Thymio

• Introduction
• Commandes de base
• Sous routines
• Programmation événementielle
• Actionneurs et capteurs
• Thymio: Exemple de code
• Thymio: suivi des valeurs

Selon le robot utilisé on le programme avec un langage existant ou un langage propre fourni par le fabriquant. Dans le cas du thymio nous allons coder sous aseba. Sous linux on peut coder ces robots avec Python en utilisant asebamedulla.

Nous travaillons sous windows, donc nous garderons aseba. Ce sera l'occasion de se familiariser avec un notre langage.

Dans Aseba vous devez déclarer les variables et vous n'aurez pas le choix: type scalaires uniquement, nombres entiers entre -32768 et 32767. La déclaration se fait par var maVariable. Vous pouvez utiliser des nombres binaires en précédant de 0b et hexadécimal en précédant de 0x.

On peut créer des variables constantes. Ces constantes sont déclarées en dehors du programme dans la fenêtre de droite en majuscule pour se rappeler que ce sont des constantes.

Outre les variables simples, vous pouvez créer des tableaux:

var uneVariable
var a[10]                  # tableau de 10 éléments
var b[3] = [2, 3, 4]        # initialisation
var c[] = [3, 1, 4, 1, 5]   # taille implicite de 5 éléments
var d[3*FOO-1]            # taille déclarée en utilisant une expression constante (FOO déclarée en tant que constante)
uneVariable=b[0]   #reçoit la valeur 2
d=c[1:3] #prend de 1 à 3

On peut multiplier deux tableaux de même taille, les éléments de même rang se multiplient.

Les comparateurs sont les mêmes qu'en Python: == > < >= <=

Les structures de conditions, boucles n'ont ni besoin d'indentation, ni d'accoldes. Elle utilisent le mot clé end! Cela ne nous empêche pas de contineur d'indenter notre code! Au contraire, pour la lisibilité, il le faut.

	
if a - b > c[0] then
	c[0] = a
elseif a > 0 then
	b = a
else
	b = 0
end

if a < 2 and a > 2 then
	b = 1
else
	b = 0
end

when a > b do
	leds[0] = 1
end
for i in 1:10 do
	v = v + i * i
end
for i in 30:1 step -3 do
	v = v - i * i
end

Le langage aseba permet de créer des fonctions que l'on appelle sous routines. Attention, ses sous routines ne peuvent pas avoir de paramètres ni de valeurs de retour. Dans aseba, toutes les variables sont globales!

Une sous routine est déclarée par la commande sub et appelée avac callsub. Lors de la création d'une sous routine, la fin est automatique si elle est suivie de la création d'une autre sous-routine ou d'un onevent. La commande return permet de sortir de la sous routine.

							
sub droit
	motor.left.target =500
	motor.right.target =500
sub turnLeft
	motor.left.target = -500
	motor.right.target =500

callsub droit
						

Ici, un exemple incomplet puisque je n'utilise pas la routine turnleft. Il sera développé plus loin.

Le thymio, comme tous les robots, utilise la programmation événementielle. Vous avez probablement déjà utilisé cela dans scratch. Ce sont les événements qui vont déclencer des parties du code.

Sur Aseba il suffit d'écrire onevet puis le nom de l'événement. Attention l'événement onevent buttons ne signifie pas 'quand un bouton est pressé'' mais 'quand bouton est interrogé' ce qui se produit à la fréquence de 20Hz soit 20 fois par secondes.

Voici la liste de onevent
• onevent prox[0] à onevent prox[6] : dès que la distance change on a un événement qui donne la distance de devant(pour0 à 4) et derrière (5,6)
• onevent button.forwart,onevent button.left, onevent button.center, onevent button.right, onevent.backward: donne 0 ou 1 si pressé et créent un event à chaque changement d'état!
• onevent temperature: change à la fréquence de 1Hz, une fois par seconde.
• onevent tap: si un choc
• onevent rc5.command ou rc5.adress: signal de la télécommande reçu
• onevent prox.ground.delta[0 ou 1]
• onevent prox.ground.reflected[0 ou 1]
• onevent prox.ground.ambiaent[0 ou 1]

ces capteurs et actionneurs sont détaillés dans le paragraphe suivant.

Je vais ici reprendre la page officielle du thymio

Boutons

Thymio possède 5 boutons capacitifs correspondant aux flèches et au bouton central. Un tableau de 5 variables, buttons.binary, contient l'état de ces boutons (1 = appuyé, 0 = relâché) :

• button.backward : flèche arrière
• button.left : flèche gauche
• button.center : bouton central
• button.forward : flèche avant
• button.right : flèche droite

Thymio met à jour ce tableau à une fréquence de 20 Hz, et génère l'événement button après chaque mise à jour. En outre, pour chacune de ces touches, quand elle est appuyée ou relâchée, un événement correspondant avec le même nom est émis.

Capteurs de distance

Horizontaux

Thymio possède 7 capteurs de distances autour de lui. Un tableau de 7 variables, prox.horizontal, contient les valeurs de ces capteurs :

• prox.horizontal[0] : avant gauche
• prox.horizontal[1] : avant milieu-gauche
• prox.horizontal[2] : avant milieu
• prox.horizontal[3] : avant milieu-droite
• prox.horizontal[4] : avant droite
• prox.horizontal[5] : arrière gauche
• prox.horizontal[6] : arrière droite

Les valeurs dans ce tableau varient de 0 (le robot ne voit rien) à plusieurs milliers (le robot est très proche d'un obstacle). Thymio met à jour ce tableau à une fréquence de 10 Hz, et génère l'événement prox après chaque mise à jour.

Sol

Thymio possède 2 capteurs de distance au sol. Ces capteurs sont situés à l'avant du robot. Comme un sol noir se comporte comme pas de sol (le noir absorbe la lumière infrarouge), ces capteurs permettent de suivre une ligne au sol. Trois tableaux permettent de lire les valeurs de ces capteurs :

• prox.ground.ambiant : intensité lumineuse ambiante au sol, varie entre 0 (pas de lumière) et 1023 (lumière maximale)
• prox.ground.reflected : quantité de lumière reçue pendant que le capteur émet de l'infrarouge, varie entre 0 (aucune réflexion) et 1023 (lumière maximale)
• prox.ground.delta : différence entre la lumière réfléchie et la lumière ambiante, liée à la distance et à la couleur du sol

Pour chaque tableau, l'index 0 correspond au capteur de gauche et l'index 1 à celui de droite. Tout comme pour les capteurs de distance, Thymio met à jour ce tableau à une fréquence de 10 Hz.

Communication locale

Thymio peut utiliser ses capteurs horizontaux de distance infrarouge pour communiquer une valeur à un autre robot à proximité dans un rayon de 15 cm. La valeur est envoyée à 10 Hz lors du traitement des capteurs de distance. Thymio envoie une valeur de 11 bits (mais un futur firmware pourrait utiliser 1 bits pour utilisation interne, il est donc préférable de se limiter à 10 bits). Pour utiliser la communication, appelez la fonction prox.comm.enable(state), avec 1 comme paramètre state pour enclencher et 0 pour désactiver. Si la communication est activée, la valeur dans prox.comm.tx est transmise toutes les 100 ms. Lorsque Thymio reçoit une valeur, l'événement prox.comm est déclenché et la valeur peut être lue dans la variable prox.comm.rx .

Accéléromètre

Thymio possède un accéléromètre 3 axes. Un tableau de 3 variables, acc, contient la valeur de l'accélération sur ces axes :

• acc[0] : axe x (de droite à gauche du robot, positif si vers gauche)
• acc[1] : axe y (d'avant vers l'arrière du robot, positif si vers arrière)
• acc[2] : axe z (qui rentre du plan horizontal, positif si vers sol)

Les valeurs dans ce tableau varient de -32 à 32, 1 g correspondant à 23, et donc une unité correspond à 0.45 N. Thymio met à jour ce tableau à une fréquence de 16 Hz, et génère l'événement acc après chaque mise à jour. En outre, quand un choc est détecté, un événement tap est émis.

Capteur de température

La variable temperature contient la température actuelle en dixième de degré Celsius. Thymio met à jour cette valeur à 1 Hz, et génère l'événement temperature après chaque mise à jour.

LEDs

Thymio possède de nombreuses LEDs réparties sur tout son corps. La plupart sont associées à des capteurs et permettent de mettre en évidence leur activation: l'allumage des LEDs est lié par défaut aux valeurs des capteurs. Cependant, si elles sont utilisées dans le code, cette utilisation supplante celle par défaut.

Des fonctions natives permettent de contrôler les différentes LEDs. Pour toutes les LEDs, la plage de valeurs d'intensité s'étend de 0 (éteint) à 32 (complètement allumé).

Le cercle de LEDs du dessus

8 LEDs jaunes forment un cercle sur le robot, autour des boutons.

Activation par défaut : reflète les valeurs de l'accéléromètre. Eteintes à l'horizontale, leur intensité augmente en penchant le robot. La LED allumée est toujours celle au point le plus bas.

leds.circle(led 1, led 2, led 3, led 4, led 5, led 6, led 7, led 8) où led 1 commande l'intensité de la LED avant du robot (numérotation dans le sens des aiguilles d'une montre).

Les LEDs RGB

Il y a deux LEDs RGB sur le robot pilotées ensemble, ce sont celles qui indiquent le comportement du robot. Deux autres LEDs RGB dessous sont pilotables séparément.

Activation par défaut : éteintes dans le mode Aseba.

• leds.top(red, green, blue) commande les valeurs de rouge, vert et bleu respectivement, pour les LEDs du dessus.
• leds.bottom.left(red, green, blue) commande les valeurs de rouge, vert et bleu respectivement, pour la LEDs du dessous à gauche.
• leds.bottom.right(red, green, blue) commande les valeurs de rouge, vert et bleu respectivement, pour la LEDs du dessous à droite.

Les LEDs des capteurs de proximité

Chacun des capteurs de proximité du robot est accompagné d'une LED rouge soudée juste à côté (deux pour la capteur du milieu avant).

Activation par défaut : s'allument en présence d'un objet devant le capteur associé, avec une intensité plus forte plus l'objet est proche.

• leds.prox.h(led 1, led 2, led 3, led 4, led 5, led 6, led 7, led 8) commande les LEDs des capteurs avant et arrière. led 1 à led 6 correspondent aux LEDs avant, de gauche à droite, et led 7 et led 8 aux LEDs des capteurs arrière, gauche et droite.
• leds.prox.v(led 1, led 2) commande les LEDs des capteurs dessous, gauche et droite.

Les LEDs des boutons

4 LEDs rouges sont placées entre les boutons sur Thymio.

Activation par défaut : Pour chacun des boutons flèches, une LED s'allume lorsqu'il est appuyé. Pour le bouton du centre, les 4 LEDs s'allument.

• leds.buttons(led 1, led 2, led 3, led 4) commande ces LED, led 1 correspond à la LED avant, et les autres sont numérotées dans le sens des aiguilles d'une montre.

La LED du récepteur télécommande

Cette LED rouge est placée à côté du récepteur télécommande.

Activation par défaut : clignote lorsqu'un code RC5 est reçu.

leds.rc(led) permet de la contrôler.

Les LEDs du capteur de température

Ces deux LEDs (une rouge, une bleue) se trouvent placée à côté du capteur de température.

Activation par défaut : rouge si la température et au dessus de 28°C, rouge et bleu entre 28° et 15°, bleu pour une température en dessous de 15°.

*+++ La LED du micro

Cette LED bleue est placée à côté du microphone.

Activation par défaut : éteinte.

Il y a aussi des LEDs qui ne peuvent pas etre contrôlées par l'utilisateur :

• 3 LEDs vertes dessus indiquent le niveau de batterie,
• une LED bleue et une rouge derrière indiquent l'état de la charge,
• une LED rouge à l'arrière est liée à la carte SD.

Moteurs

Vous pouvez changer la vitesse des roues du Thymio en écrivant dans ces variables :

• motor.left.target : vitesse demandée roue gauche
• motor.right.target : vitesse demandée roue droite

Vous pouvez relire la vitesse réelle des roues dans ces variables :

• motor.left.speed : vitesse réelle roue gauche
• motor.right.speed : vitesse réelle roue droite

Les valeurs peuvent aller de -500 à 500. Une valeur de 500 correspond approximativement à une vitesse linéaire de 20 cm/s. Vous pouvez lire la valeur de commande des moteurs dans les variablesmotor.left.pwm et motor.right.pwm.

Détection de l'intensité du son

Le Thymio peut détecter lorsque le bruit ambiant est au-dessus d'une intensité donnée et émet un événement.

La variable mic.intensity montre l'intensité du microphone en cours, tandis que la variable mic.threshold contient la limite de l'intensité pour l'événement. Si mic.intensity est au-dessus de mic.threshold , l'événement mic est généré.

Lecture et enregistrement de sons

Vous pouvez jouer des sons de synthèse ou du système. De plus, si vous avez installé une carte micro-SD formatée FAT dans le robot, il est possible d'enregistrer et de jouer vos propres sons. Les fichiers sont stockés sur la carte micro-SD au format wave, 8-bit non-signé, 8 kHz. Lorsque Thymio fini la lecture d'un son demandée par ASEBA, il déclenche l'événement sound.finished . Il ne se déclenche pas un événement si la lecture est interrompue ou si un nouveau son est joué. Son de synthèse

La fonction native sound.freq joue une fréquence, spécifiée en Hz, pour une certaine durée, spécifié dans 1/60 s. Une durée égale à 0 joue le son à l'infini et une durée de -1 arrête le son. Modification de l'onde primaire

La génération de sons de synthèse fonctionne par ré-échantillonnage d'une onde primaire. Par défaut, l'onde est triangulaire, mais vous pouvez définir votre propre onde à l'aide de la fonction native sound.wave. Cette fonction prend en entrée un tableau de 142 échantillons, avec des valeurs de -128 à 127. Ce tableau doit représenter une onde tonique de la fréquence spécifiée dans sound.freq. Comme Thymio joue des sons à 7812,5 Hz, ce tableau est joué entièrement à la fréquence de 7812.5/142 = ~ 55 Hz. Jouer un son de fréquences plus élevées fait sauter des échantillons dans le tableau.

Enregistrement

Vous pouvez enregistrer des sons en utilisant la fonction native sound.record qui prend en paramètre un numéro d'enregistrement de 0 à 32767. Le fichier est stocké sur la carte micro-SD sous le nom Rx.wav où x est le paramètre passé à la fonction sound.record. Pour arrêter un enregistrement, appelez la fonction sound.record avec la valeur -1.

Relecture

Vous pouvez rejouer un son enregistré en utilisant la fonction native sound.replay . Cette fonction prend en paramètre un nombre de 0 à 32767 et rejouer le fichier Rx.wav de la carte SD où x est le paramètre passé à la fonction sound.replay . Pour arrêter une lecture, veuillez appeler la fonction sound.replay avec une valeur de -1. Durée (à partir de la version 11 du firmware)

Vous pouvez récupérer la durée d'un son enregistré en utilisant la fonction native sound.duration(x,duration). Son premier paramètre, x, est un nombre de 0 à 32767 qui est l'index du fichier Rx.wav de la carte SD. Le résultat en 1/10 de seconde est placé dans la variable duration en tant que second paramètre.

Création de son depuis un ordinateur

Vous pouvez créer des sons pour le Thymio II depuis votre ordinateur. La façon plus efficiace de le faire est d'utiliser le logiciel audacity, version 1.3, qui existe pour les différents OS. Voici la démarche pour créer un son compatible avec Thymio II :

Une fois démarré audacity, changez le project rate situé en bas à gauche de 44100 Hz (défaut) à 8000 Hz. Enregistrez votre son avec la touche record rouge en haut à gauche. Vous devez voir le curseur avancer et la forme d'onde se visualiser. Stoppez une fois fini avec le bouton stop. Votre son doit être en mono (Piste->Piste stéréo vers mono) Allez sur le menu File sous Export… Donnez un nom de ficher, par exemple P0.wav pour le premier ficher à jouer en utilisant la fonction native sound.play. Choisissez comme format: other uncompressed files Sous options choisissez un header WAV (Microsoft) et comme Encoding choisissez Unsigned 8 bit PCM. assurez que le métadonnées de le ficher ne sont pas valorisé. Sauvez ou copiez le ficher sur une carte micro-SD.

Pour faire un test rapide vous pouvez sauver ou copier ce ficher sous le nom de S0.wav. Il sera joué au démarrage du Thymio II.

Ici vous pouvez trouver une vidéo montrant l’exécution de la démarche .

Ici, vous trouverez une fiche A4 récapitulative sur la méthode décrite en dessus.

Lecture

Vous pouvez jouer des sons en utilisant la fonction native sound.play qui prend en paramètre un numéro d'enregistrement de 0 à 32767. Le fichier doit être stocké sur la carte micro-SD sous le nom Px.wav où x est le paramètre passé à la fonction sound.play. Pour arrêter de jouer un son, appelez la fonction sound.play avec la valeur -1.

Son système

Vous pouvez jouer un son système à l'aide de la fonction native sound.system , qui prend un nombre de 0 à 32767 en tant que paramètre. Certains sons sont disponibles dans le firmware (voir ci-dessous), mais vous pouvez remplacer ces sons et ajouter de nouveaux en utilisant la carte micro-SD. Dans ce cas, le fichier doit être nommé Sx.wav où x est le paramètre passé à la fonction sound.system . Pour arrêter la lecture d'un son, appelez la fonction sound.system avec la valeur -1. Bibliothèque de son système

Les sons suivant sont disponibles :

paramètre description

-1 arrête de jouer un son

0 son de démarrage

1 son d'arrêt (son non reconfiguration)

2 son des boutons fléchés

3 son du bouton central

4 son de chute libre (peureux)

5 son de choc

6 son de suivi d'objet

7 son de détection d'objet pour suivi

Pour ne plus entendre de son système, vous pouvez décompresser sur une carte micro-SD cette archive qui contient des sons muets.

Télécommande

Thymio possède un détecteur de télécommande infrarouge compatible RC5. Lorsque le Thymio reçoit un code RC5, il génère l'événement rc5. Dans ce cas, les variables rc5.address et rc5.command sont mises à jour.

Timer (minuterie)

Thymio fournit deux timers défini par l'utilisateur. Un tableau de 2 valeurs, timer.period , permet de spécifier la période des timers :

• Timer.period [0] : période du timer 0 en milliseconde
• Timer.period [1] : période du timer 1 en milliseconde

Lorsque le délai expire, le timer génère un événement timer0 respectivement timer1 .

Lecture et écriture de données depuis la carte SD

Si une carte SD est présente, la variable sd.present vaut 1 (sinon 0) et Thymio peut lire et écrire des données dans des fichiers. Un seul fichier peut être ouvert à la fois. L'unité de lecture/écriture est une valeur signée de 16 bits. Les fonctions disponibles sont :

• sd.open(x,status) : ouvre le Ux.DAT. La valeur x doit être comprise entre [0:32767], en utilisant -1, on ferme le fichier courant ouvert. Une valeur de 0 est écrite dans la variable status si l'opération est réussie, -1 si l'opération a échoué. sd.write(data,written) : écrit le tableau de données data dans le fichier ouvert courant. Le nombre de valeurs écrites est retourné dans le paramètre written. Il devrait être égal à la longueur de data, sauf si la carte est pleine, le fichier fait plus de 4 Go, ou qu'aucun fichier n'est ouvert. sd.read(data,read) : lit des données dans le fichier ouvert courant et remplit le tableau data avec. Le nombre de valeurs lues est retourné dans le paramètre read. Il devrait être égal à la taille du tableau data, sauf lorsque la fin du fichier est atteinte ou qu'aucun fichier n'est ouvert. sd.seek(position,status): déplace le curseur de lecture et d'écriture dans le fichier ouvert. Le curseur est déplacé à la position absolue dans le fichier ouvert. La plage valide est [0:65535]. Il n'est actuellement pas possible de chercher à se positionner après 65535. Une valeur de 0 est écrite dans la variable status si l'opération est réussie, -1 si l'opération a échoué.

  Vous pouvez décoder les données écrites dans un fichier DAT en utilisant la feuille Excel muni d'une macro. Le format consiste en une simple concaténation de valeurs binaires 16 bits signées.

  Remarque : ne retirez pas la carte SD pendant que le robot est allumé. Toujours éteindre le robot avant de retirer la carte SD.

  Chargement d'un programme à partir de la carte SD

  Thymio peut charger un programme à partir de la carte SD. Quand il démarre, Thymio charge le fichier vmcode.abo de la carte SD si il est présent. Le fichier doit se conformer aux AS 001 specification. Plus de détail sur cette page du forum : enregistrer le programme sur carte SD

  Pour obtenir un fichier vmcode.abo à partir de votre programme .aesl, il suffit d'ouvrir Aseba Studio puis d'ouvrir votre programme. Ensuite, cliquez sur "Outils", puis "Enregistrer le code binaire…", puis "… de thymio". Une boîte de dialogue s'ouvre. Choisissez l'endroit où enregistrer votre fichier et voilà, vous avez transformé votre fichier .aesl en fichier .abo. Attention, il faut quand même l'appeler vmcode.abo pour que le Thymio le reconnaisse en se lançant.

  Suite: Exemple de code

						
var i=0
timer.period[0]=100

sub droit
	motor.right.target =500
	motor.left.target =500



sub turnLeft
	motor.right.target = 500
	motor.left.target = -500


onevent prox
	if   prox.horizontal[2]>0 then
		callsub turnLeft
		call leds.top(255,0,0)
		call leds.bottom.left(255,0,0)
		call leds.bottom.right(0,255,0)
	else
		callsub droit
		call leds.top(0,0,0)
		call leds.bottom.left(0,0,0)
		call leds.bottom.right(0,0,0)

	end

onevent timer0
	i++
	i=i%8
	call leds.circle(255*(i==0),255*(i==1),255*(i==2),255*(i==3),255*(i==4),255*(i==5),255*(i==6),255*(i==7))

					

On déclare un variable i de compteur et un timer0 de 100ms. Cela signifie que toutes les 100ms un événement timer0 sera executé. On voit en bas du code que ce timer va faire tourner les lumières oranges sur le robot. L'astuce est de mulitplier 255 (intensité max) par le résultat du test booléen i==0. Ce test vaut 1 si i=0 et 1 sinon. On a donc bien une lumière et une seule allumée.

une sous routine droit qui met les moteurs à la même vitesse et une sous routine turnLeft qui fait tourner le robot en mettant les moteurs gauche/droit dans des vitesses opposées.

Onevent prox: va être déclenchée à chaque fois qu'un capteur de proximité change d'état. Pour faire simple ici, je regarde si le capteur de devant central capte quelque chose, si oui j'appelle la sous routine turnleft, si non je vais tout droit.

A noter que ce code risque de souvent remettre les moteurs à tout droit alors qu'on va déjà tout droit! En effet, si c'est le capteur 0 (on est le long d'un mur), on va remettre les moteurs à tout droit, alors que l'on va déjà tout droit! On aurait pu utiliser une variable pour connaitre l'état du robot et ne pas faire d'action inutile sur les actionneurs.

Le programme Aseba permet de faire des tracés des valeurs prises par des variables. Cela peut s'avérer très pratique pour le debuggage ou mieux comprendre, étudier l'état de vos actionneurs.

Pour réaliser cela, ajoutez des évenements globaux. Vous choisissez leur nom et le nombre de valeurs que cet événement va traiter.

Cela ne va pas suffire. C'est votre programme qui va envoyer les valeurs aux évéments que vous avez défini. Pour cela on utilise la commande emit suivie du nom de l'événement et des valeurs à suivre.

Par exemple: emit moteurs moteur.left.speed va envoyer la vitesse du moteur droit.

Pour avoir plusieurs valeurs, il sera necessaire d'envoyer régulièrement les valeurs, en général dans un événment timer.

Voici l'exemple précédent avec un graphique pour la vitesse des moteurs et un autre pour la distance entre le capteur central et les obstacles.

var i=0
var moteur=[2]
timer.period[0]=100
motor.left.target =500
motor.right.target=500


sub droit
	motor.left.target =500

sub turnLeft
	motor.left.target = -500

onevent prox
	if   prox.horizontal[2]>0 then
		callsub turnLeft
		call leds.top(255,0,0)
		call leds.bottom.left(255,0,0)
		call leds.bottom.right(0,255,0)
	else
		callsub droit
		call leds.top(0,0,0)
		call leds.bottom.left(0,0,0)
		call leds.bottom.right(0,0,0)
	end

onevent timer0
	emit moteurLeft [motor.left.speed,motor.right.speed]
	emit distance prox.horizontal[2]
	i++
	i=i%8
	call leds.circle(255*(i==0),255*(i==1),255*(i==2),255*(i==3),255*(i==4),255*(i==5),255*(i==6),255*(i==7))