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いぶきひがき
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V1.0 2019/9/21 はじめてのロボットカー開発キット ~GoPiGo3 を使い

https://spectrum-tech.co.jp sales@spectrum-tech.

2 ロボットカー開発キット目次 Pi 運用マニュアルページ 1 RaspberryPiについて 5 2 Linux 基本コマンド 6 3 基本操作 7 4 日常運用 ( ウイルススキャン更新 ) 8 GoPiGo 基本操作ページ 1 GoPiGo 概要 11 2 GoPiGoソフト一覧 12 3 GoPiGoソフト開発ツール 13 4 GoPiGo 起動 14 5 GoPiGoソフト更新 15 6 GoPiGoテスト & デモ 16 7 GoPiGoコントロールパネル 17 8 GoPiGo 各種センサ試験 A) DIセンサ 18 B) カメラ ( 写真 ) 19 C) カメラ ( ビデオ ) 20 D) カメラ ( リアルタイム動画 ) 21 Scratch 学習ページ 1 Scratch 概要 23 2 Scratchプログラム学習 24 基本操作 24 ライト点灯事例 26 基本動作事例 27 コントロールパネル事例 28 正方形動作事例 29 抜粋版のためページと実際は違います all rights reserved 2019 spectrum technology co. 2

3 ロボットカー開発キット目次画像認識開発 1 2 Opencv A) 顔認識 ( カメラ ) 31 B) 顔検出 ( カメラ ) 32 C) 顔検出 2( カメラ ) 33 D) 物体検出 ( カメラ ) 34 E) 物体検出 ( 写真 ) 35 Yolo A) 物体検出 ( 写真 ) 36 B) 物体検出 ( ビデオ ) 38 ページ抜粋版のためページと実際は違います応用例 1 キーボードコントロール 40 2 マウスコントロール 41 3 障害物検知自走 42 4 障害物回避自走 43 5 Webカメラ配信 44 6 自動走行 ( レーン追尾 ) 45 7 火星探索 46 GCP 開発 1 GCP 概要 48 2 GCP 設定 49 3 GCP 開発 58 全体像 58 プログラム一覧 59 Cloud vision 60 文字認識顔検出ラベル検出ロゴ検出 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 3

4 ロボットカー開発キット目次 Alexa 開発 1 全体構成 75 2 メニュー 76 3 AWS 設定 78 4 Amazon.co.jp 設定 85 5 Amazon developer 設定 87 6 Alexa Voice Service 開発概要用途 88 AVS 製品設定 89 マイクスピーカ設定 94 AVS sample APP 設定 98 AVS sample APP 動作 99 AVS sample APP 試験 102 AVS sample APPデバッグ 103 デバイス確認 104 音声履歴 105 音声によるGoPiGo 操作 106 ページ抜粋版のためページと実際は違います all rights reserved 2019 spectrum technology co. 4

5 Pi 運用マニュアル 1 Raspberry Pi について既に全世界で 1000 万台以上販売された手のひらサイズのコンピュータです Linux ベースの RaspbianOS で動作しております今回 GoPiGo の CPU として使用しています 2 Linux 基本コマンド A) システム関係起動 : 電源を入れると自動で起動します再起動 :# reboot 又はアプリケーション > ログアウト > 再起動 ; 左上のメニューから終了 : # shutdown 又はアプリケーション > ログアウト > シャットダウン ; 左上のメニューからログアウト # logout 又はアプリケーション > ログアウト > ログアウト ; 左上のメニューから日本語 / 英語の入力切替 : キーボードの ctl+j を同時に押します又は右上のアイコン ( 右から 7 個目 ) からプルダウンで選択 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 5

6 Pi 運用マニュアル 2 Linux 基本コマンド B) ディレクトリ操作コピー移動削除 root@:~# cd /root/documents ディレクトリの切り替え root@:/root/documents# ls て操作しますファイルとディレクトリの表示 ( 表示したら操作したいファイルを右クリックでコピペし root@:~# cp ファイル名ディレクトリ配下のディレクトリのファイルを別のディレクトリへコピー root@:~# mv ファイル名ディレクトリ配下のディレクトリのファイルを別のディレクトリへ移動 root@:~# rm ファイル名ファイルの削除便利な機能 rm help ンド共通 ( マイナスを2 個とhelp) コマンドのオプションが分からない場合はヘルプで問い合わせるすべてのコマ C) ユーザ権限プロセス他 root@:~ $ su - スーパーユーザ (root) に切り替えパスワードを入力 root@:~# ps a 現状の動いているプロセスを表示 root@:~# kill 特定のプロセスを強制終了 root@:~# apt-get install pkg パッケージのインストールなどに使用 root@:~# date 日付時間の設定を行います root@:~# leafpad /etc/network/interfaces インタフェースに記述してい内容を変更します Viよりも使いやすいです D) モジュール usb メモリ HDD などの表示 root@:~# lsmod root@:~# lsusb root@:~# free -mt root@:~# df -h linuxのモジュールリスト表示 usbのデバイス表示メモリ使用状態表示 HDD( マイクロSD) の使用状態表示 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 6

を選択してくださいトップ画面 ( 上段のタスクバーで選択 ) メニューブラウザファイルマネジャターミナル

7 Pi 運用マニュアル 3 基本操作 A) 表示画面と内容トップ画面によく使うコマンド.txt をアップしてます Anthy が出ない場合は一度 Japanese を選択後再度 Anthy を選択してくださいトップ画面 ( 上段のタスクバーで選択 ) メニューブラウザファイルマネジャターミナル日本語入力 VNC BLE LAN/WiFi 音量回線効率時刻 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 7

9 GoPiGo 基本操作 1.GoPiGo 概要 GoPiGo は Dexter 社が小学生から大学社会人まで幅ひろくロボットを使ってプログラム習得することを目的に開発されました既に数多く導入され活用されています火星探査プロジェクトでも有名です特徴としてカメラ距離センサ Line センサ温湿度センサなど数多くのセンサがありそのプログラムも公開されていますプログラム言語もScratch,Python,Java Cなど準備されており OSとしては Raspbian,DEX OSなど利用用途により使い分けできます初心者から上級者まで幅広く対応できます all rights reserved 2019 spectrum technology co. 9

10 GoPiGo 基本操作 2.GoPiGo ソフトウエア一覧本開発キットのインストールしているソフトウエアの概要です区分ソフト名バージョン備考 OS dexter v9 Raspbian stretch version プログラム言語 python python scratch 1.4 画像 Opencv 3.4 picamera 1.13 yolo yolov3 ローカルで動作 google-cloud-vision グーグルクラウド音声 (Alexa) その他 AVS(alexa voice service) device sdk Pkg, Pip 関係プログラム多数 V1.13 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 10

11 GoPiGo 基本操作 4.GoPiGo 起動 GoPiGoの基本部カメラなどの組み立て取付が完了しましたら電源をONにして起動します Teraterm,VNC ViewerでPC 等からアクセスします Teraterm IP アドレス : xx ユーザ名 :pi パスフレーズ :robots1234 VNC 接続パスワード : 設定したもの VNC 画面 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 11

GoPiGo 基本操作 8.GoPiGo 各種センサ類試験 A).DI センサ Distanceセンサ : センサから障害物までの距離を測るセンサ https://di-sensors.readthedocs.

py python DistanceSensorContinuous.py 連続モード python DistanceSensorSingleShot.

14 GoPiGo 基本操作 8.GoPiGo 各種センサ類試験 A).DI センサ Distanceセンサ : センサから障害物までの距離を測るセンサ cd /home/pi/dexter/di_sensors/python/examples python EasyDistanceSensor.py python DistanceSensorContinuous.py 連続モード python DistanceSensorSingleShot.py シングルモード $ cd /home/pi/dexter/di_sensors/pyth on/examples $ python EasyDistanceSensor.py all rights reserved 2019 spectrum technology co. 14

GoPiGo 基本操作 8.GoPiGo 各種センサ類試験 B). カメラ ( 写真 ) カメラ : 写真及び動画撮影できます https://picamera.readthedocs.io/en/release-1.13/ cd /home/pi/documents/picamera raspistill -o image.

15 GoPiGo 基本操作 8.GoPiGo 各種センサ類試験 B). カメラ ( 写真 ) カメラ : 写真及び動画撮影できます cd /home/pi/documents/picamera raspistill -o image.jpg 写真 python picam_img.py test1.jpgで出力 $ cd /home/pi/documents/picamera $ raspistill -o image.jpg $ python picam_img.py all rights reserved 2019 spectrum technology co. 15

GoPiGo 基本操作 8.GoPiGo 各種センサ類試験 D). カメラ ( リアルタイム動画 ) カメラ : 写真及び動画撮影できます https://picamera.readthedocs.io/en/release-1.13/ cd /home/pi/documents/picamera python picam_cv2.

16 GoPiGo 基本操作 8.GoPiGo 各種センサ類試験 D). カメラ ( リアルタイム動画 ) カメラ : 写真及び動画撮影できます cd /home/pi/documents/picamera python picam_cv2.py リアルタイム動画表示画面サイズ :640x480 Opencvを使って表示 $ cd /home/pi/documents/picamera $ python picam_cv2.py Opencv はインテルが開発した画像用のプログラムで顔認識物体認識には必須です一度インストールすると簡単に python で動作できます all rights reserved 2019 spectrum technology co. 16

2.Scratch プログラム学習基本操作 Scratch 言語を使った Robot の動作 https://scratch.mit.

2.Scratch プログラム学習基本操作 Scratch 言語を使った Robot の動作 1 プログラム開始 2

21 2.Scratch プログラム学習ライト点灯事例 Scratch 言語を使った Robot の動作 1 プログラム開始 2 事例を開く ( ライト点灯事例 ) $ cd /home/pi/dexter/gopigo3/s oftware/scratch/examples button_example.sb all rights reserved 2019 spectrum technology co. 21

22 2.Scratch プログラム学習コントロールパネル事例 Scratch 言語を使った Robot の動作 1 プログラム開始 2 事例を開く ( コントロールパネル事例 ) $ cd /home/pi/dexter/gopigo3/soft ware/scratch/examples GoPiGo3_control_panel.sb all rights reserved 2019 spectrum technology co. 22

23 2.Scratch プログラム学習正方形動作事例 Scratch 言語を使った Robot の動作 1 プログラム開始 2 事例を開く ( 正方形動作事例 ) $ cd /home/pi/dexter/gopigo3/soft ware/scratch/examples GoPiGo3_square.sb all rights reserved 2019 spectrum technology co. 23

画像認識開発 1.Opencv A). 顔認識 ( カメラ ) コマンド $ cd /home/pi/documents/opencv/opencv- Face-Recognition/FaceDetection Opencvを使ったwebカメラでの顔認識です https://www.instructables.

25 画像認識開発 1.Opencv A). 顔認識 ( カメラ ) コマンド $ cd /home/pi/documents/opencv/opencv- Face-Recognition/FaceDetection Opencvを使ったwebカメラでの顔認識です Project/ python facedetection.py python faceeyedetection.py 他 CPUのみで動作のため遅い all rights reserved 2019 spectrum technology co. 25

画像認識開発 1.Opencv B). 顔検出 ( カメラ ) コマンド $ cd /home/pi/documents/opencv/opencv-face- Recognition/FacialRecognition Opencvを使った webカメラでの登録した顔を検出します https://www.instructables.

26 画像認識開発 1.Opencv B). 顔検出 ( カメラ ) コマンド $ cd /home/pi/documents/opencv/opencv-face- Recognition/FacialRecognition Opencvを使った webカメラでの登録した顔を検出します Project/ 顔の登録 python3 01_face_dataset.py Face id:0-3までを入力してください自動で顔のスキャンが始まります数分で終了しjます python3 02_face_training.py python3 03_face_recognition.py カメラで認識します名前と確度がでます 26 行目のface id=1をmasaにしてます変更してください all rights reserved 2019 spectrum technology co. 26

画像認識開発 1.Opencv D). 物体検出 ( カメラ ) コマンド $ cd /home/pi/documents/opencv/real-time-objectdetection https://www.pyimagesearch.

27 画像認識開発 1.Opencv D). 物体検出 ( カメラ ) コマンド $ cd /home/pi/documents/opencv/real-time-objectdetection 物体検出 ( カメラ ) python3 real_time_object_detection.py --prototxt MobileNetSSD_deploy.prototxt.txt --model MobileNetSSD_deploy.caffemodel かなり重い python3 のみで動作 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 27

画像認識開発 2.Yolo A). 物体検出 ( 写真 ) コマンド $ cd /home/pi/documents/opencv/darknet Darknet として有名な Yolo です基本 c 言語で書いたものを python3 でも使える用になってます https://pjreddie.

28 画像認識開発 2.Yolo A). 物体検出 ( 写真 ) コマンド $ cd /home/pi/documents/opencv/darknet Darknet として有名な Yolo です基本 c 言語で書いたものを python3 でも使える用になってます一番基本の写真の例です./darknet detect cfg/yolov3.cfg yolov3.weights data/dog.jpg 表示まで 5 分位かかります動画は GPU 付きのもので行ってください自転車車犬を検出 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 28

画像認識開発 2.Yolo C). 物体検出 ( ビデオ ) コマンド $ cd /home/pi/documents/opencv/yolo-object-detection https://www.pyimagesearch.com/2018/11/12/yolo-object-detection-withopencv/ 物体検出 ( ビデオ ) python3 yolo_video.

29 画像認識開発 2.Yolo C). 物体検出 ( ビデオ ) コマンド $ cd /home/pi/documents/opencv/yolo-object-detection 物体検出 ( ビデオ ) python3 yolo_video.py --input videos/car_chase_02.mp4 --output output/car_chase_02.avi --yolo yolo-coco python3 のみで動作 GPU を使用しないと動きませんはじめての顔認識物体認識用 AI 開発キットを購入ください all rights reserved 2019 spectrum technology co. 29

応用例 2. マウスコントロールコマンド $ cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/mousecontrol $ python mouse_control_movement.py https://edu.workbencheducation.com/cwists/preview/26765x https://youtu.

31 応用例 2. マウスコントロールコマンド $ cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/mousecontrol $ python mouse_control_movement.py 概要 : ワイヤレスマウスを使って GoPiGo を動かす対象 : 高校大学など言語 :Python cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/mousecontrol python mouse_control_movement.py マウスのドングルを Raspberry Pi の USB に差してマウスを前後左右に動かすと動作 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 31

32 応用例 3. 障害物検知自走コマンド $ cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/objectavoidancerobot $ python3 object_avoidance_robot.py 概要 :DIセンサを使って GoPiGoを動かす対象 : 高校大学など言語 :Python cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/objectavoidancerobot python3 object_avoidance_robot.py DIセンサで障害物を検知しながら自走障害物があると自動停止 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 32

33 応用例 4. 障害物回避自走コマンド $ cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/intelligentobjectavoider $ python3 robot.py 概要 :DIセンササーボを使って GoPiGoを動かす対象 : 高校大学など言語 :Python cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/intelligentobjectavoider python3 robot.py DIセンサ ( サーボ付き ) で障害物を回避しながら自走 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 33

34 応用例 5.Web カメラ配信コマンド $ cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/remotecamerarobot $ python3 remote_robot.py 概要 :webカメラでライブ配信対象 : 高校大学など言語 :Python cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/remotecamerarobot python3 remote_robot.py ブラウザを立ち上げて all rights reserved 2019 spectrum technology co. 34

応用例 6. 自動走行 ( レーン追尾 ) コマンド $ cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/pixy2lanetracker $ python3 pixy2_lane_follower.py https://github.

35 応用例 6. 自動走行 ( レーン追尾 ) コマンド $ cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/pixy2lanetracker $ python3 pixy2_lane_follower.py 概要 :Pixy2カメラでレーンを追尾しながら自動走行対象 : 高校大学など言語 :Python cd /home/pi/dexter/gopigo3/projects/pixy2lanetracker python3 pixy2_lane_follower.py Pixy2カメラが必要オプションで提供 all rights reserved 2019 spectrum technology co. 35

38 3. グーグルクラウド開発 2. 開発キットプログラム一覧クラウド AI 名 Cloud vision api ( 画像認識 ) プログラム名機能内容実用度 ( 当社評価 ) OCR( 文字認識 ) Face( 顔検出 ) Label( ラベル検出 ) Logo( ロゴ検出 ) 画像内のテキストを検出抽出できます幅広い言語がサポートされており言語の種類も自動で判別されます画像に含まれる複数の人物の顔を検出できます感情や帽子の着用といった主要な顔の属性についても識別されます乗り物や動物など画像に写っているさ A 90% まざまなカテゴリの物体を検出できます画像に含まれる一般的な商品ロゴを検出できます A: 実用可能 B: チャレンジ C: 試験段階信頼度 ( 当社評価 ) 備考 A 90% 手書き文字は C:10% 位 A 90% 特定の人の顔認識はできません C 10% 文字のないロゴは検出できない all rights reserved 2018 spectrum technology co. 38

py を実行します Api キーがあってると結果が出力されます出力は pi の画面上とファイルの data1.

39 3. グーグルクラウド開発 3.Cloud vision 1 1_OCR( 文字認識 ) テキスト認識 :ocr1.py( 画像からテキスト抽出 ) Raspberry pi から ocr1.py を実行します Api キーがあってると結果が出力されます出力は pi の画面上とファイルの data1.json の双方にでますコマンド $ cd /home/pi/documents/gcp/1_ocr $ python ocr1.py Web での確認 sion/?authuser=1&hl=ja all rights reserved 2018 spectrum technology co. 39

40 3. グーグルクラウド開発 3.Cloud vision 2 2_face( 顔検出 ) face1.py(http 使用 ) Raspberry pi から face1.py を実行します Api キーがあってると結果が出力されます出力は pi の画面上とファイルの data5.json の双方にでますコマンド # cd /home/pi/documents/gcp/2_face # python face1.py Web での確認 sion/?authuser=1&hl=ja 顔認識はできませんプライバシー保護 all rights reserved 2018 spectrum technology co. 40

41 3. グーグルクラウド開発 3.Cloud vision 3 3_label( ラベル検出 ) label1.py(http 使用 ) Raspberry pi から label1.py を実行します Api キーがあってると結果が出力されます出力は pi の画面上とファイルの data4.json の双方にでますコマンド # cd /home/pi/documents/gcp/3_label # python label1.py Web での確認 on/?authuser=1&hl=ja 画像のカテゴリが出力されます all rights reserved 2018 spectrum technology co. 41

42 3. グーグルクラウド開発 3.Cloud vision 4 6_logo( ロゴ検出 ) logo1.py(http 使用 ) Raspberry pi から logo1.py を実行します Api キーがあってると結果が出力されます出力は pi の画面上とファイルの data9.json の双方にでますコマンド # cd /home/pi/documents/gcp/6_logo # python logo1.py Web での確認 on/?authuser=1&hl=ja ロゴ検出できますテキストがない場合は検出できません all rights reserved 2018 spectrum technology co. 42

43 3. グーグルクラウド開発 3.Cloud vision コマンド # cd /home/pi/documents/gcp/googlevisiontutorials camera-vision-face.py( ライブラリ使用 ) # python camera-vision-face.py Raspberry piからcamera-vision-face.pyを実行します Picameraで写真が撮られて顔の感情分析をしてコマンド画面に出力されます 5 face( 顔認識 ) all rights reserved 2018 spectrum technology co. 43

Alexa 開発 4.Amazon.co.jp 設定 Amazon alexa ログイン Amazon.co.jp のアカウントでログインします https://alexa.

などのデバイスを使わないでスピーカマイクを付けて Alexa を実現します AVS Device SDK を Raspberry Pi に搭載し開発環境を提供しますまたスピーカとマイクを付属しており

47 Alexa 開発 6.Alexa Voice Service 開発概要 Alexa Voice Service( 以下 AVS と略します ) を使って自社製品に Alexa の機能を搭載可能になります Echo などのデバイスを使わないでスピーカマイクを付けて Alexa を実現します AVS Device SDK を Raspberry Pi に搭載し開発環境を提供しますまたスピーカとマイクを付属しており Alexa の端末として利用できます用途高機能スマートスピーカ TV などの家電製品への埋込スマートホーム製品への埋込 Alexa voice service all rights reserved 2019 spectrum technology co. 47

Alexa 開発 6.Alexa Voice Service 開発マイクスピーカ設定 https://github.

48 Alexa 開発 6.Alexa Voice Service 開発マイクスピーカ設定 Guide-with-Script マイクスピーカ接続 Alexa voice service マイク :USB にマイクを接続してください青い LED が点灯赤が点灯は Mute なので Mute を触って解除してくださいスピーカ : イヤホンジャックに接続して裏面のボタンを押し青い LED が点灯するのを確認してください最初は内蔵の電池を USB ミニに接続して充電してから使用してください all rights reserved 2019 spectrum technology co. 48

49 Alexa 開発 6.Alexa Voice Service 開発 AVS sample APP 動作コマンド画面で Authorized, Alexa is currently idle が出れば正常に動作中マイクに向かって Alexa 今日の天気は? と呼びかけて見ましょう (Liste ning になれば Alexa の Wakeup を認識した状態になります ) 日本語への切替 c, 1, 6 と入力 Alexa voice service Pi のフォルダ位置 /home/pi/alexa/ $ sudo bash startsnowboy.sh 本画面はログを省略したもので実際のものとは違います $ sudo bash startsnowboy.sh all rights reserved 2019 spectrum technology co. 49

Alexa 開発 6.Alexa Voice Service 開発デバイス確認 https://alexa.amazon.

html#settings 登録した Pi の Alexa 端末の確認を上記の URL から実施

音声による GoPiGo 操作 GoPiGo 動作音声のコマンドをサーバで受信しそ内容を Pi のサーボに伝えます発話例アレクサ前方向アレクサ右方向

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WiFiの現状 V1.0 2019/10/23 はじめての AI 用パソコン Chainer/caffe/opencv 学習編 (ubuntu 版 ) 抜粋版スペクトラムテクノロジー株式会社 https://spectrum-tech.co.jp sales@spectrum-tech.co.jp 1 目次ページ 1. Ubuntuについて 3 2. 基本コマンド 3 3. 基本操作 5 4. 日常運用 9