Rocky Rover: PixyCamとArduino 101でロボットビジョンシステムを構築

必要な部品と材料

使用ツール・サービス

• Arduino IDE
• Blynk（スマホ操作用）

プロジェクト概要

Intel Arduino 101ベースのPixyCam搭載ローバー

Hackster LiveイベントでIntelがスポンサーとなり、Arduino 101が提供されました。Johnathan Hottell氏のチュートリアルに従ってBLEローバーを構築し、さらにPixyCamを追加してビジョン機能を拡張しました。バッテリーホルダーを前方に移動し、パン/チルトカメラを搭載できるようにしています。

PixyCamについて

PixyCamはDIYロボティクス向けの高速ビジョンセンサーです。ボタンを押すだけでオブジェクトを学習でき、数百個のオブジェクトを同時に追跡し、追跡対象のデータのみを出力します。
今回はオレンジ色のカボチャを追跡対象としました。
セットアップとパンチルト機構の組み立て手順はこちら（画像豊富で分かりやすい）。

PixyCam Arduino API

Arduinoでの使用はシンプルです。SPIとPixyヘッダーをインクルードし、グローバルインスタンスを作成します。

#include <SPI.h>
#include <Pixy.h>
Pixy pixy;

最も重要なメソッドはgetBlocks()で、検出されたオブジェクト数を返します。pixy.blocks[]配列で各オブジェクトの情報（シグネチャ番号、中心座標X/Y、幅、高さ、角度、print()メソッド）にアクセスできます。

ローバー用コード（抜粋）

オリジナルのBLEコードをベースに、オブジェクト追跡機能を追加しました。

void setup() {
  .....
  pixy.init();
  .... 
}

void loop() {
  ......
  static int i = 0;
  int j;
  uint16_t blocks;
  char buf[32];
  int32_t panError, tiltError;
  
  blocks = pixy.getBlocks();
  if (blocks) {
    panError = X_CENTER - pixy.blocks[0].x;
    tiltError = pixy.blocks[0].y - Y_CENTER;
    panLoop.updatePan(panError);
    tiltLoop.update(tiltError);
    pixy.setServos(panLoop.m_pos, tiltLoop.m_pos);
    
    i++;
    if (i % 10 == 0) {
      int trackedBlock = 0;
      sprintf(buf, "Detected %d:\n", blocks);
      Serial.print(buf);
      long maxSize = 0;
      for (j = 0; j < blocks; j++) {
        sprintf(buf, " block %d: ", j);
        Serial.print(buf);
        pixy.blocks[j].print();
        long newSize = pixy.blocks[j].height * pixy.blocks[j].width;
        if (newSize > maxSize) {
          trackedBlock = j;
          maxSize = newSize;
        }
      }
      // モーター制御ロジック（面積ベースで前進/後退/停止）
      int32_t followError = RCS_CENTER_POS - panLoop.m_pos;
      size += pixy.blocks[trackedBlock].width * pixy.blocks[trackedBlock].height;
      size -= size >> 3;
      int forwardSpeed = constrain(400 - (size/256), -100, 400);
      int32_t differential = (followError + (followError * forwardSpeed)) >> 8;
      int leftSpeed = constrain(forwardSpeed + differential, -400, 400);
      int rightSpeed = constrain(forwardSpeed - differential, -400, 400);
      motor1->setSpeed(leftSpeed);
      motor3->setSpeed(leftSpeed);
      motor2->setSpeed(rightSpeed);
      motor4->setSpeed(rightSpeed);
      
      double width = pixy.blocks[trackedBlock].width;
      if (width <= 5) { }
      else if (width < 20 && !running) {
        Serial.println("running");
        motor1->run(FORWARD); motor3->run(FORWARD);
        motor2->run(FORWARD); motor4->run(FORWARD);
        running = true;
      }
      else if (width > 80 && !running) {
        Serial.println("running");
        motor1->run(BACKWARD); motor3->run(BACKWARD);
        motor2->run(BACKWARD); motor4->run(BACKWARD);
        running = true;
      }
      else if (width >= 20 && width <= 80 && running) {
        motor1->setSpeed(128); motor2->setSpeed(128);
        motor3->setSpeed(128); motor4->setSpeed(128);
        motor2->run(RELEASE); motor4->run(RELEASE);
        motor1->run(RELEASE); motor3->run(RELEASE);
        running = false;
      }
    }
  }
}

Blynkで手動操作する場合は、PixyCamにレンズキャップを付けて干渉を防いでください。