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Robot téléguidé 1, le Gros Tony

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1ère étape, construction du robot

Pour construire le robot, nous avons d'abord essayé de suivre les instructions du manuel Lego fourni, mais plusieurs problèmes d'érgonomie sont assez vite apparus, comme par exemple la non utilisation d'un moteur et l'espace insuffisant entre les moteurs restants pour intercaler les capteurs de luminosité et de puces RFID. Nous avons donc décidé de développer notre propre châssis plus large que celui de base, pour éviter de trop élever le robot par la suite en ajoutant des composants, afin de conserver un assez bon équilibre.

la construction du robot

Châssis du robot au début

Idée d'amélioration du guidage par wifi

le prototype est bien avancé...

Plutôt que de récupérer les ordres de direction lorsque l'on clique sur la page web du robot, on peut les récupérer via un joystick raccordé à une machine qui enverra les ordres a la foxboard par wifi. Le guidage sera ainsi plus intuitif (et plus rigolo...).

Principe

Un programme client récupère les informations d'une manette de jeu (état des axes, hats et boutons) et les convertit en ordres simples (avancer/tourner à telle vitesse).
Le programme client envoie les ordres via un protocole textuel simple à un programme serveur tournant sur la foxboard.
Le programme serveur envoi des ordres dans la "mailbox" du robot via bluetooth, en lui indiquant quelles actions effectuer (tourner un moteur,bipper...) et combien de temps.

(Programme client en C++ avec la SDL pour la gestion du joystick et programme serveur en C++ standard, partie réseau réalisée avec une petite lib réseau en C++ la libtsocket)

Le gros Tony ne demande plus qu'à être programmé...

Seconde idée d'amélioration

Affin de s'affranchir totalement de l'utilisation nécessaire du wifi pour la direction du robot, il pourrait être intéressant de faire passer la communication entre le robot qui handle le joystick et la foxboard uniquement via bluetooth, à tester...

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Programme

La libtsocket

La libtsocket est une petite bibliothèque réseau orientée objet développée par Thomas Maurice, elle est sous licence GNU/GPL. C'est en fait une surcouche orientée objet des sockets de la STL. Elle a pour but de permettre de développer rapidement des petites applications réseau en ne se préoccupant pas de la partie manipulation des sockets qui est assez lourde à l'usage. La libtsocket inclue aussi la possibilité de se connecter en SSL (sans toutefois pouvoir effectuer de vérifications sur les certificats, versions de protocoles etc...) de manière assez simple. La bibliothèque est codée en C++ standard et est portable sous Linux et Windows (OSX non testé), elle se compose de 3 classes simples :

Server_socket qui définit une socket serveur
Client_socket qui définit une socket client
Connected_socket qui définit une socket connectée (récupérée par) une socket serveur. Elle s'utilise exactement comme une Client_socket (elles héritent toute deux de la classe mère Abstract_socket)

Server_socket

Cette classe définit une socket serveur. Elle se déclare simplement :

Server_socket(int port); // Pour une utilisation simple
Server_socket(int port, int type, bool use_ssl, std::string cfile, std::string kfile); // Pour SSL

On bind la socket au port choisi avec :

int Server_socket::connect_socket(); // qui renvoie 0 si tout est glop, -1 si pas glop

On peut ensuite récupérer les éventuelles connexions entrantes avec :

std::vector<Connected_socket> Server_socket::get_pending();

Le vector étant de longueur nulle si personne ne tente de se connecter.

On peut ensuite asser à la manipulation des sockets récupérées par le biais de la classe Connected_socket.

Connected_socket

Cette classe permet de gérer les connexions entrant sur une Server_socket. Le constructeur n'a pas besoin d'être explicité (on construit la socket en lui passant le file descriptor qui va bien et les éventuels paramètres de contexte SSL) car géré par le Server_socket. Les fonctions intéressantes de cette classe sont les suivantes pour la préparation à la lecture :

bool Connected_socket::can_getline() // Si une ligne a été reçue (pour les protocoles en mode texte
                                     // à la IRC, HTTP, ou juste Telnet.
bool Connected_socket::can_getchar() // Pareil mais avec un char.
bool Connected_socket::can_getchars() // Pareil mais avec plusieurs chars (octets pour les protocole binaires).

Ensuite pour la lecture :

std::string getline(); // Récupère la dernière ligne (en ancienneté) su buffer et l'efface
std::vector<char> getchars(); // Récupère les octets du buffer et les efface
std::string getchars_as_string(); // Récupère les octets du buffer en tant que chaine
char getchar(); // Récupère le plus vieux caractère du buffer et l'efface

Puis pour l'écriture :

int Connected_socket::write(std::string data) // Écrit une chaîne
int Connected_socket::write(char c) // Écrit un octet
int Connected_socket::write_line(std::string data) // Écrit une chaîne plus un retour chariot \n

Enfin quelques accesseurs :

std::string Connected_socket::get_host() // Renvoi l'IP
int Connected_socket::get_port() // Renvoi le port
bool Connected_socket::is_connected() // Renvoi si la socket est connectée, en cas d'erreur
                                      // de lecture ou d'écriture la socket sera considérée comme
                                      // fermée.

Et les classiques opérateurs de comparaison == et != (qui portent sur l'host et le port de la socket) Enfin, on ferme la socket en appelant la méthode :

Connected_socket::close_socket() // tadadaaaaaaaaam

Client_socket

Cette classe représente une socket client. Elle se déclare simplement :

Client_socket::Client_socket(std::string p_host, int p_port, bool use_ssl = false)

On la connecte ainsi :

Client_socket::connect_socket()

Et la ferme ainsi :

Client_socket::close_socket()

Les fonctions de lecture, écriture, accesseurs et mutateurs sont les mêmes que pour la classe Connected_socket()

Le programme mstormjoystick

Codé en C++ en utilisant la SDL et la libtsocket, le programme permet de récupérer les événements du joystick (inclinaison des axes, boutons, appui sur les hats (flèches directionnelles situées en haut a gauche sur une manette type PS2)) et les converti en ordres numériques (en fait une chaîne de nombres qui du type "05 456 -123" par exemple qui contient les informations de mouvement pour le robot). Ces informations sont envoyées via le réseau à un autre programme, le programme joystick-server.

Le programme joystick-server

Codé en C++ également, il utilise la libtsocket. Le programme reçoit les chaines du mstormjoystick via un protocole textuel ("protocole" est un bien grand mot, en fait mstormjoystick se contente de balancer les lignes d'ordres séparées par un retour à la ligne). Le serveur analyse la chaine :

Si l'ordre est entre 0 et 6, alors c'est un ordre avancer/reculer/stop/droite/gauche et il est posté dans la boite 3
Si c'est un ordre 5 on récupère les valeurs des moteurs et on les place dans les boites 5 et 6

Connexion de mstormjoystick à joystick-server

Pour diminuer les risques de détournement du robot par une force extraterrestre, le serveur va demander un mot de passe de connexion au client, via la commande IDENT. Le mot de passe est connu a l'avance et est passé comme paramètre aux deux programmes via l'option --key. L'échange se fait comme il suit (">" est une commande du client et "<" une du serveur.

> IDENT mot_de_passe
< IDENT_OK

Si le mot de passe est bon, le client commence ensuite à envoyer ses commanes. Si le mot de passe est faux, le serveur envoi :

< IDENT_FAIL

Et ferme la connexion.

Problèmes rencontrés

Mécaniques

Pour des raisons mécaniques, il arrive que la trajectoire du robot soit parfois biaisée. Ce défaut peut cependant être corrigé en adaptant un peu la direction du joystick. Nous avons du également amélioré la structure du robot, en la renforçant, pour éviter le flambage. Une amélioration serait possible, en utilisant la boussole du robot, et en gardant le cap pour aller tout droit.

Réseaux

Nous avons eu quelques problèmes mineurs de connexions, notamment par rapport au bluetooth. Rien d'insurmontable, les solutions sont abordées plus haut, dans le man du programme joystick-server.

Programmation

Une des tâches les plus prenantes consiste à programmer le robot en nxc. Les difficultés ont été rencontrées à l'interface entre les senseurs, moteurs et le programme, parfois. Il a notamment fallu tester et afficher les valeurs recueillies par le robot, afin d'adapter les algorithmes. Les documentations disponibles permettent de s'en sortir, et même parfois de faire jouer la marche turque à tony.

Documentation

Page man du programme mstormjoystick

   mstormjoystick(1)          Joystick Mindstorm controller     mstormjoystick(1)
   
   
   
   NAME
          mstormjoystick - Logiciel  de  contrôle du robot Lego Mindstorm via le
          réseau.
   
   
   SYNOPSIS
          mstormjoystick --host host --port port --key key
   
   
   DESCRIPTION
          Ce programme permet de communiquer avec le serveur  joystick-server  et
          de  ce fait de contrôler le robot Lego Mindstorm qui est equipé du pro‐
          gramme guidage.nxc. Ce programme est développé pour la manette  de  jeu
          Logitech  RumblePad  2,  il  est  donc  possible  qu'une  autre manette
          provoque des comportements inattendus si elle est utilisée avec ce pro‐
          gramme.  Pour capter les évènements de la manette, le programme utilise
          la bibliothèque SDL, et  pour  communiquer  à  travers  le  réseau,  il
          utilise  la  libtsocket  une  petite bibliothèque réseau orientée objet
          développée en C++.
  
  
   OPTIONS
          --host host
                 Spécifie l'host de connexion
   
          --port port
                 Spécifie le port de connexion
   
          --key pass
                 Spécifie le pass de connexion
   
   
   UTILISATION
          Le programme se lance après avoir une manette configurée branchée à  la
          machine,  la  manette  sera automatiquement détectée (en théorie) et la
          connexion au serveur se fera automatiquement après la détection  de  la
          manette.  Les contrôles sont simples :
   
   
          Les hats
             Permettent  de  contrôler  le  robot  en  lui indiquant un cap à
             tenir, en fait, si vous appuyez sur le hat haut/bas il suivra la
             direction indiquée. Si en revanche vous appuyez sur les côtés le
             robot tournera bêtement en rond.
    
   
   
          Les axes
             Permettent de diriger le robot en continu et non cap à cap comme
             avec  les  hats. Lors d'un déplacement en avant, il est possible
             de faire tirer le robot plus à droite ou plus à gauche pour cor‐
             riger  un  éventuel  défaut  mécanique  ou une inégalité du sol.
             C'est aussi possible avec l'arrière, on peut ainsi diriger  plus
             finement lerobot.
   
          Les boutons
             Le  bouton  9  est  le bouton d'arrêt du programme, il doit être
             utilisé pour quitter le programme joystick.  Le bouton 10 est le
             bouton  d'arrêt  du programme ET du serveur (hébergé sur la même
             machine ou sur la  foxboard).  Appuyer  sur  ce  bouton  causera
             l'arrêt  des  deux  processus.  Le bouton 5 permet de stopper le
             robot quand il est commandé par les hats,notez qu'une action sur
             le joystick produira le même effet.  Le bouton 2 est un avertis‐
             seur sonor, un genre de klaxon si le robot en a besoin.
   
   
   PROBLEMES CONNUS
          Parfois  les contôles semblent inversés, c'est parce que la manette est
          passée pour une raison X ou Y en mode axes  inversés,  appuyez  sur  le
          bouton mode et tout devrait rentrer dans l'ordre.
   
   
   AUTEURS
          Thomas Maurice <thomas.maurice@polytech-lille.net>
          Jean-Dominique Lancieri <jean-dominique.lancieri@polytech-lille.net>
   
   
   
   Version 1.0               Thomas MAURICE - Mars 2012          mstormjoystick(1)

Page man du programme joystick-server

   joystick-server(1)   Joystick-server Mindstorm controller   joystick-server(1)
   
   
   
   NAME
               joystick-server  -  Intermédiaire entre le robot Lego Mindstorm et
          la manette de jeu qui sert à le contrôler.
   
   
   SYNOPSIS
          joystick-server --port port --key key --target XX:XX:XX:XX:XX:XX
   
   
   DESCRIPTION
          Ce programme permet de faire le lien entre le programme joystick et  le
          robot Lego Mindstorm équipé du programme guidage.nxc. Il transforme les
          commandes reçues par  le  logiciel  joystick  en  ordres  plus  simples
          (chaines  d'entiers) compréhensibles plus simplement par le robot. Pour
          communiquer avec le robot le programme utilise libbluetooth et une sur‐
          couche  fournie par les développeurs du NXC. Pour communiquer à travers
          le réseau, il utilise la libtsocket une petite bibliothèque réseau ori‐
          entée objet développée en C++.
   
   
   OPTIONS
          --port port
                 Spécifie le port d'écoute
   
          --key pass
                 Spécifie le pass de connexion
   
          --target XX:XX:XX:XX:XX:XX
                 Adresse MAC de la brique Lego Mindstorm
   
   
   UTILISATION
          Le  programme se lance sur un ordinateur équipé d'une clef bluetooth ou
          bien de la foxboard qui est montée sur le robot. Le lancement n'est pas
          bien  compliqué,  il  suffit  de fournir les paramètres du programme au
          moment de taper la commande et c'est tout.
   
   
   PROBLEMES CONNUS
          La vitesse de transmission peut être lente si le  programme  est  lancé
          depuis une foxboard, dû à la lenteur de son tout petit processeur. Pour
          obtenir un résultat optimal, sans aucun lag, il faut le  lancer  depuis
          une 'vraie' machine.
   
   
   MESSAGES D'ERREUR
          Endpoint not connected
                 Le  programme  n'a  pas  réussi à s'appairer avec le robot, pour
                 pallier à cela vous devez lancer     'bluetooth-agent  1234'  et
                 répondre  positivement  à  la demande d'apairage qui s'affichera
                 sur la brique.
   
          No route to host
                 Le programme n'a pas pu initialiser le bluetooth.  Soit  la  clé
                 bluetooth  du  serveur  n'est  pas reconnue par le serveur, soit
                 elle n'est pas connectée soit le robot n'est pas dans  les  par‐
                 ages avec son bluetooth activé.
   
   
   AUTEURS
          Thomas Maurice <thomas.maurice@polytech-lille.net>
          Jean-Dominique Lancieri <jean-dominique.lancieri@polytech-lille.net>
   
   
   
   Version 1.0               Thomas MAURICE - Mars 2012        joystick-server(1)

Teleguide2011-1 : Différence entre versions