Prise en main de Lego NXT

Dans ce TD nous allons apprendre à contrôler les kits de robotique Lego NXT par du code écrit en python.

Préparation de l’espace de travail

Après moultes heures passées à essayer toutes sortes de configurations, nous avons pu en trouver uniquement deux qui permettent de se connecter (autrement que par l’IDE fourni par Lego) aux contrôleurs NXT. Les deux solutions sont basées sur Linux.

Démarrer un cartable numérique ou un ordinateur personnel sur un système Linux installé sur une clef usb. Cette configuration est la seule qui permette de se connecter aux robots via bluetooth.

Pour cela, insérez la clef usb qui vous aura été fournie. Allumez l’ordinateur et entrez dans le menu de boot. Choisissez la clef usb pour périphérique de démarrage.

Pour accéder au menu de boot sur les cartables numériques, gardez appuyée la touche ECHAP immédiatement après avoir allumé l’ordinateur. Choisissez ensuite l’option F9, et sélectionnez la clef usb.

Pour accéder au menu de boot sur un autre ordinateur de marque HP, les mêmes touches vont probablement marcher. Pour les autres marques, essayez les touches ECHAP, F2, F10 ou F12…

Note : si vous le souhaitez, vous pouvez créer votre propre clef usb démarrable. Il vous faudra une clef vide d’au moins 2GB. Vous pouvez télécharger le système http://proust.prism.uvsq.fr/~dfl/in202-live.iso (1.2Go)

Note : certaines machines récentes semblent interdire tout démarrage dans un système autre que le système vendu à l’origine. Pour ces machines, la seule solution possible sera la deuxième, à moins de n’être prêts à configurer votre matériel, et potentiellement invalider la garantie.
Démarrer un système Linux dans une machine virtuelle Virtualbox, avec les extensions USB activées. Par exemple celle-ci : http://proust.prism.uvsq.fr/~dfl/ipython-appliance.zip (500Mo). Cette configuration ne permettra de se connecter aux robots qu’en usb.

Si cette VM refuse de démarrer, vérifiez que les options de virtualisation sont activées dans votre BIOS. Pour accéder au BIOS, procédez comme au point précédent.

Une fois la machine démarrée, dirigez votre browser à l’adresse http://localhost:8888, et utilisez le notebook IPython pour contrôler le robot.

Connexion au brick

Pour contrôler le robot, connectez-le par câble USB à votre ordinateur. Appuyez ensuite sur le bouton orange pour allumer le robot.

Dans un notebook IPython, tapez la commande suivante.

import nxt
b = nxt.find_one_brick()

L’objet b représente l’état de votre robot, et vous permet de le contrôler. Pour afficher les informations sur le robot, tapez

b.get_device_info()

Notamment

print b.get_device_info()[0]

affichera le nom du robot (initialisé à NXT-x, où x est le numéro inscrit sur le brick).

Note : Si votre ordinateur est muni de bluetooth, et que vous n’utilisez pas une machine virtuelle, il vous est aussi possible de vous connecter au robot via radio. Veuillez lire l’annexe sur la connexion bluetooth

Contrôler les moteurs

Faites tourner le robot à droite en faisant tourner uniquement la roue gauche.
Faites tourner le robot à gauche, et émettre un son dès qu’il arrive à l’arrêt.
Faites un tour sur place, en faisant avancer d’abord la roue droite, puis en faisant reculer la roue gauche de la même distance.
En utilisez la méthode .weak_turn(), faites tourner le robot à gauche, en même temps qu’il émet un son.
Faites tourner le robot sur place, en faisant avancer la roue gauche et reculer la roue droite en même temps sur une même distance.

Moteurs syncrhonisés

Dans toute cette section, vous allez vous servir de l’objet SynchronizedMotors pour contrôler deux moteurs en même temps.

Faites avancer le robot en synchronisant les moteurs.
Faites avancer le robot sur 2 mètres (rappel : le diamètre des roues est de 43.2mm).
Faites reculer le robot sur 2 mètres.
Faites avancer le robot pendant 3 secondes.
Faites reculer le robot pendant 3 secondes, puis émettre un son.
Faites tourner le robot sur place, en même temps qu’il émet un son, pendant 3 secondes.
Mesurez la distance entre les deux roues. Faites tourner le robot sur place d’exactement un tour.
Écrivez une fonction qui prend en entrée un angle (entre 0 et 360), et qui fait tourner le robot exactement de cet angle.
Faites avancer d’un mètre, puis reculer d’un mètre le robot 10 fois.
Faites avancer d’un mètre, puis reculer d’un mètre le robot à l’infini. Pour arrêter le robot, appuyez sur le bouton stop du notebook.

Contrôler les capteurs

Lisez l’état de chacun des 4 capteurs. Testez-les dans différentes conditions.
Faites avancer (doucement) le robot jusqu’à ce que son capteur de contact rencontre un obstacle.
Faites avancer le robot jusqu’à ce qu’il rencontre un obstacle. Lorsque cela arrive, faites-le changer de direction d’un angle au hasard compris entre +90° et -90°, et recommencez.

Le pet robot

Faites avancer votre robot jusqu’à ce qu’il se trouve à moins de 10cm d’un obstacle.
Modifiez votre programme pour que, dès que l’obstacle est ôte, le robot reprenne à avancer.
Modifiez votre programme pour que le robot n’avance que s’il a un obstacle devant lui à une distance comprise entre 50cm et 10cm.
Modifiez votre programme pour que le robot cherche autour de lui un obstacle à moins de 50cm, se retourne dans sa direction, et avance jusqu’à 10cm de distance.

Faites-vous suivre par votre robot.

Le suiveur (gauche)

Écrivez un programme qui permet à votre robot de suivre une ligne noire, similaire à celle ci :

votre robot va démarrer sur le bord gauche de la ligne, il va avancer, et il va essayer d’ajuster régulièrement son tir pour se laisser le noir sur la gauche et le blanc sur la droite.

Lorsque il ne détecte plus de couleur noire pendant un temps limite, il s’arrête.

Connexion en bluetooth

Si votre ordinateur est muni de bluetooth, et que vous n’utilisez pas une machine virtuelle, il vous est possible de vous connecter au robot via radio, éliminant ainsi la contrainte du cable usb.

Le bluetooth est un patchwork de protocoles capricieux, horriblement mal conçu par un organisme de standardisation schizophrène, et incroyablement mal supporté sous Linux. Ceci n’empêche pas de réussir à faire marcher, bien ou mal, dans un bon nombre de circonstances.

Si vous avez démarré sur la clef usb fournie pour le TD, la solution qui semble être la plus stable pour une connexion via bluetooth semble revenir à taper cette commande dans le notebook :

!timeout 20 bt-adapter -d

avant de procéder comme d’habitude :

b = nxt.find_one_brick(name='NXT-1')

Remplacez NXT-1 par le nom de votre brick. Après quelques secondes, la brick vous signalera une demande de couplage, et vous demandera de rentrer un code d’identification, pré-saisi à 1234. Ne changez pas le code, et appuyez sur la touche orange. À ce moment là, un popup s’affichera sur votre ordinateur, vous demandant de saisir le même code. Rentrez 1234 et validez. Vous êtes maintenant connecté via bluetooth.

Si vous n’arrivez pas à utiliser le bluetooth sur votre ordinateur, il est toujours possible d’ouvrir un notebook à distance sur un ordinateur correctement configuré. Demandez au professeur de mettre en place pour vous une telle infrastructure lorsque cela sera nécessaire.