iPad Swift PlaygroundsでBluetooth LE アプリを作成してPicoW搭載ロボットをリモート操作
はじめに
iPadとiPhoneは使っていますが、macを持たないWindowsユーザーです。
iPadのSwift Playgroundsでアプリを作成してみました。
Javascript、Pythonを使ってきました。Swiftは全くの初心者です。
まだ出来上がったものには考慮不足がいっぱいあるでしょうが、
プログラミングを楽しむ道が一つ開けたように思っています。
iPadだけでもできるんだ・・という参考になればと思い紹介します。
（注1）keyboardとmouseは必要と思います（無しでは試していません）
（注2）完成アプリをインストールするには有料年間サブスクリプションが必要です
iPad Swift Playgrounds プログラミング環境
LiveViewパネルから２足歩行ロボットをリモート操作
iOSアプリへ Bluetooth LE UART 実装 今回のポイント
Bluetooth LE UARTの接続、送受信 実装の要点は以下です。
iOSDC Japan 2022で大庭さんが発表されている資料の２４ページ目が一番参考になりました。接続からデータ送信までをコンパクトにまとめられています。LEGO-Remote-Playgroundsをひな型に活用させていただきました。受信は使用するライブラリAsyncBluetoothのREADMEに記載されているSubscribe to a characteristicの方法を使用しました。
今回紹介するのは、その実装例です。
Peripheral側のPico WはMicro PythonでBluetooth LE UARTを実装しています。
システム構成
構成
Bluetooth Low Energy UARTで通信します
- BLE Central： iPad - Swift Playgrounds
- BLE Peripheral： Pico W - Micro Python
UI
- PANEL/ADJUSTの２画面をタブで切り替えます。
-
コントロールパネル (PANEL)
connectボタンをタップすると接続を開始
Scanning...表示中にタップすると接続を停止
接続するとデバイス名を表示
デバイス名前の✖をタップすると接続を解除
方向を示すボタンで動作を指示します。
左前進、前進、右前進
左回転、停止、右回転
左後進、後進、右後進
ボタンをタップし続けることで連続動作、ボタンを離すと停止 -
調整 (ADJUST)
ロボットの部品ばらつき、組み立てばらつきによる角度ズレを補正
スライドバーを変更してUPDATEボタンをタップすことで更新
脚の角度をTop Viewで、足の角度をFront Viewで調整
調整値をPico Wでファイルに保存してバックアップ
UART通信定義
UART通信定義
BLE central: Swift Playgrounds 2足歩行ロボットリモコン
プロジェクトファイル
GitHubのpicow_robo2/SwiftPlaygrounds_BLE/に保存してあります。
・MyApp.swift ------------ main ひな型のまま
・ContentView.swift ------ Tab切り替え
・PagePanelView.swift ---- PANEL画面
・PageAdjustView.swift --- ADJUST画面
・ViewModel.swift -------- BLE uart接続、送受信、ロボット制御コマンド処理
Swift Playgrounds へ組み込み方
各ソースファイルをiPadにダウンロードしておいてください。
新規プロジェクトを作成してダウンロードしたソースを反映する手順を示します。
Capture conditions: iPadOS 16.7.2, Swift Playgrounds 4.4.1, iPad Pro (10.5 inch)
- Playgroundsを起動し画面左下のボタン［＋］をタップしてプロジェクトを追加します。
- 追加されたアプリアイコンをタップしてプロジェクトを開きます。
※アプリアイコンを長押しすると名前変更することができます。 - 左上のマークをタップしてコードリストを開きます。
※コードリストの上の"App設定"を開くとアプリ名、アイコン変更など設定できます。 - コードファイル名を長押ししてファイルを全て削除します。
- ⊕マークの付いたアイコンをタップして追加メニューを開きます。
- "挿入元..."をタップします。
- 読み込むファイルを全て選択して"開く"をタップします。
- ⊕マークの付いたアイコンをタップして追加メニューを開きます。
- "Swiftパッケージ"をタップします。
- AsyncBluetoothのurl "https://github.com/manolofdez/AsyncBluetooth" を入力し⏎
- "Appプレイグランドに追加"をタップします。
- 左上のマークをタップしてコードリストを閉じます。
- マークをタップするとLiveViewが表示されます。
- マークをタップするとprint出力をモニターできます。
以上、簡単にプロジェクトファイルを作成し反映することができます。
拡張子.swiftpmのプロジェクトファイルの中身をWindowsでも確認できればいいのですが、方法を見つけることができませんでした。中身を把握できていないものをgitに上げることはできないので、全てのソース内容を別のエディタにコピペしてファイルを作成しました。macを持たない状態では外部との連携を取りにくいです。
現状の私の運用方法は下記です。
・Windowsでソースファイルを管理、最終のソース編集もWindowsで行う
・iPadにプロジェクトひな型を作成しWindowsからソースを読み込んで差し替え確認する
・iPadでの変更量が多いときはファイルにコピペ、Windowsへアップロードして反映する
ソース説明
・MyApp.swift --- Playgroundsが自動作成するひな型からの変更はありません。
・ContentView.swift --- Tab切り替え
PANEL/ADJUSTの２画面をタブで切り替えています。
ADJUST画面への切り替え時に調整値要求('get angles_init')を送信しています。
・PagePanelView.swift --- PANEL画面
LEGO-Remote-PlaygroundsのContentView.swiftをひな型に活用させていただきました。
タップ開始onTouchDownGestureと離したときonTouchUpGesturを拡張しています。
OnTouchDownGestureModifierは下記を引用しました。TouchUpはその変形です。
・PageAdjustView.swift --- ADJUST画面
ADJUST画面への切り替え時の送信('get angles_init')に対する
応答（'ri xx,xx,xx,xx'）を受信してSliderの位置に反映されています。
UPDATEボタンをタップするとslider内容を反映して
調整値設定コマンド（'si xx,xx,xx,xx'）を送信します。
・ViewModel.swift -------- BLE uart接続、送受信、ロボット制御コマンド処理
LEGO-Remote-PlaygroundsのViewModel.swiftをひな型に活用させていただきました。
UART受信はAsyncBluetoothのREADMEに従い、下記のようなコードとしました。
peripheral?.characteristicValueUpdatedPublisher
.filter { $0.uuid == rx_char_uuid }
.map { try? $0.parsedValue() as String? }
.sink { value in
self.checkCommand(cmd: (value ?? ""))
}
.store(in: &cancellables)
try await peripheral?.setNotifyValue(true, forCharacteristicWithCBUUID: rx_char_uuid, ofServiceWithCBUUID: uart_service_uuid)
参考
大庭さんのプログラムを参考にさせていただきました。
YouTube iOSDC Japan 2022: Bluetoothでレゴをリモートプログラミングしよう / 大庭 慎一郎
特に発表資料の24ページ目（↓リンク）が大変参考になりました。ありがとうございます。
BLE peripheral: Pico W ２足歩行ロボット Program
- BLE peripheral - Pico W版 bipedal robot
※タイトルとの関連性が低いのでBOOK参照に変更しました(2024/1/15)
Hardware: Pico W版 ２足歩行ロボットの作り方
bipedal robot Hard - Pico W版
※タイトルとの関連性が低いのでBOOK参照に変更しました(2024/1/15)
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