Raspberry Pi に Mono をインストールして、LEGO Mindestorms EV3 のモーターをロボット制御します。

1. Raspberry Pi+Mono を
使ってLEGOを制御
増田 智明（@moonmile）
.NET ラボ Micorosft MVP C#
Moonmile Solutions

2. 自己紹介
 増田 智明 masdua@moonmile.net
 執筆業＆プログラマ
 C#によるiOS, Android, Windowsアプリケーション開発入門
 逆引き大全 Visual C# 2013, Visual Basic 2013
 逆引き大全 iPhone/iPad アプリ開発
 作って覚える iPhone/iPad アプリ入門

3. 「ハルロック」西餅 著
http://www.moae.jp/comic/harurock/1/1
 つい最近知った。
 電子工作の基礎な話が出てきます。
 PIC
 Raspberry Pi
 Arduino
 モーニング連載

4. 目的
 Mono（.NET Framwork）を使っても、機器制御が簡単にできるよ
 組み込みはC言語のイメージが強いが、今となっては手軽とはいえない。
 C言語のライブラリを Python を使う例が多い。
 日本では Python をあつかう人が少ないのが難点
 C# でもよいのでは？
 画像解析とロボット制御の組み合わせをやってみたい
 ロボット制御を C# から
 画像解析 OpenCV + .NET Framework

5. 機器の組み合わせパターン
 機器の直接制御
 自走型のロボットを直接制御
 自走型のロボットを自律制御
直結
Wi-Fi/Bluetooth
Wi-Fi/Bluetooth 直結

6. 具体的な機器
 ノートPCの利用
 スマートフォンの利用
 自律パターン Raspberry Pi
 シリアル制御 Arduino
 LEGO Mindstorms EV3
 コントローラーの利用

7. 機器からフィードバックが必要か？
 温度センサーの解析の仕組み
 温度センサーの値を取得するのみ
 ロボットアームの制御の仕組み
 アームの位置を誰が検知するのか？
 サーボの位置だけで決められる？
 ロボットが移動したとき
 誰がロボット位置を知るのか？
 誰が次の位置を示せるのか？
 どうやって次の位置を示すのか？

8. 機器を直接制御
 PICプログラミング（ROMに書き込み）
 どれもチップと制御機器（センサーなど）が直結している。
 チップとPCが近い場所にある
 基盤設計により小さくできる
 小さな箱に組み入れる
 回路を組む必要があるので、私には手におえない。

9. 汎用プログラムで制御
 Arduinoでプログラミング
 .NET Micro frameworkでプログラミング
 LEGO Mindstorems
 開発環境が、CやC#で用意されている。
 PICよりも簡単にできる

10. 汎用OSで制御
 Raspberry Pi
 ミニPC
 Android pc
 実行環境にOSが入っているので、実は言語を問わない。
 OS特有の機能を使える
 機器が大き目になる

11. 自走型ロボットを制御を考える
 ロボットとPCは無線で接続
 無線LAN, Bluetooth制御
 無線先を機器そのものにする。機器にWi-Fiなどが必要
 制御するのは、コントローラで。
 ロボットが視界から外れると動けない

12. 自走型ロボットにカメラを付ける
 自走型ロボットにカメラを付ける
 各種センサーを付けた自走型ロボット
 制御は人間がリアルタイムでやる
 Wi-Fiが届かなかったどきはどうする？
 有線LANによるマニピュレータ方式
 遠隔操作などはこれ

13. 自走＆自立型ロボットを制御
 ロボット自身がセンサーを判断する
 ラインを動くロボットなどがそれ
 同時に遠隔操作を可能にする
 ロボットの位置情報
 ロボットの視界カメラ

14. Raspberry Pi – Model B
Wi-Fi
Bluetooth
専用カメラ
モジュール
BrickPi
I2C接続
専用液晶
ディスプレイ
Linux/Raspbian
Debian互換
CPU ARM
700MHz 512MB
私のは初期ロットなので256MB

15. Raspberry Piでロボット制御をやる意味
 自走＆自立型のロボットの構築
 センサーは、Arduinoを通して制御可能？
 LEGO Mindstorms EV3 のセンサーを利用
 赤外線センサー、３軸センサー、 超音波センサーなど
 センサーによるフィードバックを Raspberry Pi 内で判断する
 自己制御プログラム
 C#やF#を使ってロジックを組む
 TDD、Visual Studio、Xamarin Studio の利用
 母艦PCと通信する
 Raspberry Piと母艦PCで通信する（Wi-Fi）
 通信量を制限できる
 前処理済みのカメラデータなど

16. Raspberry Pi でロボット制御をやる準備
 Raspberry Pi
 Linux(Debian)
 Mono(.net framework)
 モーター制御
 自走は車で行う（二足歩行は別に）
 I2Cモジュールでサーボ制御
 センサー制御
 Arduino経由でシリアル制御？
 LEGO Mindstorms EV3 のセンサーを
流用
 コントローラー
 PS3 Dualstock 3 コントローラー
 Wii コントローラー？
 Arduinoのコントローラー？
 スマートフォン
 ノートPCなど

17. 制御するプログラム言語
 Linux 上で、Mono を動かす
 apt-get install mono-complete で、簡単インストール
 シリアルポートへの読み書き（C言語経由）
 Bluetoothの読み込み（ファイルストリーム経由）
 センサー読み取りを制御する → C#
 通信は HTTP → 簡易 HTTP サーバを作成
 クライアント
 ノートPC -> C#
 スマートフォン -> Xamarin.iOS/Android で C# を使う

18. Raspberry Pi - BrickPi で LEGO のモーターを
制御
 Raspberry Pi に差し込むだけで動作する。
 http://www.dexterindustries.com/BrickPi/
 BrickPi のサンプルは C, Python なので、C# で使えるようにした。
 https://github.com/moonmile/BrickPiNet

19. Raspberry Pi で Bluetooth コントローラを使
う
 標準で /dev/input/js がある。
 これを System.IO.BinaryStream で読み込んで、モーターを制御している
 PS3 Dualstock を使ってロボット制御ができる。
 http://github.com/moonmile/BrickPiNet/blob/master/src/BrickPiNet/BPiJoystick.
cs
 Welcome to QtSixA!
 DualShock3コントローラー
 http://qtsixa.sourceforge.net/

20. ロボットを遠隔操作する
 HTTP経由で BrickPiNet を制御すればOK
 簡易 HTTP サーバー
 https://github.com/moonmile/BrickPiNet/tree/master/example/WebBrick
 iPhone/Android用クライアント
 https://github.com/moonmile/BrickPiNet/tree/master/example/WebBrickClient

21. ロボットのアームを制御する
 RasPi からアームを動かす
 BrickPi -> LEGO でもアームが動くが、ここでは RasPi から直接行う。
 RasPi -> I2C モジュール → サーボモータ
 で動作させるのだが、I2C モジュールを買い忘れてた orz
 購入済み。プログラミング途中

22. ロボットからセンサーのフィードバックを受
ける
 BrickPi 経由で超音波センサーを使う
 変換器が必要なのが分かって、現在購入中。

23. 自走＆自立型のロボットを作れると工作の幅
が広がる
 ロボットからモーターを制御する
 ロボットからアーム（サーボ）を制御する
 ロボット付属のセンサーからフィードバックを受ける
 ★ロボット内で、フィードバックを前処理できる
 ★ロボット内で、フィードバックを内部処理して、モーターを制御する
 ロボットから母艦へ通信（Wi-Fi）する
 ★母艦からロボットへ指令（HTTP経由）を出せる
 ソフトウェア開発者（私）としては、★部分が重要

24. 参考文献
 Rasberry Pi http://www.raspberrypi.org/
 BrickPi http://www.dexterindustries.com/BrickPi/
 LEGO Mindstorms EV3 http://education.lego.com/ja-jp/preschool-and-
school/secondary/mindstorms-education-ev3
 Arduiono http://www.arduino.cc/
 meArm http://www.phenoptix.com/products/mearm-pocket-sized-robot-arm
 FEZ Spider https://www.ghielectronics.com/docs/170/fez-spider
 「ハルロック」http://www.moae.jp/comic/harurock/1/1