.motorID]['in1']
        ch_in2 = self.__pwmChannels[self.motorID]['in2']
        if speed == 0:
            self.__setPwm(ch_in1, 0)
            self.__setPwm(ch_in2, 0)
            self.__setPwm(ch_en, 1)
        elif speed > 0:
            self.__setPwm(ch_in1, 0)
            self.__setPwm(ch_in2, 1)
            self.__setPwm(ch_en, speed)
        else:
            self.__setPwm(ch_in1, 1)
            self.__setPwm(ch_in2, 0)
            self.__setPwm(ch_en, -speed)


class AllMotors:
    def __init__(self):
        self.frontLeftMotor = PWMMotor(0)
        self.frontRightMotor = PWMMotor(1)
        self.rearLeftMotor = PWMMotor(2)
        self.rearRightMotor = PWMMotor(3)

    def setSpeed(self, speeds: List[int]):
        self.frontLeftMotor.setSpeed(speeds[0])
        self.frontRightMotor.setSpeed(speeds[1])
        self.rearLeftMotor.setSpeed(speeds[2])
        self.rearRightMotor.setSpeed(speeds[3])

    def brake(self):
        self.frontLeftMotor.setSpeed(0)
        self.frontRightMotor.setSpeed(0)
        self.rearLeftMotor.setSpeed(0)
        self.rearRightMotor.setSpeed(0)


pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685(address=0x40, busnum=1)
pwm.set_pwm_freq(60)
allMotors = AllMotors()
allMotors.brake()

with open("/dev/input/js0", "rb") as f:
    while True:
        a = f.read(8)
        t, value, code, index = struct.unpack(
            "<Ihbb", a)  # 4 bytes, 2 bytes, 1 byte, 1 byte
        # print("time(ms): {:10d}, value: {:6d}, code: {:1d}, index: {:1d}".format(
        #    t, value, code, index))
        if code == 2 and index == 7 and value > 10000:
            allMotors.setSpeed(
                [1, 1,
                 1, 1])
        elif code == 2 and index == 7 and value < -10000:
            allMotors.setSpeed(
                [-1, -1,
                 -1, -1])
        elif code == 2 and index == 6 and value < -10000:
            allMotors.setSpeed(
                [-1, 1,
                 -1, 1])
        elif code == 2 and index == 6 and value > 10000:
            allMotors.setSpeed(
                [1, -1,
                 1, -1])
        elif code == 1 and index == 4 and value == 1:
            allMotors.setSpeed(
                [1, -1,
                 -1, 1])
        elif code == 1 and index == 5 and value == 1:
            allMotors.setSpeed(
                [-1, 1,
                 1, -1])
        else:
            allMotors.brake()

プログラム実行

$ python3 mecanum-control.py

起動時にプログラムを自動実行(オプション)

不要になったときには、自動実行の止め忘れに注意。

$ sudo mv mecanum-control.py /usr/sbin/
$ sudo chmod 755 /usr/sbin/mecanum-control.py
$ sudo vi /etc/systemd/system/mecanum-control.service

mecanum-control.serviceの内容は次のとおり。

[Unit]
Description = Mecanum wheel car control
After = NetworkManager.service

[Service]
Type = simple
User = jetbot
ExecStart = /usr/sbin/mecanum-control.py
Restart = always

[Install]
WantedBy = multi-user.target

サービスに登録して、実行。

$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl start mecanum-control
$ systemctl status mecanum-control

動作に問題なければ、自動起動するように設定。

$ sudo systemctl enable mecanum-control
$ systemctl status mecanum-control

再起動して、ゲームパッドで操作できれば完成。

$ sudo reboot

補足

I2Cの接続状況を確認

I2Cの接続状況を確認。コマンドを実行してスムーズに表示されない場合は、配線ミス。

$ i2cdetect -r -y 1
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
40: 40 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
70: 70 -- -- -- -- -- -- --

PCA9685の動作状況確認

PCA9685の動作状況はI2Cの読み込みで確認できる。

$ i2cdump -y 1 0x40
No size specified (using byte-data access)
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f    0123456789abcdef
00: 01 04 e2 e4 e8 e0 00 00 ff 0f 00 00 00 00 00 00    ??????...?......
10: ff 0f 00 00 ff 0f 00 00 00 00 00 00 ff 0f 00 00    .?...?.......?..
20: ff 0f 00 00 00 00 00 00 ff 0f 00 00 ff 0f 00 00    .?.......?...?..
30: 00 00 00 00 ff 0f 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    .....?..........
40: 00 00 00 00 00 00 XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    ......XXXXXXXXXX
省略

GPIOを使うための設定

JetbotのSDイメージを使う場合は設定済みのため確認不要。
GPIOを使うためには、グループ作成とルール設定、グループへのユーザー追加が必要らしい。

グループに登録されているユーザーの確認方法。

$ getent group gpio
gpio:x:999:jetbot

OSOYOO 産業研究開発用 ロボットカー Arduino適用 スマートロボット 4WD 80mm メカナムホイール DC12V モーター STEM 教育 360°全方向移動 Omni directional (カーシャーシ+ Arduino用電子部品キット バッテリー、充電器付き)

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