ラピロに表情をつける(2016年版:Raspberry Pi + 8×8 LED マトリックスで日本語文字列をスクロール表示する)

th_rapiro-led-scroll_8

前回ラピロの動作を復活させることはできたので、次はラピロの表情(文字列表示含む)を復活させます。実質やることは、過去にやった2つの内容の再検証です。

とりあえずハードウェアの接続から見ていきます。

使用するのは以下のI2C接続8×8 LEDマトリックス2個です。

これをラピロの頭の中のRaspberry Piと接続しつつ、ちゃんと目の位置に固定してやる必要があります。

th_rapiro_led_12

以前に3Dプリンタで作った固定具を使って固定した時は、微妙に頭が閉じ切らない結果になってしまったので、今回は固定方法を少し見直したいと思います。

th_rapiro-led-scroll_1

手探りで色々位置合わせしてみたところ、わざわざ3Dプリンタで固定具を作らなくても、元々LEDマトリックス基盤に空いている穴に合わせてラピロのRaspberry Piの台座に穴を開けてやればネジで固定できそうなことがわかりました。

th_rapiro-led-scroll_2

 少しでも厚みが増えるのを防ぐため、基盤のチップ抵抗が干渉しそうな部分をニッパでカットしておきます。

th_rapiro-led-scroll_3

位置合わせをして、ドリルで穴空け。

th_rapiro-led-scroll_4

ネジを差し込みます。反対側の方はナットをつけることで、ICとナットで軽くRaspberry Pi基盤を挟む形になります。

th_rapiro-led-scroll_5

穴を開けた方にもナットをつければよりしっかり固定できるのですが、ちょっとスペースが足りないのでとりあえず差し込むだけにしておきました。まあ、最終的にラピロの眼で前から抑えられることになりますし。

th_rapiro-led-scroll_6

逆サイドも同じように固定しました。

th_rapiro-led-scroll_7

今回は3Dプリンタの固定具の厚みがない分、しっかりと頭を閉じることができました。

なお、今回はI2Cの配線とかアドレス変更については省略しているので、それについては過去の記事をご参照ください。

 

さて、以上でハード側の準備は終わったので、続いてソフト側の準備です。以前にI2C関連のツールをインストールしていない場合は、ここで入れておきます。

$ sudo apt-get install i2c-tools
$ sudo apt-get install python-smbus

インストールできたら、I2Cで接続できているかを確認します。

$ sudo i2cdetect -y 1
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
70: 70 71 -- -- -- -- -- --

今の所繋いでいるのはこの2つだけなので、問題なしです。

続いて、Pythonでの制御に必要なライブラリを以下から持ってきます。

初めに書いてあるとおり、”build-essential”, “python-dev”, “python-smbus”, “python-imaging”, “git” の5つのパッケージが必要とのことなので、”$ dpkg -l”でインストール済みのパッケージを確認し、不足分をインストールします。自分の場合は”python-dev”と”python-imaging”が不足していました。

$ sudo apt-get install -y python-dev python-imaging

準備ができたら、必要なライブラリをインストールします。

$ cd
$ git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_LED_Backpack.git
$ cd Adafruit_Python_LED_Backpack
$ sudo python setup.py install

普通に使う分ならこれで準備OKですが、自分のように「複数のLEDマトリックスにまたがってスクロール表示させたい」というような場合には、先ほどインストールしたライブラリに少し手を加えてから再インストールする必要があります。具体的には、”Adafruit_Python_LED_Backpack/Adafruit_LED_Backpack/Matrix8x8.py”の中のMatrix8x8クラスの中に、以下の関数を追加します。

    def horizontal_multi_scroll(self, image, total=1, number=0):
      image_list = list()
      width = image.size[0]

      for x in range(8 * number):
        display_section = self.create_blank_image()
        image_list.append(display_section)

      # Scroll into the blank image.
      for x in range(8):
        section = image.crop((0, 0, x, 8))
        display_section = self.create_blank_image()
        display_section.paste(section, (8 - x, 0, 8, 8))
        image_list.append(display_section)

      #Scroll across the input image.
      for x in range(8, width + 1):
        section = image.crop((x - 8, 0, x, 8))
        display_section = self.create_blank_image()
        display_section.paste(section, (0, 0, 8, 8))
        image_list.append(display_section)

      #Scroll out, leaving the blank image.
      for x in range(width - 7, width + 1):
        section = image.crop((x, 0, width, 8))
        display_section = self.create_blank_image()
        display_section.paste(section, (0, 0, 7 - (x - (width - 7)), 8))
        image_list.append(display_section)

      for x in range(8 * (total - (number + 1))):
        display_section = self.create_blank_image()
        image_list.append(display_section)

      #Return the list of images created
      return image_list

元々ライブラリに記載されている”horizontal_scroll()”関数にちょっと手を加えたものです。利用するLEDマトリックス基板の数(total)と、向かって右から何番目の基板であるか(number, 0スタート)を引数に与えることで、各マトリックス基板ごとに、文字列を流す前後に追加する空白画像の数を調整します。これで、複数のLEDマトリックスを同時に再生開始すると、文字が流れるように表示されます。

追加したら、ライブラリを再インストールします。

$ cd ~/Adafruit_Python_LED_Backpack
$ sudo python setup.py install

さらに日本語を表示させるための準備として、8×8ドットの日本語フォント「美咲フォント」(TrueTyp形式)をダウンロードしてきます。

$ cd
$ mkdir fonts
$ cd fonts
$ wget http://www.geocities.jp/littlimi/arc/misaki/misaki_ttf_2015-04-10.zip
$ unzip misaki_ttf_2015-04-10.zip

 以上で全ての準備は完了です。

 

ではでは、ラピロの表情づけから文字列スクロール表示までをテストするサンプルプログラムを作ってみます。

# -*- coding: utf-8 -*-
import time

import Image
import ImageDraw
import ImageFont

from Adafruit_LED_Backpack import Matrix8x8

def show_emotion(image_0, image_1):
  display_0.clear()
  display_1.clear()
  display_0.set_image(image_0)
  display_1.set_image(image_1)
  display_0.write_display()
  display_1.write_display()

def emotion_normal():
  image_0 = Image.new('1', (8, 8))
  image_1 = Image.new('1', (8, 8))
  draw_0  = ImageDraw.Draw(image_0)
  draw_1  = ImageDraw.Draw(image_1)
  draw_0.line((2,3,2,6), fill=255)
  draw_0.line((3,2,3,7), fill=255)
  draw_0.line((4,3,4,6), fill=255)
  draw_1.line((5,3,5,6), fill=255)
  draw_1.line((4,2,4,7), fill=255)
  draw_1.line((3,3,3,6), fill=255)
  show_emotion(image_0, image_1)

def emotion_silent():
  image_0 = Image.new('1', (8, 8))
  draw_0  = ImageDraw.Draw(image_0)
  draw_0.line((0,4,7,4), fill=255)
  show_emotion(image_0, image_0)

display_0 = Matrix8x8.Matrix8x8(address=0x70, busnum=1)
display_1 = Matrix8x8.Matrix8x8(address=0x71, busnum=1)

display_0.begin()
display_1.begin()

display_0.clear()
display_1.clear()

motion_silent()
time.sleep(2)
emotion_normal()
time.sleep(0.3)
emotion_silent()
time.sleep(0.3)
emotion_normal()
time.sleep(0.3)
emotion_silent()
time.sleep(0.3)
emotion_normal()
time.sleep(3)

text = u"OK! わかった! 了解!"
text_len = len(text)
image = Image.new('1', (text_len*8, 8))
draw  = ImageDraw.Draw(image)
font  = ImageFont.truetype("/home/pi/fonts/misaki_gothic.ttf", 8, encoding='unic')
draw.text((0,1), text, font=font, fill=255)

image_list_0 = display_0.horizontal_multi_scroll(image, 2, 0)
image_list_1 = display_1.horizontal_multi_scroll(image, 2, 1)

max_images = len(image_list_0)

for i in range(0, max_images):
  display_0.set_image(image_list_0[i])
  display_1.set_image(image_list_1[i])
  display_0.write_display()
  display_1.write_display()
  time.sleep(0.10)

実行してみましょう。こんな感じになります。

$ python matrix8x8_scroll_sample.py

 

ビデオで撮るとどうしても光がモヤっとしてしまいますが、実際はもう少し見やすいです。

 

というわけで、初めてLEDマトリックスを扱った時はだいぶ試行錯誤してしまいましたが、ポイントだけ絞ってやると、スクロール表示とかも意外と簡単にできます。

最後に、せっかくなので、前回作成したWebサーバにこの表情変化のソースも加えておきます。これによって、ブラウザ上から”http://192.168.24.xxx:10080/v1/robots/rapiro/control/face?value=happy”のようにアクセスすることで、ラピロの表情を色々変化させることができるようになります。

# -*- coding: utf-8 -*-
from bottle import route,run,request,response,hook
import serial
import time
import json
import Image
import ImageDraw
import ImageFont

from Adafruit_LED_Backpack import Matrix8x8
com = serial.Serial('/dev/ttyAMA0', 57600, timeout=10)

@hook('after_request')
def header_json():
  response.content_type = 'application/json'

#############################################################

def control_response_json(value):
  obj = {'control':value}
  return json.dumps(obj)

@route('/v1/robots/rapiro/control/power')
def control_power():
  status = request.query.status;
  if status == 'off':
    com.write('#S')
  elif status == 'on':
    com.write('#D')
  return control_response_json("power")

@route('/v1/robots/rapiro/control/init')
def control_init():
  com.write("#M0")
  time.sleep(2)
  com.write("#PR000G000B000T010")
  time.sleep(1)
  com.write('#S')
  emotion_none()
  return control_response_json("init")

@route('/v1/robots/rapiro/control/stop')
def control_stop():
  com.write("#M0")
  return control_response_json("stop")

@route('/v1/robots/rapiro/control/forward')
def control_forward():
  com.write("#M1")
  return control_response_json("forward")

@route('/v1/robots/rapiro/control/back')
def control_back():
  com.write("#M2")
  return control_response_json("back")

@route('/v1/robots/rapiro/control/right')
def control_right():
  com.write("#M4")
  return control_response_json("right")

@route('/v1/robots/rapiro/control/left')
def control_left():
  com.write("#M3")
  return control_response_json("left")

@route('/v1/robots/rapiro/control/banzai')
def control_banzai():
  com.write("#M5")
  return control_response_json("banzai")

@route('/v1/robots/rapiro/control/head')
def control_head():
  value = request.query.value;
  command = "#PS00A" + value.zfill(3) + "T005" 
  com.write(command)
  return control_response_json("head")

@route('/v1/robots/rapiro/control/left_hand')
def control_left_hand():
  value = request.query.value;
  command = "#PS07A" + value.zfill(3) + "T005" 
  com.write(command)
  return control_response_json("left_hand")

@route('/v1/robots/rapiro/control/right_hand')
def control_right_hand():
  value = request.query.value;
  command = "#PS04A" + value.zfill(3) + "T005" 
  com.write(command)
  return control_response_json("right_hand")

@route('/v1/robots/rapiro/control/left_shoulder')
def control_left_shoulder():
  value = request.query.value;
  command = "#PS05A" + value.zfill(3) + "T005" 
  com.write(command)
  return control_response_json("left_shoulder")

@route('/v1/robots/rapiro/control/right_shoulder')
def control_right_shoulder():
  value = request.query.value;
  com.write("#PR000G000B000T010")
  command = "#PS02A" + value.zfill(3) + "T005" 
  com.write(command)
  return control_response_json("right_shoulder")

#############################################################

def show_text(text, delay):
  display_0.clear()
  display_1.clear()

  text_len = len(text)
  image = Image.new('1', (text_len*8, 8))
  draw  = ImageDraw.Draw(image)
  font  = ImageFont.truetype("/home/pi/fonts/misaki_gothic.ttf", 8, encoding='unic')
  draw.text((0,1), text, font=font, fill=255)

  image_list_0 = display_0.horizontal_multi_scroll(image, 3, 0)
  image_list_1 = display_1.horizontal_multi_scroll(image, 3, 2)

  max_images = len(image_list_0)

  for i in range(0, max_images):
    display_0.set_image(image_list_0[i])
    display_1.set_image(image_list_1[i])
    display_0.write_display()
    display_1.write_display()
    time.sleep(delay)

def emotion_surprise_text():
  text = u'何...だと...!?'
  show_text(text, 0.02)

def show_emotion(image_0, image_1):
  display_0.clear()
  display_1.clear()
  display_0.set_image(image_0)
  display_1.set_image(image_1)
  display_0.write_display()
  display_1.write_display()

def emotion_none():
  display_0.clear()
  display_1.clear()
  display_0.write_display()
  display_1.write_display()

def emotion_normal():
  image_0 = Image.new('1', (8, 8))
  image_1 = Image.new('1', (8, 8))
  draw_0  = ImageDraw.Draw(image_0)
  draw_1  = ImageDraw.Draw(image_1)
  draw_0.line((2,3,2,6), fill=255)
  draw_0.line((3,2,3,7), fill=255)
  draw_0.line((4,3,4,6), fill=255)
  draw_1.line((5,3,5,6), fill=255)
  draw_1.line((4,2,4,7), fill=255)
  draw_1.line((3,3,3,6), fill=255)
  show_emotion(image_0, image_1)

def emotion_happy():
  image_0 = Image.new('1', (8, 8))
  image_1 = Image.new('1', (8, 8))
  draw_0  = ImageDraw.Draw(image_0)
  draw_1  = ImageDraw.Draw(image_1)
  draw_0.line((0,5,0,6), fill=255)
  draw_0.line((1,4,1,4), fill=255)
  draw_0.line((2,3,4,3), fill=255)
  draw_0.line((5,4,5,4), fill=255)
  draw_0.line((6,5,6,6), fill=255)
  draw_1.line((1,5,1,6), fill=255)
  draw_1.line((2,4,2,4), fill=255)
  draw_1.line((3,3,5,3), fill=255)
  draw_1.line((6,4,6,4), fill=255)
  draw_1.line((7,5,7,6), fill=255)
  show_emotion(image_0, image_1)

def emotion_angry():
  image_0 = Image.new('1', (8, 8))
  image_1 = Image.new('1', (8, 8))
  draw_0  = ImageDraw.Draw(image_0)
  draw_1  = ImageDraw.Draw(image_1)
  draw_0.line((2,3,2,6), fill=255)
  draw_0.line((3,2,3,7), fill=255)
  draw_0.line((4,3,4,6), fill=255)
  draw_0.line((1,3,3,1), fill=255)
  draw_0.line((4,0,5,0), fill=255)
  draw_1.line((5,3,5,6), fill=255)
  draw_1.line((4,2,4,7), fill=255)
  draw_1.line((3,3,3,6), fill=255)
  draw_1.line((6,3,4,1), fill=255)
  draw_1.line((3,0,2,0), fill=255)
  show_emotion(image_0, image_1)

def emotion_sad():
  image_0 = Image.new('1', (8, 8))
  image_1 = Image.new('1', (8, 8))
  draw_0  = ImageDraw.Draw(image_0)
  draw_1  = ImageDraw.Draw(image_1)
  draw_0.line((2,3,2,6), fill=255)
  draw_0.line((3,2,3,7), fill=255)
  draw_0.line((4,3,4,6), fill=255)
  draw_0.line((2,0,7,5), fill=255)
  draw_1.line((5,3,5,6), fill=255)
  draw_1.line((4,2,4,7), fill=255)
  draw_1.line((3,3,3,6), fill=255)
  draw_1.line((0,5,5,0), fill=255)
  show_emotion(image_0, image_1)

def emotion_silent():
  image_0 = Image.new('1', (8, 8))
  draw_0  = ImageDraw.Draw(image_0)
  draw_0.line((0,4,7,4), fill=255)
  show_emotion(image_0, image_0)

def emotion_genial():
  image_0 = Image.new('1', (8, 8))
  image_1 = Image.new('1', (8, 8))
  draw_0  = ImageDraw.Draw(image_0)
  draw_1  = ImageDraw.Draw(image_1)
  draw_0.line((0,2,1,2), fill=255)
  draw_0.line((2,3,3,3), fill=255)
  draw_0.line((4,4,5,4), fill=255)
  draw_0.line((6,5,7,5), fill=255)
  draw_1.line((0,5,1,5), fill=255)
  draw_1.line((2,4,3,4), fill=255)
  draw_1.line((4,3,5,3), fill=255)
  draw_1.line((6,2,7,2), fill=255)
  show_emotion(image_0, image_1)

def emotion_love():
  image_0 = Image.new('1', (8, 8))
  draw_0  = ImageDraw.Draw(image_0)
  draw_0.line((0,3,0,3), fill=255)
  draw_0.line((1,2,1,4), fill=255)
  draw_0.line((2,2,2,5), fill=255)
  draw_0.line((3,3,3,6), fill=255)
  draw_0.line((4,3,4,6), fill=255)
  draw_0.line((5,2,5,5), fill=255)
  draw_0.line((6,2,6,4), fill=255)
  draw_0.line((7,3,7,3), fill=255)
  show_emotion(image_0, image_0)

def emotion_giveup():
  image_0 = Image.new('1', (8, 8))
  draw_0  = ImageDraw.Draw(image_0)
  draw_0.line((0,0,7,7), fill=255)
  draw_0.line((0,7,7,0), fill=255)
  show_emotion(image_0, image_0)

def emotion_oops():
  image_0 = Image.new('1', (8, 8))
  image_1 = Image.new('1', (8, 8))
  draw_0  = ImageDraw.Draw(image_0)
  draw_1  = ImageDraw.Draw(image_1)
  draw_0.line((1,4,6,4), fill=255)
  draw_0.line((2,3,4,1), fill=255)
  draw_0.line((2,5,4,7), fill=255)
  draw_1.line((1,4,6,4), fill=255)
  draw_1.line((3,1,5,3), fill=255)
  draw_1.line((3,7,6,5), fill=255)
  show_emotion(image_0, image_1)

def face_response_json(face):
  obj = {'face':face}
  return json.dumps(obj)

@route('/v1/robots/rapiro/control/face')
def emotion():
  value = request.query.value
  if value == "none":
    emotion_none()
  elif value == "normal":
    emotion_normal()
  elif value == "happy":
    emotion_happy()
  elif value == "angry":
    emotion_angry()
  elif value == "sad":
    emotion_sad()
  elif value == "surprise":
    emotion_surprise_text()
  elif value == "silent":
    emotion_silent()
  elif value == "genial":
    emotion_genial()
  elif value == "love":
    emotion_love()
  elif value == "giveup":
    emotion_giveup()
  elif value == "oops":
    emotion_oops()
  else:
    emotion_none()
  return face_response_json(value)

#############################################################

display_0 = Matrix8x8.Matrix8x8(address=0x70, busnum=1)
display_1 = Matrix8x8.Matrix8x8(address=0x71, busnum=1)

display_0.begin()
display_1.begin()

emotion_silent()
time.sleep(2)
emotion_normal()
time.sleep(0.1)
emotion_silent()
time.sleep(0.1)
emotion_normal()
time.sleep(0.1)
emotion_silent()
time.sleep(0.1)
emotion_normal()

run(host='192.168.24.xxx', port=10080, debug=True)

いくつかいろんな表情を入れてますので、これを参考に新しい表情を作るのも楽しいかと思います。

 

さて、これでラピロが表情も取り戻してくれたので、最後に声を取り戻してもらおうと思います。


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