ロボットを遠隔操作する

前回まででロボットを前後左右に動かす python の命令ができたと思います。 今回はキーボード、スマホを使って動かすようにしてみましょう。

キーボードを使って操作する

python では，ユーザー入力に input を使うことが多いですが，この関数では文字を打った後必ずリターンキーを押す必要があります．ゲーム等で操作する時には，キーを押されたらキャラクターがすぐに動きますが，そのような操作を可能にするために，kbhit を使います．通常 Terminal でキーボードの入力を制御したい場合には termio という制御ライブラリを使いますが，今回は，その制御を簡単に使えるようにしたライブラリkbhit.pyを使います．

まずは

python kbhit.py

で kbhit の使い方を確認してください．（このプログラムの動作の確認は mac でもラズパイでもどちらで行っても構いません） キーボードを打つと，そのキーボードに対応した文字と，その文字に対応した番号が表示されます．ESCキーを押すと終了します．

kbhit を外部から使うには import kbhit とします。以下は kbhit のサンプルプログラムです。

import kbhit


kb = kbhit.KBHIT()

while True:
    if kb.kbhit():
        c = kb.getch()
        if c == 'a':
            print("a is pushed!")
        if ord(c) == 27:
            break

print("owari")

例えば，上記のプログラムを "kb_test.py" とすると，kbhit.py のあるディレクトリで

python kb_test.py

と実行すると、a のキーを押すと、"a is pushed" というメッセージが現れ、esc キーを押すとプログラムが終了します。

__main__ とは？

"kbhit.py" のプログラムの最後を見ると，

if __name__ == "__main__":

なる記述があります．これはどういう意味でしょう？

Pythonの__name__は、モジュールが直接実行されているか、他のモジュールからインポートされているかを識別するために使用される特別な変数です。

具体的には、__name__には2つの可能な値があります。

1. モジュールが直接実行されている場合：

スクリプトが直接実行されると、name__の値は"__main"になります。

if __name__ == "__main__":
    print("このスクリプトは直接実行されています")

2. モジュールが他のモジュールからインポートされた場合：

他のモジュールがインポートされると、そのモジュールの__name__は、モジュールのファイル名（拡張子を除いた部分）になります。

# モジュールが script.py という名前の場合
import script
print(script.__name__)  # "script" と表示される

この仕組みにより、Pythonのコードを再利用可能にし、直接実行する場合と他のプログラムからインポートして使用する場合で、異なる動作をさせることができます。(以上，ChatGPTの説明）

通常ライブラリの使い方のサンプルが if __name__ == "__main__": を使って書かれていることが多いです．

課題２

前回作成した Wheel クラスと kbhit を使い，

  • 's' が押されたら止まる
  • 'f' が押されたら前進
  • 'b' が押されたら後退
  • 'r' が押されたらその場で右回転
  • 'l' が押されたらその場で左回転

となるプログラムを作成してください。

動作が確認できたら、遠隔操作ができるようにラズパイはロボットの上に乗せ、モバイルバッテリーを電源にして動作させます。（ディスプレイも外します）

そして、ssh を使って macbook からラズパイに接続し、プログラムを実行して、キーボードで動作ができることを確認してみてください。

Flask

次に、スマホからロボットを操作できるようにしてみましょう。そのために python の Webアプリケーションフレームワークである Flask を使います。

まずは Flask を pip でインストールします．

pip install flask

そして，最初のプログラムとして，以下のプログラム hello.py を作成してください．

from flask import Flask

app = Flask(__name__)

@app.route("/test")
def hello_world():
    return "<p>Hello world!</p>"

if __name__ == "__main__":
    app.run(host="127.0.0.1", port=5001, debug=True)

実行は，このプログラムのあるディレクトリで

python hello.py

とします．すると，

$ python hello.py 
 * Serving Flask app "hello" (lazy loading)
 * Environment: production
   WARNING: Do not use the development server in a production environment.
   Use a production WSGI server instead.
 * Debug mode: on
 * Running on http://127.0.0.1:5001/ (Press CTRL+C to quit)
 * Restarting with stat
 * Debugger is active!
 * Debugger PIN: 220-515-480

のようにメッセージが出ます。 http://127.0.0.1:5001/test に動作させているコンピュータのブラウザ（Macの場合はMacのブラウザ、ラズパイの場合はラズパイのブラウザ）でアクセスすると，Hello world! と書かれたページが確認できると思います．(Ctl-c でプログラムは終了します）

このように，関数で web ページにアクセスされた時の振る舞いを記述していくのが flask のプログラミングとなります．

課題

上の hello.py を改変して http://127.0.0.1:5001/bye にアクセスしたら，さようなら と出るプログラムを書いてください．

Flask でリモコンを作る

次に flask でボタンを作ってみます． 以下のサンプルプログラムをダウンロードしてください．

まず，webapp.py を実行します．

python webapp.py

このプログラムでは，ボタンが押されると Car クラスの go 関数が実行されます．

よくみると，このボタンを押すたびに画面が遷移していることがわかります． 画面遷移がおこると，それだけ時間がかかりますので，画面遷移をしないように ajax を使います．

ajax とは「JavaScriptとXMLを使って非同期にサーバとの間の通信を行うこと。」です．google map などは画面遷移をせずに，ユーザーからの操作に応じて新しいデータを読み込み，画面を更新していますが，その仕組みに使われています．

これを使ったプログラムが webapp2.py に実行されていますので，これを実行してください．

python webapp2.py

スマホからの接続

"127.0.0.1" の IPアドレスは自分自身のコンピュータを指す特別なIPアドレスです．flask 内の

app.run(host="127.0.0.1", port=5001, debug=True)

を

app.run(host="0.0.0.0", port=5001, debug=True)

とすることで、作成した flask プログラムは同じ LAN 内であれば他のコンピュータからも接続可能となります．

まず、TC306 の無線環境である tc-room に接続してください。 次に、ラズパイのアドレスを確認してみてください．

ifconfig

さまざまに表示される情報のうち，wlan0 に相当するのが，無線LANになります．

ifconfig -l | xargs -n1 ipconfig getifaddr

のコマンドではIPアドレスだけを取り出すことができます．

ここで得られたアドレスを 172.19.193.xxx とすると，スマホのブラウザで

http://172.19.193.xxx:5001/

のURLを開けることで，flask に接続することができます．

課題

  1. 別のコンピュータ，あるいはスマホからflask プログラムに接続できることを確認してください．
  2. "car.py", "webapp2.py" を編集して，ブラウザからロボットが前進，後退，左右回転，停止ができるようにしてください．
  3. スマホからリモコンで操作できるようにしてください．
  4. ボタンを十字に配置して、リモコンっぽくなるようにインタフェースを工夫してみてください。
    • ChatGPT などを使うと簡単にコードを生成してくれます。