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Build a Robot #2 – Fernsteuerung mit dem Smartphone

Fri, 20 Dec 2013 13:28:39 +0000

Heute soll es uns um die Steuerung des kleinen Roboters mit einem Smartphone/Tablet gehen. Dabei soll die Fernsteuerung möglichst plattform-unabhängig sein. Aus diesem Grund habe ich mich für eine einfache Website entschieden, welche die Daten des [Gyroskop][1] ausliest und entsprechende Befehle an den Roboter schickt.

Die Serverseite

Ich habe in den letzten Jahren viel mit Javascript programmiert und aus diesem Grund habe ich mich für eine [nodejs][2] basierte Lösung entschieden. Javascript ist für die Steuerung von GPIOs eigentlich nicht wirklich geeignet (single threading, Latenzen, …), aber für das An- und Ausschalten von Motoren passt es ganz gut.

Zuerst sollte man also nodejs auf dem Raspberry Pi installieren. Da die Version in den Repositories nicht gerade aktuell ist, kann man sich manuell ein compiliertes Paket direkt bei nodejs downloaden. Die Installation ist in [diesem Artikel][3] ganz gut beschrieben.

Bei Github findet man verschiedene Pakete für die Ansteuerung der GPIOs. Ich habe mich für node-rpio entschieden, da die API der Python-API entspricht, die wir im letzten Beitrag verwendet haben. Weiterhin ist die API synchron, was in unserem Fall sinnvoll ist, da wir sonst mit vielen vielen Callbacks zu tun hätten 😉 Um node-rpio zu nutzen, muss es noch compiliert werden. Dazu gibt man einfach den Befehle

npm install -g node-gyp
node-gyp rebuild

ein, nachdem man das Github-Repo geklont hat. Nun ist alles fertig, um die Motoren über nodejs zu steuern. Da die API gleich ist, können wir im Prinzip den Quelltext aus dem letzten Beitrag nehmen und nur ein klein wenig anpassen:

var gpio = require("./node-rpio/lib/rpio");

//Setup GPIO Pins
gpio.setmode(gpio.BOARD);
gpio.setup(13, gpio.OUT);
gpio.setup(15, gpio.OUT);
gpio.setup(16, gpio.OUT);
gpio.setup(18, gpio.OUT);

gpio.output(13, 1);
gpio.output(15, 0);
gpio.output(16, 1);
gpio.output(18, 0);

process.on('SIGINT', function() {
    console.log("\nGracefully shutting down from SIGINT (Ctrl+C)");
    //Cleanup
    gpio.cleanup();
    process.exit();
});
```

Der letzte Teil dient dazu, dass man mit Ctrl+C das Skript abbrechen kann, denn sonst würden die Motoren ständig weiterdrehen.

Ok, jetzt können wir zwar die Motoren ansteuern, aber nur direkt am Raspberry Pi. Die Verbindung zum Smartphone fehlt noch. [Socket.io][4] ist ein großartiges Projekt, welches eine direkte Verbindung über webSockets zwischen Server und Client ermöglicht. Man kann Daten sehr einfach hin- und herschicken und eigene Ereignisse definieren, auf die dann der Server bzw. Client reagieren kann. Was wir brauchen ist nun eine HTML-Datei, welche den Gyroskop ausliest und die entsprechenden Befehle an den nodejs Server sendet, welche dieser dann verarbeitet:



Als nächstes wird der nodejs Server mit

```
sudo node robot.js
```

gestartet. Nun muss man nur noch die Adresse: _http://IP-des-Raspberry-Pi_ aufrufen und schon kann man den Roboter mit einem Smartphone oder Tablet steuern.

### Stromversorgung und Wlan

Es gibt nur noch ein Problem. Der Rapsberry Pi hängt bisher noch an zwei Kabeln: dem Netzwerkkabel und dem USB-Kabel für die Stromversorgung. Für beiden gibt es Lösungen. Das Netzwerkkabel habe ich durch einen Wlan-USB Dongle ersetzt. Wie man diesen einrichtet und welchen man kaufen sollte, findet man in [diesem Artikel][5].

Das verbleibende USB-Kabel habe ich einfach durch ein mobiles USB-Ladegerät ersetzt, welches man für wenig Geld zu kaufen bekommt. Diese liefern die benötigen 5V. Man sollte darauf achten, dass sie neben den 5V auch mindestens 1A liefern, ansonsten wird der Raspberry Pi nicht starten.

Und so sieht das ganze jetzt aus 😉

[][6] [][7]Ich werde in den nächsten Tagen noch ein ein Video machen…

Wie geht es jetzt weiter? Die Steuerung muss noch verbessert werden. Gerade das Lenken ist noch ungenau und das Fahren somit etwas schwierig. Ein weiteres Ziel ist, mit Hilfe eines Ultraschall-Sensors dem Roboter das autonome Fahren beizubringen.

Bisherige Artikel

  * [Build a Robot #0][8]
  * [Build a Robot #1][9]

 

 [1]: http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CCoQFjAA&url=http%3A%2F%2Fde.wikipedia.org%2Fwiki%2FKreiselinstrument&ei=_Ta0Uvj5FomQrQfdsICoAg&usg=AFQjCNEHAKMqVWmSUSBdCNu9kxia2kbt6w&sig2=KMKcBikD9QcDjF387qaMQg&bvm=bv.58187178,d.bmk
 [2]: http://nodejs.org/
 [3]: http://thefloppydisk.wordpress.com/2013/03/08/server-side-javascript-on-a-raspberry-pi-how-to-install-node-js/
 [4]: http://socket.io
 [5]: http://www.howtogeek.com/167425/how-to-setup-wi-fi-on-your-raspberry-pi-via-the-command-line/
 [6]: http://zefanjas.de/wp-content/uploads/2013/12/IMG_0815.geaendert.jpg
 [7]: http://zefanjas.de/wp-content/uploads/2013/12/IMG_0817.geaendert.jpg
 [8]: http://zefanjas.de/2013/12/18/build-a-robot-0-ziele-und-material/
 [9]: http://zefanjas.de/2013/12/18/build-a-robot-1-motoren-ansteuern/

Build a Robot #1 – Motoren ansteuern

Wed, 18 Dec 2013 11:00:22 +0000

Wie ich in meinem [letzten Beitrag][1] erwähnte, möchte ich gern den Roboter mit dem Raspberry Pi steuern. Da man mit einem Pi Motoren nicht direkt ansteuern kann, benutze ich das L298N Chip als Motor Driver. Nach folgendem Video habe ich alles zusammengesteckt bzw. alle fehlenden Kabel noch angelötet. Im Video wird nur ein Motor angeschlossen, aber die restlichen 4 GPIO Pins habe ich genutzt, um den zweiten Motor zu steuern.

Ich habe das im Video verwendet Testskript für den zweiten Motor erweitert, um die Motoren zu testen.

import RPi.GPIO as gpio
import time

gpio.setmode(gpio.BOARD)
gpio.setup(7, gpio.OUT) 
gpio.setup(11, gpio.OUT) 
gpio.setup(13, gpio.OUT) 
gpio.setup(15, gpio.OUT) 
gpio.setup(12, gpio.OUT) 
gpio.setup(16, gpio.OUT) 
gpio.setup(18, gpio.OUT) 
gpio.setup(22, gpio.OUT)

gpio.output(7, True) 
gpio.output(11, True) 
#Enable B für den 2. Motor 
gpio.output(12, True) 
gpio.output(22, True) 

#Motor 1 
gpio.output(13, True) 
gpio.output(15, False) 
#Motor 2 
gpio.output(16, True) 
gpio.output(18, False) 
time.sleep(2) 

gpio.output(13, False) 
gpio.output(15, True) 
gpio.output(16, False) 
gpio.output(18, True) 
time.sleep(2) 

gpio.output(13, False) 
gpio.output(15, False) 
gpio.output(16, False) 
gpio.output(18, False)   

gpio.cleanup()
```

Mit diesem kleinen Testskript kann man den Roboter vor und zurück fahren lassen. Das mitgelieferte Batteriefach hat Platz für 3 AA Batterien. Diese liefern insgesamt zu wenig Spannung für die Motoren, sodass das Fahrzeug zwar fährt, aber nicht genügend Drehmoment („Kraft“) hat. Ich werde ein neues besorgen, welches Platz für vier oder mehr AA Batterien hat.

Und hier noch ein Bild:

[][2]Der aktuelle Stand – Raspberry Pi mit L298N

 [1]: http://zefanjas.de/2013/12/18/build-a-robot-0-ziele-und-material/
 [2]: http://zefanjas.de/wp-content/uploads/2013/12/IMG_0787.geaendert.jpg

Build a Robot #0 – Ziele und Material

Wed, 18 Dec 2013 07:15:00 +0000

Zurzeit habe ich Ferien und dafür habe mich mir ein kleines Projekt vorgenommen. Ich möchte gern einen kleinen Roboter bauen, welcher sich von einem modernen Smartphone aus steuern lässt. Dazu soll es nicht viel kosten 😉 In den letzten Wochen habe ich verschiedene Artikel und Anleitungen gelesen, um die Grundlagen und Umfang eines solchen Projektes abschätzen zu können. Für mich ist es mein erster Ausflug in das Hardware-Lager, da ich bisher nur Software entwickelt habe.

Ziel

Für mich ergeben sich folgende Ziele für das Projekt

ein fahrbarer Roboter, welcher sich über ein Smartphone fernsteuern lässt (angedacht ist WLAN)
den Roboter erweitern, sodass er sich autonom fortbewegen kann
möglichst geringe Kosten

Dazu erhoffe ich mir einige Erkenntnisgewinne, denn wie gesagt, bin ich Neuling in Sachen Schaltkreise, Elektronik und solchen Dingen…

Material

Im Netz bekommt man für wenig Geld sogenannte Roboterbausätze. Ich habe mich für folgenden entschieden (Kostenpunkt 13$):

Mit diesem Set bekommt man zwei Motoren plus Räder, ein Batteriefach und die „Karosserie“. Ich habe es ausgewählt, da man genug Platz hat zusätzliche Dinge zu befestigen, wie z.B. einen Raspberry Pi, der die Ansteuerung der Motoren übernehmen soll. Dies geht allerdings nicht ohne einen „Motor driver“ (L298N). Man bekommt diesen bei jedem besseren Elektronikhandel (oder hier). Neben kleinen Kabeln, einem Lötkolben und evtl. ein paar Widerständen, sollte erst einmal alles da sein, um die ersten Schritte zu unternehmen.