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2011年8月23日 星期二

Kinect技術,值得研究!

今天在大潤發特別停駐在Kinect看人打電玩的時候,不是因為電玩好玩到甚麼程度,而是Kinect感應器的技術吸引我。

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目前Kinect的技術有三大主流:Kinect一次可擷取三種東西,分別是彩色影像、3D深度影像、以及聲音訊號。

Kinect主要就是靠3D深度感應器偵測玩家的動作。中間視訊鏡頭則是用來辨識玩家身分(靠著人臉辨識和身體特徵)、以及辨識基本的臉部表情。
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這可以提供給做影像辨識的研究一個方向,傳統的影像辨識各家學派技術推陳出新,技術艱深難懂,如果能夠統一規格,當然對間接使用這項技術應用的人來說,他也許不需要再學辨識技術,只要接續這項技術的後端,繼續開發更多的應用,這真的很不錯喔。

當然,以遊戲的角度來思考,Kinect的技術優於Wii或PS,在於使用者無須背負(手持)感應器(如Wii要手持遙控器),Kinect完全拋棄這些雜七雜八的東西,讓使用者更輕盈。

寒假再來好好研究這一項技術。

2011年8月20日 星期六

難度很高的NXT bike

NXT bike難度很高,感覺比segway更難。剛剛看youtube連結NXT_Bike(http://www.youtube.com/watch?v=VxiOy4QzD7I),酷!但看起來就難~

機構與程式在http://www.rjmcnamara.com/2010/08/05/nxt-based-bicycle-robot/

2011年8月19日 星期五

Google App Inventor -手機藍芽遙控Segway

這兩天使用Google App Inventor 將VB版的操作平台,實現在App Inventor上,操作時可以直接在手機上使用。

Google App Inventor 設計區安排的介面如下:


操作面板上,點選藍芽連線的按鈕,選擇與之匹配的NXT,即完成連線。

程式區,結構如下:

解釋:軟體啟動後,將預備顯示的區塊設定顯示(visible true)、不想出現的先隱藏(visible false)
ListPicker.BeforePicking等待使用者回應按鈕,使用者按下後,則進入挑選清單。
清單裡頭包含已被手機偵測到的藍芽裝置都會出現在畫面中。


解釋:
當ListPicker.BeforePicking按下按鈕後,被選到的清單藍芽裝置便會與手機連線。
如果連線成功,則出現Connecting...字樣
如果連線失敗,則出現can not be connected!



解釋:
當藍芽離線後,畫面出現Wait之字樣(回到初始狀態)。



解釋:
本例僅作ForwardBtn的操作。
當使用者按下ForwardBtn按鈕,程式指定ControlMessage之變數值為F,且透過
NxtDirectCommands1.MessageWrite的方法,指定mailbox為1、message為ControlMessage,
將變數的文字傳出給NXT。(NXT為接收端,程式須設計接收訊息)

附帶一提,一個很簡單卻又很重要的一個設定,少了這個操作,你的手機還是無法與nxt連結,那就是點選NxtDirectCommands1,右邊的Properties,須指定為BluetoothClient1


最後,Connect to Device,選擇你的手機,就可以開始操作了。

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至於NXT端的程式,程式碼如下:
#include "NXCDefs.h"

#define Touch IN_1

void BTCommCheck(int conn)
{
if (BluetoothStatus(conn)!=NO_ERR) //如果nxt未與主機連線
{
TextOut(5,LCD_LINE2,"Error");
Wait(1000);
Stop(true);
}
}

//-----------------------------------------
task main()
{
 string ControlMessage;
 int power=20,power_left,power_right;
 BTCommCheck(0);
 SetSensorTouch(Touch);
 ClearScreen();
 while(SENSOR_1==0)
 {
   ReceiveRemoteString(MAILBOX1,true,ControlMessage);
   TextOut(0,LCD_LINE1,ControlMessage);
 }
}

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2011年8月15日 星期一

segway-改裝後的猴子騎兩輪車

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brick結構概念參考NXT Segway with Rider

今早想採用上述的結構,但因為該組裝結構沿用我前面寫的bot balance程式,似乎會一面傾倒,懶得修改程式,畢竟修改程式調整參數,耗費的工夫相較於改裝,當然是改裝比較簡單,因此動了一下腦筋,以原來的NXT Segway with Rider的概念,以及原有的兩輪平衡車子為基礎,簡單的說就是原來的兩輪平衡車上頭,加上一隻猴子。

這一隻猴子有另一個用途,猴子身體加裝一馬達,可以調整猴子身體前傾或後仰,來改變機身的重心位置,後續的設計將朝此製作。

2011年8月13日 星期六

利用藍芽技術,讓電腦可控制NXT主機

NXT Brick本身已內建藍芽裝置,對於想透過藍芽技術對NXT予以控制的玩家早已躍躍欲試。
目前已有相當齊備的文獻:
1.有些玩家透過兩台NXT,一台當作Master、一台當作Slave,由Master主機對Slave進行直接控制。
2.透過電腦PC與NXT,由電腦端(主控端)傳送控制指令(Send Message),並由NXT回饋數值給主控端。
3.利用Android 手機與NXT,傳送控制指令(Send Message)對NXT下達操作指令。


本文旨在建立Visual Basic 介面,利用藍芽技術,由電腦操控NXT

一、首先,利用Visual Basic Express ,建立一個操控界面

     (圖一)

上圖,通訊埠預設COM1~4,依使用者需要自行增加,通訊埠請選擇[VB工具箱/元件/SerialPort]物件,把該物件拖曳至介面中。

二、介面中的[通訊埠],每一個選項(COM1~4),假設使用者選擇COM1,程式會先判斷目前電腦是否與NXT連線,如早已連線,會先中斷連線,並再次連線,以確保不重複連線的問題。
    COM1ToolStripMenuItem.Checked = True

    COM2ToolStripMenuItem.Checked = False
    COM3ToolStripMenuItem.Checked = False
    COM4ToolStripMenuItem.Checked = False
    If SerialPort1.IsOpen() Then
      SerialPort1.Close()
    End If
    SerialPort1.PortName = COM1ToolStripMenuItem.Text
    SerialPort1.Open()
    ConnText.Text = "已連線"
上述部分的程式碼,其中
1.COM1ToolStripMenuItem是介面中COM1的選項Name,COM1ToolStripMenuItem.Checked用以告知使用者當前選擇哪一個通訊埠,會在該選項出現打勾
2.使用者該選擇哪一個通訊埠?請打開電腦藍芽選項,先讓電腦搜尋可與電腦藍芽連線的裝置,當然,你一定要記得先打開NXT的電源以及藍芽(ON),才能讓電腦搜尋的到。當使用者找到NXT後,會要求使用者輸入密碼,預設為1234,因此在電腦輸入1234的密碼後,便與NXT匹配連線了
3.此時,點選可與電腦連線的裝置兩下,可看到設定的選項,其中[輸出序列埠]就是預備和NXT連線的對外通訊埠。這個通訊埠即我們要選擇的。


三、介面中有[前進]、[後退]、[向左]、[向右]四個按鈕,使用者按下按鈕後,會傳出指令給NXT,因此相關設定的程式碼如下:
  Dim byteOut(9) As Byte
  byteOut(0) = 2 + 5 '2 bytes in output message
  byteOut(1) = &H0 'should be 0 for NXT
  byteOut(2) = &H80 'Direct Command no reply expected
  byteOut(3) = &H9 'MESSAGEWRITE
  byteOut(4) = &H0 'Box Number - 1
  byteOut(5) = 2 + 1 '2-byte message size with null terminator
  byteOut(6) = Asc("F")
  byteOut(7) = Asc(" ") ' space ASCII code
  byteOut(8) = &H0 'null terminator
  SerialPort1.Write(byteOut, 0, 9)

1.上述程式碼是[前進]按鈕的功能。其他[後退]、[向左]、[向右]程式碼均相同,可複製貼上至其他按鈕。
2.唯一需要修改的,在於byteOut(6)。茲設定的[前進],當按下按鈕時,送出字元F;
[後退]送出字元B;[向左]送出字元L;[向右]送出字元R
3.byteOut為電腦與NXT之間通訊的方式,相關文獻可參考[NXTreme]、[研發養成所]及[VB and Connecting the NXT with Bluetooth]
4.電腦傳輸命令至NXT,是送到指定的信箱(MAILBOX),所以byteOut(4)=&H0是MAILBOX1,由使用者自行定義要傳到哪一個信箱,以便NXT接收。當然,NXT的程式碼,其收件信箱也要指定相同的MAILBOX,投遞與接收要相同。

至此,VB的通訊介面業已底定。
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其次,NXT的接收程式碼,茲以Brixcc的NXC碼編寫,程式碼如下:

#include "NXCDefs.h"


#define MAILBOX1 0
#define Touch IN_1

void BTCommCheck(int conn)
{
if (BluetoothStatus(conn)!=NO_ERR) //如果nxt未與主機連線
{
TextOut(5,LCD_LINE2,"Error");
Wait(1000);
Stop(true);
}
}

//-----------------------------------------
task main()
{
string ControlMessage;
BTCommCheck(0);
SetSensorTouch(Touch);
ClearScreen();
while(SENSOR_1==0)
{
ReceiveRemoteString(MAILBOX1,true,ControlMessage);
TextOut(0,LCD_LINE1,ControlMessage);
}
}
1.程式開啟後,NXT會先檢查是否與PC連線,如果未連線,則出現ERROR畫面並結束程式,使用者必須先啟動前述建立的VB介面軟體,點選通訊埠連線
2.連線後,當使用者在VB介面軟體按下[前進]、[後退]、[向左]、[向右]任一按鈕,則於NXT畫面顯示相對應的字元(F、B、L、R)
3.BTCommCheck(0)之引數0,代表NXT設定為slave端。
4.從電腦發送的命令,直至NXT接收,本身為字元,所以設定一個變數ControlMessage接收之
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2011年8月10日 星期三

實現Segway 兩輪平衡車

Segway是一個非常不穩定的非線性模型,很多研究多半會選擇​segway作為鑑定其控制器設計的良窳。

Segway是一台兩輪式、自由度高、且易於往兩側傾倒的極不平​衡車子,為了維持車子能立直中立,而不易傾倒,則便是研究者致力​研究的終極目的。

現階段研究,能使機身維持筆直站立且穩定,下階段想透過手機藍芽​裝置,來遠端遙控Segway。

[執行結果]

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卡丁車與segway對決

Matlab for NXT,測試光感知器每秒鐘亮滅一次設計

[說明]使用Matlab 讓光感知器每秒鐘做亮或滅的動作

[程式碼]

clear all

clc

%Define Sensor Parameters
SwitchPort = SENSOR_1;
LightPort =SENSOR_2;
Mode = 0;

COM_CloseNXT('all');

hNXT=COM_OpenNXT();
COM_SetDefaultNXT(hNXT);

OpenSwitch(SwitchPort);

while(GetSwitch(SwitchPort)==false)
  if(Mode == 0)
    ModeType = 'INACTIVE';
    OpenLight(LightPort,ModeType);
    pause(1);
  end
  if(Mode == 1)
    ModeType = 'ACTIVE';
    OpenLight(LightPort,ModeType);
    pause(1);
  end
  Mode = not(Mode);
end

COM_CloseNXT(hNXT);
使用not函數,用以改變mode狀態


[執行結果]

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2011年8月9日 星期二

Matlab for NXT,經卡爾門濾波前後,陀螺儀數據觀測

經卡爾門濾波前後,陀螺儀數據觀測,發現有很明顯的濾波效果,由記錄的結果可證實。

[程式碼]
% 測試陀螺儀元件- GetGyro()

clear all
clc

%IN Port 設定
touch_port = SENSOR_1;
gyroport = SENSOR_3;

%設定Kalman Filter 參數
P=10;
Q=1e-4;
R=0.05;
prev_filter_value=0;

COM_CloseNXT('all');
hNXT=COM_OpenNXT();
COM_SetDefaultNXT(hNXT);

OpenSwitch(touch_port); %開啟觸碰感應器

OpenGyro(gyroport); %開啟陀螺儀感知器
offset = CalibrateGyro(gyroport,'AUTO'); %計算陀螺儀偏移值(offset)

cnt=1;
while(GetSwitch(touch_port)==false)
 GyroValue= GetGyro(gyroport); %陀螺儀原始數據
 [P,curr_filter_value]=Kalman_filter(P,Q,R,prev_filter_value,GyroValue); %陀螺儀數據經卡爾門濾波後的數據
 disp(sprintf('GyroValue=%2.2f',curr_filter_value));
 pause(0.01);
 clc
 data(1,cnt)=GyroValue; %紀錄原始陀螺儀數據
 data(2,cnt)=curr_filter_value; %紀錄卡爾門濾波後的數據
 prev_filter_value=curr_filter_value;
 cnt=cnt+1;
end

CloseSensor(touch_port); %關閉感知器
CloseSensor(gyroport);
COM_CloseNXT(hNXT);

plot(data(1,:))
hold on
plot(data(2,:),'r-')
hold off


[副程式Kalman_Filter.m]

function [P,curr_filter_value]=Kalman_filter(P,Q,R,prev_filter_value,measurement_value)
 P=P+Q; %第k-1時刻與第k時刻前測之間的協方差P
 Kgain=P/(P+R); %卡爾曼增益
 curr_filter_value=prev_filter_value+Kgain*(measurement_value-prev_filter_value);
 P=(1-Kgain)*P; %第k時刻後測與前測之間的協方差
end



[執行結果]
offset=610.2152

從上圖中,藍色線代表未濾波前的數據、紅色線為濾波後的數據,前後結果非常明顯。

2011年8月8日 星期一

Matlab for NXT,陀螺儀測試偏移值

本程式碼用以測試陀螺儀(Hitechnic Gyro)之偏移值(offset),將機器人扶正靜待1秒鐘,即可完成檢測。
程式碼如下:
% 測試陀螺儀元件

clear all
clc
% 設定陀螺儀參數
port = SENSOR_3;

COM_CloseNXT('all');
hNXT=COM_OpenNXT();
COM_SetDefaultNXT(hNXT);

OpenGyro(port);
offset = CalibrateGyro(port,'AUTO');

disp(sprintf('Gyro Sensor offset = %d ',offset));

COM_CloseNXT(hNXT);

Matlab For NXT,本程式測試讀取MotorA轉角,並回傳數值至電腦

[程式碼]
clear all

clc

COM_CloseNXT('all');

hNXT=COM_OpenNXT(); %此指令會尋找使用 USB 線與電腦連接的 NXT,若是要使用藍芽的話則只要在括號內加上 'bluetooth.ini' 即可
COM_SetDefaultNXT(hNXT); %將 hNXT 設為全域的預設代碼,之後就不需要在指令後再輸入代碼了

force=50;
Dist=360;

MyMotor = NXTMotor(MOTOR_A,'Power',force, 'TachoLimit', Dist);
MyMotor.ResetPosition();

MyMotor.SendToNXT();
data=MyMotor.ReadFromNXT();

while(data.Position < Dist)
data=MyMotor.ReadFromNXT();
disp(sprintf('Current Position of Motor A: %d', data.Position));
end

COM_CloseNXT(hNXT);

Matlab for NXT,馬達正轉與反轉測試

將馬達接在port A,C,進行正反轉測試
[程式碼]
%測試A,C馬達正轉與反轉
clear all

clc

COM_CloseNXT('all');

hNXT=COM_OpenNXT(); %此指令會尋找使用 USB 線與電腦連接的 NXT,若是要使用藍芽的話則只要在括號內加上 'bluetooth.ini' 即可
COM_SetDefaultNXT(hNXT); %將 hNXT 設為全域的預設代碼,之後就不需要在指令後再輸入代碼了

LeftWheel=MOTOR_A;
RightWheel=MOTOR_C;
BothWheel=[LeftWheel;RightWheel];
Force=50; %馬達動力
Dist=360; %馬達轉動的角度

MotorForward = NXTMotor(BothWheel,'Power',Force, 'TachoLimit', Dist);
MotorReverse = MotorForward; %設定MotorReverse結構與MotorForward相同
MotorReverse.Power= -Force; %個別修改Power屬性

MotorForward.SendToNXT(); %送出正轉指令
MotorForward.WaitFor(); %等待執行完畢

MotorReverse.SendToNXT(); %送出反轉指令
MotorReverse.WaitFor();

COM_CloseNXT(hNXT);

2011年8月7日 星期日

RWTH- MindStorms NXT Toolbox Documents

這個網站完整記錄Matlab 編輯NXT 控制,對於感測器、馬達等元件的語法說明。
http://www.mindstorms.rwth-aachen.de/trac/wiki/Documentation

2011年8月6日 星期六

Matlab for NXT,搭配LightSensor與TouchSensor之測試實驗

以前接觸Brixcc或lejos,TouchSensor就叫做TouchSensor,但Matlab的Toolbox命名為Switch。

以程式碼解說實際的簡單應用:
[程式碼]

%觸碰感知器(TouchSensor)、光感知器(LightSensor)測試

clear all
clc

COM_CloseNXT('all');

hNXT=COM_OpenNXT(); %此指令會尋找使用 USB 線與電腦連接的 NXT,若是要使用藍芽的話則只要在括號內加上 'bluetooth.ini' 即可
COM_SetDefaultNXT(hNXT); %將 hNXT 設為全域的預設代碼,之後就不需要在指令後再輸入代碼了

OpenSwitch(Sensor_1);
OpenLight(Sensor_2,'ACTIVE');

cnt=1;
while (GetSwitch(Sensor_1)==false)
LightValue(cnt)=GetLight(Sensor_2)*0.09775;
cnt=cnt+1;
end

plot(LightValue)
COM_CloseNXT(hNXT);


解說:
1.這個程式利用OpenLight()指令、OpenSwitch()指令分別初始光感知器、觸碰感知器,指令的應用,請在Matlab command提示字元下,輸入help OpenLight、help OpenSwitch查閱
2.OpenLight()指令,參數使用ACTIVE,告知初始即點亮LightSensor
3.GetSwitch()用以取得觸碰感知器觸碰與否,有則回傳true,反之則以false
4.GetLight()指令用以取得光感知器的讀值,乘以0.09775轉換為我們較為了解的光感值
5.程式判斷觸碰感知器未被按下時,記錄光感知器的讀值於LightValue陣列,並於觸碰感知器被按下後,將結果plot出來。

Matlab for NXT,程式碼的外殼template

紅色文字顏色套用自程式碼中。

[程式碼]
clear all
clc
COM_CloseNXT('all');

%此指令會尋找使用 USB 線與電腦連接的 NXT,若是要使用藍芽的話則只要在括號內加上 'bluetooth.ini' 即可
hNXT=COM_OpenNXT();

%將 hNXT 設為全域的預設代碼,之後就不需要在指令後再輸入代碼了
COM_SetDefaultNXT(hNXT);

:
:
程式區
:
:



COM_CloseNXT(hNXT);

Matlab for NXT,安裝ToolBox套件

筆者過去接觸Matlab多半用於自動控制設計,對於NXT的操作算是頭一遭。如有謬誤,請指教。

環境說明:
1.使用Matlab版本為R2008b
2.作業系統OS為win7
3.NXT_Driver for win7
(1) 32bit: http://www.robotc.net/files/NXT_32bit_driver.zip
(2) 64bit: http://www.robotc.net/files/NXT_64bit_driver.zip
4. NXT Firmware: LEGO_MINDSTORMS_NXT_Firrmware_V1.29.rfw
5. RWTH Mindstorms NXT toolbox

安裝toolbox步驟說明
1.到RWTH網站下載最新toolbox

2.更新NXT firmware韌體程式至最新

3.打開matlab,點選[File/Set Path/Add Folder],並指定[RWTHMindstormsNXT]資料夾所在位置,選擇後按[save]

4.再次選擇[Add Folder],並指定[RWTHMindstormsNXT/tools]之資料夾加入,按[save]

5.打開RWTHMindstormsNXT 資料夾,進入子資料夾tools->MotorControl,裡面會有一個檔案MotorControl22.rxe,利用NXT-G或Brixcc將該檔案傳到NXT主機上
(所有傳呼控制都會執行此檔案,務必上傳)

6.
接上NXT,進入MATLAB,在command window上輸入指令: COM_OpenNXT
如果畫面正常,將出現NXT連線後的相關資訊。