khr3_gr001_with_matlab.md

KHR3-HV & GR001 with MATLAB



1.今回の目標

Matlab(2014a)から直接ロボットを制御する.

但し(まずは）

  1. Matlab本体から(Simlinkにはつながない)
  2. 有線接続
  3. 全関節の角度制御のみ

想定するOS

  • Ubuntu Linux (14.04)
  • Windows 8
  • (OSX)

2.方針

以前製作したライブラリrsxを拡張します.



3.拡張例 (C++ と Python)





既にC++とPython向けの拡張行っているので,これと同様に拡張します.
C言語で記述されたdpservoを利用する上位レイヤを用意することで実現します.

4.C言語とMatlabの連携

MatlabからC言語で実装されたライブラリを利用する手段には大きく2通り存在します.

  1. 共有ライブラリをロード＆実行する汎用関数を利用する ( *1)
  2. MATLABが読み込める形式の共有ライブラリ(MEXファイル)を作成する ( *2)

1.の方法は特に追加の作業なしにC言語と連携出来ますが、手順が煩雑です。
今回はより利用手順が簡単な2.の方法をとります.

*1 : http://jp.mathworks.com/help/matlab/using-c-shared-library-functions-in-matlab-.html

*2 : http://jp.mathworks.com/help/matlab/ref/mex.html

5.librsxのMEX拡張





こんな感じになります.




MEXファイル1つに付き1関数しか実装出来ないためAPIの数だけMEXファイルを作成します.
また複数のMEXファイルが共通のハードウェアリソース（シリアルデバイス）を使用します.
このままだとAPIを実行する度にそれらの初期化等を行わなければなりません、
これを回避するためにdpsproxyという層を設けています.

6.C言語におけるMATLAB連携(1/2)

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/* 
 * MATLAB連携のためのヘッダファイルを読み込みます.
 */
#include "mex.h"
#include "matrix.h"

void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) {

 /* 
 * 引数の数と型をチェック
 * 期待値と一致しない場合にはエラーとする.
 */
 if (nrhs < 1 || !mxIsChar(prhs[0])) {
 mexErrMsgIdAndTxt(
 "dps_proxy:EINVAL",
 "dps_assign ics|rsx(string)");
 return;
 }

 /* 次ページに続く */

6.C言語におけるMATLAB連携(2/2)

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void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) {

 /* 前ページから */

 /*
 * 引数の解釈
 */
 int num = mxGetNumberOfElements(prhs[0]);
 char name[num + 1];
 if (mxGetString(prhs[0], name, num + 1) != 0) {
 mexErrMsgIdAndTxt("dps_proxy:ERR","");
 }

 /*
 * proxy関数の呼び出し
 */
 errno_t eno = dps_proxy_assign(name);

 /*
 * エラーチェック
 */
 if (eno != EOK) {
 mexPrintf("The input string is: %s\n", name);
 mexErrMsgIdAndTxt("dps_proxy:ERR","");
 }

 return;
}

7.ビルド手順 Linux

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// required package
// -- MATLAB (MEXコンパイラのため)
> git clone https://github.com/takarakasai/rsx.git
> cd rsx
> mkdir build
> cd build
> cmake ..
> ccmake ..
 CMAKE_INSTALL_PREFIX: 任意のインストールディレクトリ
 ENABLE_MATLAB_API : ON
 HR_SERIAL_AUTO_READ_ECHO_DATA : ON (ローカルエコー有の場合)
 HR_SERIAL_AUTO_READ_ECHO_DATA : OFF (ローカルエコー無の場合)
> make
> make install

7.ビルド手順 Windows

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// required package
// -- MATLAB (MEXコンパイラのため)
// -- mingw-w64 : http://mingw-w64.org/
// -- gnumex : http://gnumex.sourceforge.net/
// -- git(2.7.1) : https://git-for-windows.github.io/
// -- cmake(3.4.1) : https://cmake.org/download/
> git clone https://github.com/takarakasai/rsx.git
> cd rsx
> . setup_mingw.sh <<<< Windows ではこれが必要です
> mkdir build
> cd build
> cmake ..
> ccmake ..
 CMAKE_INSTALL_PREFIX: 任意のインストールディレクトリ
 ENABLE_MATLAB_API : ON
 HR_SERIAL_AUTO_READ_ECHO_DATA : ON (ローカルエコー有の場合)
 HR_SERIAL_AUTO_READ_ECHO_DATA : OFF (ローカルエコー無の場合)
> make
> make install

※ 必要に応じてPATHを通してください.
※ WindowsもしくはMATLABが32bitの場合にはMinGWも32bit環境を用意する必要があります
(http://www.mingw.org/).
私は試したことありませんがおそらく以下のpkgがMinGW上で必要となるはずです.
mingw-base mingw-gcc mingw32-gmp(dev) msys-ligbmp(dev)

7.起動手順 Linux/Windows

Linux の場合

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> cd ${インストールディレクトリ}
> LD_LIBRARY_PATH=${LD_LIBRARY_PATH}:../lib matlab

Windows の場合

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MATLAB起動後にインストールディレクトリ以下のlib/mexを
MATLABのPATHに追加してください
(これであっているはず...)

7.1 実行手順 KHR3-HV (1関節だけ)

実行手順はポート名を除きLinux/Windowsで共通です.

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% サーボ通信プロトコルを指定
>> dps_assign('ics')
% サーボIDを登録
>> dps_add_servo(uint8(1)) 
id:1
% UARTポートオープン(通信速度 115200[bps])
% Linux例 : /dev/ttyUSB0
>> dps_open('ttyUSB','0',int32(115200)) 
dev:ttyUSB port:0 baudrate:115200
file open : /dev/ttyUSB0
% Windows例 : COM0
>> dps_open('COM','0',int32(115200)) 
dev:COM port:0 baudrate:115200
file open : COM0
% Servo ON
>> dps_set_state(uint8(1), 'on')
id:01 state:on
% 30度に指定
>> dps_set_goal(uint8(1), 30.0)

7.2 実行手順 KHR3-HV (複数関節)

実行手順はポート名を除きLinux/Windowsで共通です.

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% 前ページの続き
% ID:6～10のサーボを登録
>> dps_set_servo(uint8([6, 7, 8, 9, 10]))
5 : 06 07 08 09 10
% ID:1,6～10のサーボをON
>> dps_set_states('on')
% ID:1,6～10のサーボを駆動
>> dps_set_goals([20.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0])
id:all : 20.000000 -30.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

7.3 実行手順 KHR3-HV (offset設定)

実行手順はポート名を除きLinux/Windowsで共通です.

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% 前ページの続き
>> dps_set_offset(uint8(1), 10.0)
id:01 oangle:10.0
>> dps_set_offsets([10.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0])
6 : 10.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

※ 極性の設定は今後対応予定です (mex対応するの忘れてた…).

7.1実行手順 GR001

実行手順はポート名を除きLinux/Windowsで共通です.

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% サーボ通信プロトコルを指定
>> dps_assign('rsx')
% 以下はKHR3-HVの場合と同じです

8.1 まとめ

  1. MATLABでGR001とKHR3-HVを動作させる為のMEXファイルを作成しました
  2. WindowsとLinuxで動作することを確認しました(OSXでも多分動く)