Go Conference 2015 summerでの発表内容です。 gRPC(Protocol Buffers)とGoとAVRを使ったロボットの制御を行っています。

1. Goと電子工作とロボット
たけいひでゆき
@HideyukiTakei
Jun. 21, 2015 / Go Conference

2. 自己紹介
• H/W: 回路設計、マイコン、外装設計、中国
• SW: フロントエンドJS、Android、AWS
• かわいいロボットが好き

3. 自己紹介

4. アジェンダ
• いま趣味で作っているロボットのご紹介
• Goでメジャーな電子工作のツールGobot
• Arduino と Firmata
• 意外と面倒なシリアル通信でのデータやりとり
• RPCの必要性とgRPC
• 動くデモ！
• コードの説明

5. 趣味のロボットづくり
• 盆栽ロボットを作りたい
• 亀+植物
• かわいく動かしたい
• ゆくゆくは野に放ちたい
• 野良ロボット

6. ServoMotor
RS304MD
Front-Right
ServoMotor
RS304MD
Front-Left
ServoMotor
RS304MD
Back-Right
ServoMotor
RS304MD
Back-Left
ServoMotor
RS304MD
Yaw
ServoMotor
RS304MD
Tail
USART
Eye LED * 2Solar
Cell
I2C
AVR
ATXMEGA32D4
PWM
Pressure Sensor
Temperature &
Humidity Sensor
9 Axis Sensors
(3Acc, 3Gyro,
GPS LS20031 3.0-4.2V
Energy
Harvesting
構成
USART

7. だいたい試作はできた

8. • eagle: プリント基板設計ソフトウェア
• elecrow, fusion pcb: プリント基板製造サービス
• Inventor: 3DCAD
• Shapeways: 3Dプリントサービス
• AVR & GCC: 8bitマイコン(C言語で開発)
試作でよく使うもの

9. • ロボットを外部からコントロールしたい
• せっかくなのでGoを使おう
なにで制御しよう

10. Goで電子回路の定番？

11. いろいろ対応

12. Gobot & RaspberryPi
Goのコード
with Gobot
Raspbian
GPIO, I2C
• RaspberryPi上でGoのコードが動く
• 直接GPIOやI2Cを叩くことができる！

13. Gobot & Arduino
Goのコード
with Gobot Firmata
USB-Serial
• PCからArduinoを操作する
• Arduino上にプログラムを転送しない

14. ArudinoとFirmata
都度ファームウェアを
USB経由で書き込む
• Arduinoの場合
• 書き込んだ後はケーブル外してOK
• 電源断してもファームウェアは保存されてる

15. ArudinoとFirmata
外部から制御するため
のファームウェアを
あらかじめ書き込む
• Firmataの場合
• 主体はPC
• PCがないと動かない
• プログラムはArduinoに保存されない

16. FirmataのGood/Bad
• Good
• 通信とかコマンドとかメッセージとか
意識する必要がない
• 様々な言語から叩ける
• Bad
• 基本的にはプリミティブな命令しかない
ので、リアルタイム性が高いものには
不向き
• 単独では動かない

17. カスタムプロトコルの道
• UART？BLE？Bluetooth？
• だいたいはUARTでOKか
• マイコン側／PC側のプログラムも必要
• UARTが1つ埋まる
• printfデバッグがしにくくなる
• プロトコル決めないと
• めんどくさい

18. そこでRPC
• マイコン側の関数をコールする
• 複雑な操作を1つの関数にまとめる
• 16x16のLEDマトリックスに「あ」と描く
• コマンドサーボ複数個の同時位置指定
• 通信経路はUART
• BluetoothのSPPやUSB-Serialが使える
• なにか良いRPCないか…

19. ロボット PC
そこで！gRPC！
• シリアライズは Protocol Buffers
• IDLでメッセージやRPCの構造を定義
• protocでソースコードも生成される
• 正確にはgRPC-USBSerialゲートウェイ
• よし、このゲートウェイをGoで書こう！
• データ形式はAVRまでProtocol Bufferで！
AVR
(マイコン)
gRPCサーバ(Go)
Serial
gRPC
クライアント
USB

20. 歩行デモ
5(Go)個のサーボモータを
制御しながら
5(Go)歩 あるきます

22. 歩行のデモ
盆栽を3月頃に調達しました
が
5月に枯れてしまいました…
元気だった頃の盆栽

23. ロボット
Protocol BuffersをAVRで
• nanopb
• http://koti.kapsi.fi/jpa/nanopb/
• 組み込み向けProtocolBufferのC実装
• 最低限の機能のみ実装
• 2-10 kB ROM, <1 kB RAMがターゲット
• 今回のマイコンは32kB ROM、4kB RAM
AVR
(マイコン)
gRPCサーバ(Go)
Serial
gRPC
クライアント
USB moveServos
moveServos
PC

24. robot.proto(IDL)
syntax = "proto3";
package robot;
service Soth {
rpc moveServos (MoveServosRequest) returns (MoveServosResponse) {}
}
message MoveServosRequest {
int32 servo_front_right_position = 1;
int32 servo_front_left_position = 2;
int32 servo_back_right_position = 3;
int32 servo_back_left_position = 4;
int32 servo_yaw_position = 5;
}
message MoveServosResponse {
}

25. ロボット PC
IDLのコンパイル
$ protoc --go_out=. robot.proto
$ prptpc --nanopb_out=. robot.proto
これで、goとcのコードが出てくる
AVR
(マイコン)
gRPCサーバ(Go)
Serial
gRPC
クライアント
USB
robot.pb.go
moveServos
moveServos
robot.pb.h
robot.pb.c

26. gRPCサーバ
type server struct{
s *serial.Port
m sync.Mutex
}
func (srv *server) MoveServos(ctx context.Context, in *pb.MoveServosRequest)
(*pb.MoveServosResponse, error) {
srv.m.Lock()
defer srv.m.Unlock()
writeRobotSerial(srv.s, in)
return &pb.MoveServosResponse{}, nil
}
シリアル通信ライブラリは github.com/tarm/serial

27. gRPCサーバ
func main() {
c := &serial.Config{
Name: /dev/tty.usbserial-DJ004Q2V , Baud: 115200}
serial, err := serial.OpenPort(c)
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
lis, err := net.Listen("tcp", port)
if err != nil {
log.Fatalf("failed to listen: %v", err)
}
s := grpc.NewServer()
pb.RegisterSothServer(s, &server{s: serial})
s.Serve(lis)
}
シリアル通信用初期化
gRPCサーバ起動

28. gRPCクライアント
c := pb.NewSothClient(conn)
r, err := c.MoveServos(context.Background(),
&pb.MoveServosRequest{
ServoFrontRightPosition: 700,
ServoFrontLeftPosition: 900,
ServoBackRightPosition: 900,
ServoBackLeftPosition: 700,
ServoYawPosition: 900
})

29. Goで楽しいロボットを
創りましょう！

30. codelunch.fmというポッドキャストにも
出演しました。聴いてみてください！
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Android、Ruby/Node.jsが
得意なエンジニア大募集！
(もちろんGoも)