pibot

Raspberry Pi Zero 2 W で動作するロボットアーム付きメカナムロボット

ロボットとの通信方法

移動量、アームの角度の送信

移動量、アームの角度等の指令値は、WebSocket を用いてロボットへ送信します。指令値を送信する PC は Raspberry Pi と同一の LAN に接続されている必要があります。WebSocket サーバーの URL、ポートは次の通りです。

ws://raspberrypi.local:9000

指令値は JSON 形式の文字列で送信し、形式は次の通りです。

{
    "wheel": {
        "x": 0.0,    // X移動量 (-1~1)
        "y": 0.3,    // Y移動量 (-1~1)
        "turn": 0.1  // 旋回量  (-1~1)
    },
    "arm": {
        "axis1": 3.14,    // 第1関節 (rad)
        "axis2": 0.23,    // 第2関節 (rad)
        "axis3": -0.3,    // 第3関節 (rad)
        "axis4": 0.51,    // 第4関節 (rad)
        "axis5": 0.51     // 第5関節 (rad)
    }
}

簡易ウェブクライアントを用いて動作検証できます。セキュリティーの関係でウェブアプリは公開されておらず、自前でウェブサーバーを立てる必要があります。以下コマンドは全て Windows 上で実行します。

ウェブサーバーの起動には bun が必要です。bun インストール方法 (Windows用)

powershell -c "irm bun.sh/install.ps1 | iex"

ウェブサーバー起動

cd ~/pibot/actuator_ctrl_client
bun i
bun run dev

起動すると次のように出力されるため、URL にブラウザでアクセスします。

  VITE xxxx  ready in 301 ms

  ➜  Local:   http://localhost:XXXXX/
  ➜  Network: use --host to expose
  ➜  press h + enter to show help

次のような操作画面が表示されます。

カメラ映像の受信

カメラの映像は WebRTC を用いて受信します。WebRTC のシグナリングサーバーの URL は次の通りです。

ws://raspberrypi.local:8000/ws

momo というソフトウエアを用いて配信しており、正常に配信出来ているか確認できるウェブページも同時に配信されています。momo の公式ページはこちらです。

次のURLから閲覧できます。Raspberry Pi と同一 LAN に存在する PC のブラウザで開いてください。

http://raspberrypi.local:8080/html/test.html

次のような画面が表示されます。

一から構築する手順

Raspberry Pi Zero 2 W に SSH で接続します。Raspberry Pi のターミナルが使えればよく、HDMI 接続でも実行可能です。

以下コマンドは全て Raspberry Pi 上で実行するコマンドです。また本プロジェクトはホームディレクトリに配置される前提で制作しています。

1. ツールチェーンインストール

sudo apt update
sudo apt upgrade
sudo apt install cmake pigpio

2. アクチュエーター制御用サーバー構築

本プロジェクトをクローン

git clone https://github.com/CaseyNelson314/pibot.git
cd ~/pibot/actuator_ctrl_server/

ビルド

cmake -S . -B build
cmake --build build

起動時に実行されるように systemd に登録

sudo cp ~/pibot/actuator_ctrl_server/actuator.service /etc/systemd/system/
sudo systemctl start  actuator.service
sudo systemctl enable actuator.service

単体で実行する場合 (9000番ポートでサーバーを起動)

sudo ~/pibot/actuator_ctrl_server/build/pibot 9000

3. カメラ映像配信サーバー構築

インストール

cd ~/pibot/camera_streaming_server/
./install.sh

起動時に実行されるように systemd に登録

sudo cp ~/pibot/camera_streaming_server/camera_streaming_server.service /etc/systemd/system/
sudo systemctl start  camera_streaming_server.service
sudo systemctl enable camera_streaming_server.service

本例ではインストールスクリプトでバイナリをダウンロードしますが、最新バイナリはリリースページから取得できます。