用鍵盤與搖桿控制Jetbot智能小車行動

如果已經(jīng)將 Jetbot 智能小車組裝好的話，現(xiàn)在就可以開始執(zhí)行 Jetbot 智能小車實(shí)驗(yàn)，接下來的操作都在以下環(huán)境中執(zhí)行：

1. 無線的方式連接 Jetbot 與 PC：

關(guān)于這部分的設(shè)置，請參考“NVIDIA Jetson Nano 2GB 系列文章(42)：無線WIFI的安裝與調(diào)試”文章，有詳細(xì)的說明。

我們采用如下圖的“Jetbot 熱點(diǎn)”方式連接，就是將 Jetbot 無線網(wǎng)卡設(shè)置為“熱點(diǎn)”模式，將 PC 的 WIFI 連上 Jetbot 設(shè)置的熱點(diǎn)，如此 Jetbot 的 IP 固定為 “10.42.0.1”，操作起來方便。

2. 所有實(shí)驗(yàn)的界面都在 PC 上的瀏覽器操作：確定好連線之后，在 PC 的瀏覽器(推薦使用 Google Chrome)輸入“https://10.42.0.1:8888” 就可以進(jìn)入，第一次連上去需要輸入 “jetbot” 這個(gè)預(yù)設(shè)的密碼，只要第一次選擇保存密碼，以后進(jìn)入就不需要再輸入密碼。

3. 關(guān)于 Jupyter 的使用技巧請自行在網(wǎng)上學(xué)習(xí)，這里只對 Jetbot 各個(gè)項(xiàng)目的代碼進(jìn)行探索與調(diào)試建議。

4. 所有實(shí)驗(yàn)都需要為 Jetbot 提供足夠的運(yùn)動空間：最好直接在空曠而且平坦的地面上運(yùn)行，避免在桌子之類與地面有高度落差的地方，以及凹凸不平、阻力較大(例如地毯)、泥沙淤積的地面上，以免對 Jetbot 造成傷害。

5. 最后提醒一點(diǎn)，Jetbot 的重點(diǎn)是在于“學(xué)習(xí)”而非“競技”，因此避免將電機(jī)馬達(dá)轉(zhuǎn)速調(diào)到太快，如果感覺車速太快時(shí)，請自行將實(shí)驗(yàn)代碼里的速度調(diào)低。

現(xiàn)在就開始兩個(gè)基礎(chǔ)的 Jetbot “手動”運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)最重要的目的是讓大家熟悉代碼的運(yùn)作。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是以鍵盤的“上下左右”去控制 Jetbot 的行進(jìn)，第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是使用游戲用的搖桿設(shè)備來進(jìn)行控制，前提是您得采購一個(gè)最簡單的搖桿設(shè)備，我們測試了幾種包括有線以及無線的搖桿設(shè)備，都能正確使用。

現(xiàn)在就開始 Jetbot 的基礎(chǔ)項(xiàng)目，請自行登陸 Jupyter 并進(jìn)入 jetbot/notebooks 目錄下，總共有 5 個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸洝?/p>

基本動作(Basci Motion)

在 Jupyter 進(jìn)入 basic_motion 目錄，里面有 basic_motion.ipynb 這個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，點(diǎn)選后就能打開，這里的代碼主要分為四大段：

1. 基本操作：

這部分的代碼非常直觀，并且有很詳盡的英文解說，最主要是讓大家了解如何導(dǎo)入關(guān)于電機(jī)控制的模塊，并且創(chuàng)建 robot 對象來控制 Jetbot 的行進(jìn)：

fromjetbotimportRobotrobot = Robot()

我們只要分別對 robot 對象的左右輪設(shè)定速度，就能實(shí)現(xiàn)讓 Jetbot 移動的任務(wù)。這里“設(shè)定速度”的方法，是以“全速”為基準(zhǔn)給定[-1, +1]之間的相對值，但給定“負(fù)值”表示“反向”旋轉(zhuǎn)，這是不建議的做法。

下面有三種設(shè)置左右輪的方法，如下：

(1) 用 robot.left (速度)與 robot.right (速度)分別設(shè)置左右輪速度：

robot.left(speed=0.3)robot.stop()import timerobot.left(0.3)time.sleep(0.5)robot.stop()

(2) 用 robot.set_motor (左輪速, 右輪速) 同時(shí)設(shè)置左右輪速度：

robot.set_motors(0.3,0.6)time.sleep(1.0)robot.stop()

(3) 對 robot.left_motor.value 與 robot.right_motor.value 這兩個(gè)變量進(jìn)行設(shè)置：

robot.left_motor.value=0.3robot.right_motor.value=0.6time.sleep(1.0)robot.left_motor.value=0.0robot.right_motor.value = 0.0

上面的這些數(shù)值您可以在要求的范圍內(nèi)自由設(shè)置，最好能試著將兩個(gè)值調(diào)成一樣，并且讓延續(xù)時(shí)間稍微長一點(diǎn)，例如 3~5 秒，可以先檢查一下左右輪的轉(zhuǎn)速是否一致!

2. 使用 traitlets 庫將 robot 左右輪與小部件進(jìn)行連接：

在“Jetbot 實(shí)戰(zhàn)系列 04：CSI 攝像頭安裝與測試”里已經(jīng)使用過 traitlets 這個(gè)非常強(qiáng)大的庫，將攝像頭捕獲的畫面與 widgets.image 小部件連接，再透過 display(image) 顯示動態(tài)的圖像。

這里也用相同的方法，創(chuàng)建兩個(gè)“滑塊(slider)”小部件與 robot 左右輪的數(shù)值進(jìn)行捆綁，可以單向地在兩個(gè)滑塊上顯示輪的速度值，還可以進(jìn)一步透過兩個(gè)滑塊去控制個(gè)別輪的速度。下面是這個(gè)用途的執(zhí)行步驟：

(1) 創(chuàng)建兩個(gè)垂直滑塊小部件，再用一個(gè)水平框部件將兩個(gè)滑塊放在一起：

importipywidgets.widgetsaswidgetsfrom IPython.display import display
#創(chuàng)建”left”與”right”兩個(gè)垂直滑塊小部件，數(shù)值范圍在[-1.0,1.0]之間left_slider=widgets.FloatSlider(description='left',min=-1.0,max=1.0,step=0.01,orientation='vertical')right_slider= widgets.FloatSlider(description='right', min=-1.0, max=1.0, step=0.01, orientation='vertical')
#創(chuàng)建一個(gè)水平框，放置前面生成的兩個(gè)垂直滑塊slider_container = widgets.HBox([left_slider, right_slider])
#在下面這個(gè)滑塊容器display(slider_container)

(2) 單向顯示：使用 traitlets.link 函數(shù)將左右滑塊的值分別與左右輪的值進(jìn)行連接，這樣就能看到兩個(gè)滑塊的值會跟著兩個(gè)輪的值而改變。

importtraitletsleft_link=traitlets.link((left_slider,'value'),(robot.left_motor,'value'))right_link=traitlets.link((right_slider,'value'),(robot.right_motor,'value'))robot.forward(0.3)time.sleep(1.0)robot.stop()left_link.unlink()right_link.unlink()

(3) 雙向控制：使用 traitlets.dlink 函數(shù)將左右滑塊的值分別與左右輪的值進(jìn)行連接，這時(shí)候可以試試看調(diào)整兩個(gè)滑塊的值(上下拖)，就能改變兩個(gè)輪的轉(zhuǎn)速。

left_link=traitlets.dlink((robot.left_motor,'value'),(left_slider,'value'))right_link = traitlets.dlink((robot.right_motor, 'value'), (right_slider, 'value'))

3. 將控制函數(shù)附加到事件：

使用 traitlets 的另一種方法是將函數(shù)(如 forward)附加到事件。每當(dāng)對象發(fā)生更改時(shí)，這些函數(shù)都會被調(diào)用，并且會被傳遞一些有關(guān)該更改的信息，如舊值和新值。讓我們創(chuàng)建并顯示一些用于控制機(jī)器人的按鈕。

(1)創(chuàng)建并顯示 4 個(gè)方向按鈕與中間的“停止”按鈕：

#創(chuàng)建5個(gè)按鈕stop_button=widgets.Button(省略)forward_button=widgets.Button(省略)backward_button=widgets.Button(省略)left_button=widgets.Button(省略)right_button=widgets.Button(省略)#顯示按鈕middle_box=widgets.HBox([left_button,stop_button,right_button],layout=widgets.Layout(align_self='center'))controls_box=widgets.VBox([forward_button,middle_box,backward_button])display(controls_box)

(2) 定義 5 個(gè)方向的動作指令：

defstop(change):defstep_forward(change):defstep_backward(change):defstep_left(change):def step_right(change):

在這里可以看到 robot 對象還提供 stop/forword/backword/left/right 等五個(gè)預(yù)定義的動作，可以直接使用。這里的 left 與 right 所定義的方式是“原地旋轉(zhuǎn)”的動作，如果要讓小車往“左前方”或“右前方”行進(jìn)的話，則需要自行對左右輪設(shè)置不同速度比的方式來處理。

(3) 將按鈕與動作定義進(jìn)行捆綁：

#捆綁方式：按鈕.on_click(動作)stop_button.on_click(stop)forward_button.on_click(step_forward)backward_button.on_click(step_backward)left_button.on_click(step_left)right_button.on_click(step_right)

完成這個(gè)捆綁的步驟之后，按下按鈕才會向 Jetbot 發(fā)送控制指令，現(xiàn)在試試看能不能用這個(gè)方向鍵來控制 Jetbot 小車!

4. 心跳停止開關(guān)：

這是個(gè)預(yù)防 Jetbot 與 PC 直接因?yàn)榫嚯x過遠(yuǎn)而失去控制能力狀況下，提供的一種安全管理措施，這部分的內(nèi)容請自行測試即可，沒什么難度，這里不做說明。

以上就完成這個(gè)智能小車的最基本運(yùn)動功能，大家可以多嘗試調(diào)整轉(zhuǎn)速、方向、持續(xù)時(shí)間等參數(shù)，感受一下這個(gè)基本運(yùn)動的處理方式。

搖桿操作(Teleoperation)

項(xiàng)目代碼在 notebooks/teleoperation 目錄的 teleoperation.ipynb，在 Jupyter 里打開這個(gè)文件就能執(zhí)行。這是在 PC 控制機(jī)上，用游戲搖桿(gamepad)來控制 Jetbot 小車的左右輪，基本邏輯與上面的“滑塊控制輪速”的原理是一致的，只不過將設(shè)備從鼠標(biāo)變成搖桿而已。

我們將手邊的四種游戲搖桿(如下圖)都做過測試，不過有線無線、單價(jià)高低的都能使用，如果手上沒有這類搖桿的，可以簡單選個(gè) 30 元左右的也可以執(zhí)行這些測試，并且以后做些這類相關(guān)的應(yīng)用。

將搖桿接上 PC 之后，如果是 Linux 操作系統(tǒng)請執(zhí)行以下指令，檢查是否已經(jīng)安裝：

ls /dev/input/js*

至于 Windows 或 MacOS 請自行在設(shè)備列表中檢查。

如果確認(rèn)設(shè)備已將連上控制 PC 之后，就可以開始執(zhí)行 teleoperation.ipynb 這個(gè)項(xiàng)目，不過有個(gè)對初學(xué)者很重要的地方，卻放在不起眼的注釋里面，在這里我們特別將它提出來，在執(zhí)行項(xiàng)目之前必須先點(diǎn)進(jìn)去注釋里的“1.Visit http://html5gamepad.com.”，點(diǎn)進(jìn)這個(gè)連接之后，就能確認(rèn)您手上的這個(gè)搖桿是否能夠正常工作。

最左上角的 “INDEX” 編號就是接下來代碼中 “widgets.Controller(index=N)” 的實(shí)際編號，當(dāng)然在前面 “l(fā)s /dev/input/js*” 所顯示的編號，也能作為這個(gè)編號的依據(jù)，不過在這個(gè)網(wǎng)頁上可以動一動游戲搖桿上的兩個(gè)控制桿與其他按鈕，看看在 B0~B16 以及 AXIS0~AXIS3 這些鈕上面是不是有對應(yīng)的回饋?

執(zhí)行第一步驟之后，如果出現(xiàn)以下畫面，就表示驅(qū)動的加載也都正確。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)只要把游戲搖桿設(shè)備的部分捋順了，后面的實(shí)驗(yàn)步驟就非常直觀，包括將攝像頭“拍照”功能與游戲搖桿的某個(gè)鍵進(jìn)行綁定的部分，在執(zhí)行步驟都有非常詳細(xì)說明，大家只要順著去執(zhí)行并且閱讀說明，就能輕松完成整個(gè)任務(wù)。