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松本成司 Seiji Matsumoto (matsu at shinshu-u dot ac dot jp)
1998年発売のMindstorms Robotics Invention System (RIS)がすでに発売中止になり、最近では保守用のパーツも入手困難になってきました。そこでそろそろ、この「ロボティクス入門ゼミ」も現行のキットであるNXTに移行していきたいと思います(予算の関係で一気に移行というわけにはいきませんが)。
開発環境としては、NQCを引き継ぐNBC/NXCというオープンソースの開発環境を使用します。NBC/NXCは、Dave Baum氏からNQCの開発を引き継いだJohn Hansen氏が中心になって開発されています。以下は主にNXCでNXTを動かすためのメモです。NQC同様、すぐれたマニュアルやチュートリアルがすでに存在していますので、まずはそれらを参考にされることをおすすめします。
目次
#contents
* 参考文献・参考サイト [#pf5ddac6]
-LEGO社のキット紹介ページ
--http://www.legoeducation.us/eng/product/lego_mindstorms_education_nxt_base_set/2095
-NBC/NXCの入手
--http://bricxcc.sourceforge.net/nbc/
-ドキュメント
--NBCガイド http://bricxcc.sourceforge.net/nbc/doc/NBC_Guide.pdf (2200ページ以上ある)
--NXCチュートリアル
--- オリジナル http://bricxcc.sourceforge.net/nbc/nxcdoc/NXC_tutorial.pdf
--- Wiki版 (英語) http://wiki.zenerves.net/index.php/NXC_Tutorial
--- 日本語訳 by Alberto Palacios Pawlovskyさん http://www.cc.toin.ac.jp/sc/palacios/courses/undergraduate/freshman/micro_intro/NXCtutorial_j.pdf
--- 日本語訳 by 高本さん
http://www2.ocn.ne.jp/~takamoto/NXCprogramingguide.pdf
--APIライブラリ関数一覧
--- NXC Programmer's Guide (APIガイド) http://bricxcc.sourceforge.net/nbc/nxcdoc/nxcapi/main.html
--- 日本語訳 by 高本さん http://www2.ocn.ne.jp/~takamoto/NXCAPIfunction.pdf
* 準備 [#o964bedb]
http://wlug.org.nz/LegoMindstorms などを参考に。
** GNU/Linux上でのUSBの設定 [#a914c2ae]
(ディストリビューションによっては異なる可能性あり。以下は Debianの場合)
USBで接続できるように、例えば次のようなudev設定ファイルをとして
/etc/udev/rules.d/70-legonxt.rules 作成しておく。
BUS=="usb", SYSFS{idVendor}=="03eb", GROUP="plugdev", MODE="0660"
BUS=="usb", SYSFS{idVendor}=="0694", GROUP="plugdev", MODE="0660"
ベンダーIDの03ebはAtmel、0694はLEGOを表す。前者はファームウェアを更新する際に必要。
使用するユーザをplugdevグループに登録しておく(NXTUSERはユーザIDに置き換える)。
# adduser NXTUSER plugdev
legonxtのようなグループ名にした場合には、groupを新たに作成して、そのグループに追加しておく。
** Firmwareのバージョン確認と更新方法 [#adbcfd0b]
とりあえずバージョン1.28くらいまであげておくと最新のNBC/NXCを使う上で便利。
-現在のFirmwareのバージョンは「Settings」→「NXT Version」で確認できる。
-Firmwareの入手 (LEGO社からダウンロード)
-- http://mindstorms.lego.com/en-us/support/files/default.aspx
のFirmwareメニューからダウンロードして解凍(unzip)すると "LEGO MINDSTORMS NXT Firmware V1.28.rfw" のような名前のFirmwareができる。
-NXTをFirmware更新モードにするには、電源を入れた状態で背面のリセットボタン(USB端子のすぐ近く)を5秒押しつづける。すると小さなプッ、プッ、プッ、という音が聞こえるようになる。
-Debian GNU/Linux (squeeze)上でlibnxt(Firmware更新ツール)を使ってFirmwareを更新する。
# apt-get install libusb-0.1-4 scons
$ wget http://libnxt.googlecode.com/files/libnxt-0.3.tar.gz
$ tar zvxf libnxt-0.3.tar.gz
$ cd libnxt-0.3
$ scons
$ ./fwflash "Firmwareのファイル名"
ちなみにFirmwareの書き換えは100回までは保証されているらしい。
http://www.afrel.co.jp/tech/techinfo_nxt.html#p7
fwflashで書き込みに失敗する場合、Atmel用のドライバが正しくロードされていない可能性がある。
$ dmesg | tail
で、例えば
[ 4992.860008] usb 10-1: new full speed USB device using uhci_hcd and address 4
[ 4993.018991] usb 10-1: New USB device found, idVendor=03eb, idProduct=6124
[ 4993.018994] usb 10-1: New USB device strings: Mfr=0, Product=0, SerialNumber=0
[ 4993.019073] usb 10-1: configuration #1 chosen from 1 choice
[ 4993.022051] cdc_acm 10-1:1.0: This device cannot do calls on its own. It is not a modem.
[ 4993.022074] cdc_acm 10-1:1.0: ttyACM0: USB ACM device
[ 5077.228041] usb 10-1: usbfs: interface 0 claimed by cdc_acm while 'fwflash' sets config #1
のようになっていれば、間違って cdc_acm がロードされているので、ロードしないように、blacklist に追加して再起動。
# echo "blacklist cdc_acm" >> /etc/modprobe.d/blacklist.conf
# shutdown -r now
** GNU/Linux上でのNBC/NXCのインストール方法 [#n4a2d7cd]
コンパイルには Pascal と libusb-dev が必要。以下はDebianの場合。
$ apt-get install fp-compiler libusb-dev
$ wget http://downloads.sourceforge.net/bricxcc/nbc-1.2.1.r3.src.tgz
$ mkdir nbc-1.2.1.r3
$ cd nbc-1.2.1.r3
$ tar zvxf ../nbc-1.2.1.r3.src.tgz
$ make
// $ sudo cp NXT/nbc /usr/local/bin/
$ sudo install -m 755 NXT/nbc /usr/local/bin/
$ sudo mkdir -p /usr/local/share/man/man1
$ sudo gzip -c doc/nbc.1 > /usr/local/share/man/man1/nbc.1.gz
* プログラムの転送方法 (USBケーブルの場合) [#ia2e7366]
$ nbc -S=usb -v=128 -d test.nxc
ファームウェアのバージョンを -v で指定。デフォルトの値は128、つまりバージョン1.28。
違うバージョンのファームウェアが入って入れば転送できない。
* NXCのサンプルプログラム [#rf7a0df6]
[[別のページ>NXT/SampleProgram]]にしました。
* NXCのよく使う命令 [#le35bc79]
** モータ関連 [#df4361b3]
OnFwd(OUT_A,75); // モータAを最速の75%のスピードで前転させる
OnRev(OUT_AC,75); // モータAとモータCを最速の75%のスピードで後転させる
Off(OUT_AC); // モータAとモータCを止める
Float(OUT_A); // モータAにトルクをかけない
RotateMotor(OUT_A, 75, 45); // モータAを75%のスピードで45度前転
RotateMotor(OUT_A, -75, 45); // モータAを75%のスピードで45度後転
-参考ページ
-- http://bricxcc.sourceforge.net/nbc/nxcdoc/nxcapi/group___output_module_functions.html
** センサー関連のコマンド [#zcaa0e8b]
http://bricxcc.sourceforge.net/nbc/nxcdoc/nxcapi/group___input_module_functions.html
を参考に
*** 設定 [#s3c3468b]
SetSensorTouch(S1); // ポート1にタッチセンサ
SetSensorLight(S2); // ポート2に光センサ
SetSensorSound(S3); // ポート3にサウンドセンサ
SetSensorLowspeed(S4); // ポート4に超音波センサ
// SetSensorUltrasonic(S4); // ポート4に超音波センサ
SetSensorColorFull(S1); // ポート1にカラーセンサ (フルカラーモード)
[[マニュアルにあるSetSensorUltrasonic:http://bricxcc.sourceforge.net/nbc/nxcdoc/nxcapi/group___input_module_functions_ga3a9558c29a009be254a0f0a24d85d05f.html]]は、まだ動かない?
*** センサーの値 [#ge3b55cf]
センサの値は、SENSOR_1,SENSOR_2,SENSOR_3,SENSOR_4 で取得できます。
ただし超音波センサは、SensorUS(S1) のように取得します。
NXCではセンサ関連の関数も豊富に用意されています。
unsigned int d = SensorValue(S4); // ポート4につないだ超音波センサの値(単位cm)を変数 d に代入
unsigned int valRed = ColorSensorValue(S1, INPUT_RED); // ポート1につないだカラーセンサーから赤の値を読んで valRedに代入
詳しくは、
http://bricxcc.sourceforge.net/nbc/nxcdoc/nxcapi/group___input_module_functions.html
を参照のこと。
** マクロ・関数・サブルーチンの定義 [#ke1ca3c0]
マクロはNQCと同様。サブルーチンはNQCと違い、引数をとることができる。
sub turn_left(int pwr)
{
OnRev(OUT_A,pwr); OnFwd(OUT_C,pwr);
....
}
関数もNQCとは違い、インライン関数ではなく、void 以外の型 (整数型やストリング型)を取ることができる。つまり、sub は void とまったく同じ。
NQCの関数に相当するのは、インライン関数で inline というキーワードが必要。
inline void turn_left() // NQCと違って inline というキーワードも必要
{
....
}
** 音 [#id5ea688]
NQCと同じ PlayTone の他、PlayToneEx(周波数, 時間, ボリューム, ループするか?) も使える。
PlayTone(440, 500, 3, False); // 440Hzの音を0.5秒間鳴らす(ボリュームは3)
その他、PlayFileEx(ファイル名, ボリューム, ループするか?) でサウンドファイルも演奏できる。
** ディスプレイへの表示 [#c5642098]
TextOut(0,LCD_LINE3,"Hello World!"); // 1行目の左端(x座標が0)から "Hello World!" という文字列を表示する
座標は左下の隅が(0,0)。y軸については8の倍数でなくてはならないが、LCD_LINE1(=56)からLCD_LINE8(=0)までの定数を使ったほうが便利。
NumOut(0,LCD_LINE1,x); // 1行目の左端(x座標が0)からxの値を表示する
小数点以下2桁まで?
** タイマー [#u3c945cb]
long t0, t ;
t0 = CurrentTick(); // 時刻を t0 に代入
...
t = CurrentTick()-t0; // t0 にCurrentTick()の値を代入してからの時間 (1/1000秒単位)
long t = FirstTick(); // プログラムがスターとしてからの時間 (1/1000秒単位)
** NXT同士の通信 [#k205e06d]
チュートリアルの42ページを参考に。
Bluetoothで合計4台(master1台,slave3台)のNXTが接続可能。masterはline 0, slaveはline 1〜3に割り当てられる(以下の conn)。queueのところにはメールボックスの番号(0〜9 または MAILBOX1〜MAILBOX10)が入る。
BluetoothStatus(conn) // 接続をチェックする関数
SendRemoteBool(conn,queue,bval); // slaveにブール値を送る (master側)
SendRemoteNumber(conn,queue,val); // slaveに数値を送る (master側)
SendRemoteString(conn,queue,string); // slaveに文字列を送る (master側)
SendResponseBool(queue,bval); // メールボックスにブール値を書き込む (slave側)
SendResponseNumber(queue,val); // メールボックスに数値を書き込む (slave側)
SendResponseString(queue,str); // メールボックスに文字列を書き込む (slave側)
ReceiveRemoteBool(queue,clear,bval); // slaveのメールボックスからブール値を読み込む (master側)
ReceiveRemoteNumber(queue,clear,val); // slaveのメールボックスから数値を読み込む (master側)
ReceiveRemoteString(queue,clear,str); // slaveのメールボックスから文字列を読み込む (master側)
RemoteStartProgram(conn,filename); // slaveのプログラムを起動
RemoteStopProgram(conn,filename); // slaveのプログラムを停止
RemotePlayTone(conn,freq,duration); // slaveのサウンドを鳴らす
RemoteRestMotorPosition(conn,port,clear); // slaveのモータをリセット
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