用键盘与摇杆控制Jetbot智能小车行动

 

　　如果已经将 Jetbot 智能小车组装好的话，现在就可以开始执行 Jetbot 智能小车实验，接下来的操作都在以下环境中执行：

　　1. 无线的方式连接 Jetbot 与 PC：

　　关于这部分的设置，请参考“NVIDIA Jetson Nano 2GB 系列文章(42)：无线WIFI的安装与调试”文章，有详细的说明。

　　我们采用如下图的“Jetbot 热点”方式连接，就是将 Jetbot 无线网卡设置为“热点”模式，将 PC 的 WIFI 连上 Jetbot 设置的热点，如此 Jetbot 的 IP 固定为 “10.42.0.1”，操作起来方便。

　　2. 所有实验的界面都在 PC 上的浏览器操作：确定好连线之后，在 PC 的浏览器(推荐使用 Google Chrome)输入“https://10.42.0.1:8888” 就可以进入，第一次连上去需要输入 “jetbot” 这个预设的密码，只要第一次选择保存密码，以后进入就不需要再输入密码。

　　3. 关于 Jupyter 的使用技巧请自行在网上学习，这里只对 Jetbot 各个项目的代码进行探索与调试建议。

　　4. 所有实验都需要为 Jetbot 提供足够的运动空间：最好直接在空旷而且平坦的地面上运行，避免在桌子之类与地面有高度落差的地方，以及凹凸不平、阻力较大(例如地毯)、泥沙淤积的地面上，以免对 Jetbot 造成伤害。

　　5. 最后提醒一点，Jetbot 的重点是在于“学习”而非“竞技”，因此避免将电机马达转速调到太快，如果感觉车速太快时，请自行将实验代码里的速度调低。

　　现在就开始两个基础的 Jetbot “手动”运行实验，这两个实验最重要的目的是让大家熟悉代码的运作。第一个实验是以键盘的“上下左右”去控制 Jetbot 的行进，第二个实验是使用游戏用的摇杆设备来进行控制，前提是您得采购一个最简单的摇杆设备，我们测试了几种包括有线以及无线的摇杆设备，都能正确使用。

　　现在就开始 Jetbot 的基础项目，请自行登陆 Jupyter 并进入 jetbot/notebooks 目录下，总共有 5 个实验目录。

　　基本动作(Basci Motion)

　　在 Jupyter 进入 basic_motion 目录，里面有 basic_motion.ipynb 这个实验内容，点选后就能打开，这里的代码主要分为四大段：

　　1. 基本操作：

　　这部分的代码非常直观，并且有很详尽的英文解说，最主要是让大家了解如何导入关于电机控制的模块，并且创建 robot 对象来控制 Jetbot 的行进：

 

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from jetbot import Robotrobot = Robot()

　　我们只要分别对 robot 对象的左右轮设定速度，就能实现让 Jetbot 移动的任务。这里“设定速度”的方法，是以“全速”为基准给定[-1, +1]之间的相对值，但给定“负值”表示“反向”旋转，这是不建议的做法。

　　下面有三种设置左右轮的方法，如下：

　　(1) 用 robot.left (速度)与 robot.right (速度)分别设置左右轮速度：

 

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

 

　　(2) 用 robot.set_motor (左轮速, 右轮速) 同时设置左右轮速度：

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

 

　　(3) 对 robot.left_motor.value 与 robot.right_motor.value 这两个变量进行设置：

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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

 

　　上面的这些数值您可以在要求的范围内自由设置，最好能试着将两个值调成一样，并且让延续时间稍微长一点，例如 3~5 秒，可以先检查一下左右轮的转速是否一致!

　　2. 使用 traitlets 库将 robot 左右轮与小部件进行连接：

　　在“Jetbot 实战系列 04：CSI 摄像头安装与测试”里已经使用过 traitlets 这个非常强大的库，将摄像头捕获的画面与 widgets.image 小部件连接，再透过 display(image) 显示动态的图像。

　　这里也用相同的方法，创建两个“滑块(slider)”小部件与 robot 左右轮的数值进行捆绑，可以单向地在两个滑块上显示轮的速度值，还可以进一步透过两个滑块去控制个别轮的速度。下面是这个用途的执行步骤：

　　(1) 创建两个垂直滑块小部件，再用一个水平框部件将两个滑块放在一起：

 

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import ipywidgets.widgets as widgetsfrom IPython.display import display
# 创建”left”与”right”两个垂直滑块小部件，数值范围在 [-1.0, 1.0] 之间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')
# 创建一个水平框，放置前面生成的两个垂直滑块slider_container = widgets.HBox([left_slider, right_slider])
# 在下面这个滑块容器display(slider_container)

 

　　(2) 单向显示：使用 traitlets.link 函数将左右滑块的值分别与左右轮的值进行连接，这样就能看到两个滑块的值会跟着两个轮的值而改变。

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import traitletsleft_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) 双向控制：使用 traitlets.dlink 函数将左右滑块的值分别与左右轮的值进行连接，这时候可以试试看调整两个滑块的值(上下拖)，就能改变两个轮的转速。

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

 

　　3. 将控制函数附加到事件：

　　使用 traitlets 的另一种方法是将函数(如 forward)附加到事件。每当对象发生更改时，这些函数都会被调用，并且会被传递一些有关该更改的信息，如旧值和新值。让我们创建并显示一些用于控制机器人的按钮。

　　(1)创建并显示 4 个方向按钮与中间的“停止”按钮：

 

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# 创建5个按钮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)# 显示按钮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) 定义 5 个方向的动作指令：

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def stop(change):def step_forward(change):def step_backward(change):def step_left(change):def step_right(change):

 

　　在这里可以看到 robot 对象还提供 stop/forword/backword/left/right 等五个预定义的动作，可以直接使用。这里的 left 与 right 所定义的方式是“原地旋转”的动作，如果要让小车往“左前方”或“右前方”行进的话，则需要自行对左右轮设置不同速度比的方式来处理。

　　(3) 将按钮与动作定义进行捆绑：

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# 捆绑方式：按钮.on_click(动作)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)

 

　　完成这个捆绑的步骤之后，按下按钮才会向 Jetbot 发送控制指令，现在试试看能不能用这个方向键来控制 Jetbot 小车!

　　4. 心跳停止开关：

　　这是个预防 Jetbot 与 PC 直接因为距离过远而失去控制能力状况下，提供的一种安全管理措施，这部分的内容请自行测试即可，没什么难度，这里不做说明。

　　以上就完成这个智能小车的最基本运动功能，大家可以多尝试调整转速、方向、持续时间等参数，感受一下这个基本运动的处理方式。

　　摇杆操作(Teleoperation)

　　项目代码在 notebooks/teleoperation 目录的 teleoperation.ipynb，在 Jupyter 里打开这个文件就能执行。这是在 PC 控制机上，用游戏摇杆(gamepad)来控制 Jetbot 小车的左右轮，基本逻辑与上面的“滑块控制轮速”的原理是一致的，只不过将设备从鼠标变成摇杆而已。

　　我们将手边的四种游戏摇杆(如下图)都做过测试，不过有线无线、单价高低的都能使用，如果手上没有这类摇杆的，可以简单选个 30 元左右的也可以执行这些测试，并且以后做些这类相关的应用。

 

　　将摇杆接上 PC 之后，如果是 Linux 操作系统请执行以下指令，检查是否已经安装：

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ls /dev/input/js*

 

　　至于 Windows 或 MacOS 请自行在设备列表中检查。

　　如果确认设备已将连上控制 PC 之后，就可以开始执行 teleoperation.ipynb 这个项目，不过有个对初学者很重要的地方，却放在不起眼的注释里面，在这里我们特别将它提出来，在执行项目之前必须先点进去注释里的“1.Visit http://html5gamepad.com.”，点进这个连接之后，就能确认您手上的这个摇杆是否能够正常工作。

　　最左上角的 “INDEX” 编号就是接下来代码中 “widgets.Controller(index=N)” 的实际编号，当然在前面 “ls /dev/input/js*” 所显示的编号，也能作为这个编号的依据，不过在这个网页上可以动一动游戏摇杆上的两个控制杆与其他按钮，看看在 B0~B16 以及 AXIS0~AXIS3 这些钮上面是不是有对应的回馈?

　　执行第一步骤之后，如果出现以下画面，就表示驱动的加载也都正确。

　　这个实验只要把游戏摇杆设备的部分捋顺了，后面的实验步骤就非常直观，包括将摄像头“拍照”功能与游戏摇杆的某个键进行绑定的部分，在执行步骤都有非常详细说明，大家只要顺着去执行并且阅读说明，就能轻松完成整个任务。

 

　　原文标题：NVIDIA Jetson Nano 2GB 系列文章(48)：用键盘与摇杆控制行动

　　文章出处：【微信公众号：NVIDIA英伟达企业解决方案】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
审核编辑：汤梓红