ルンバ-PC 間のケーブル作成

ルンバとのシリアル接続は 5V の TTL 接続で行います。そのため、通常のシリアル端子とルンバを直に接続することはできません。
今回は FTDI 社の USB-Serial 変換チップ FT232RL の評価基板を用いて PC と接続するためのケーブルを作成します。ルンバの RXD, TXD, GND を接続すれば通信できます。

• 用意するもの
  • FTDI 社 FT232RL の評価基板 (秋月電子通商より入手可能, リンク)
  • Roomba に使えるコネクタ (千石電商より入手可能, リンク)
  • ユニバーサル基板
  • 2.54 pitch 単列ソケット
  • 導線, 熱収縮チューブなど
• 回路図
  

  Roomba 側コネクタのピン配置 (Top view)
  
  
  
  

  PC-Roomba 用ケーブルの配線
• 作り方
  1. DIN コネクタにケーブルをハンダで取り付け、熱収縮チューブで覆います。
  2. ユニバーサル基板に FT232RL 評価基板用のソケットを配置し、RXD, TXD, GND と DIN コネクタとを接続します。
  3. FT232RL の評価基板を取り付けて、完成です。
     
     
     

     DIN コネクタにケーブルを取り付けた状態
     
     
     

     FT232RL の評価基板
     
     
     

     評価基板のソケットを取り付け、配線を行った状態
     
     
     

     FT232RL を取り付け、基板の余白を切り取る前の状態
     
     
     

     作成した変換ケーブル (ケーブルはもう少し長い方が便利です)

作成したケーブルを用い、実際に PC からルンバにコマンドを送信してケーブルの動作を確認します。まずは PC からの送信が動作するかの確認のために、ルンバに音を鳴らせてみます。

ルンバとの通信プロトコルの詳細は参考文献から確認できます。
以下は C++ と Lua 版の音を鳴らすプログラムです。

ルンバで音を鳴らせるプログラム (C++)

/*
  ルンバに音を鳴らせる
*/

#include "Serial.h"
#include "delay.h"
#include <string>
#include <iostream>

using namespace hrk;
using namespace std;


int main(int argc, char *argv[])
{
    static_cast<void>(argc);
    static_cast<void>(argv);

    const char* device = "/dev/ttyUSB0";
    //const char* device = "COM17";

    Serial serial;
    enum { Roomba_default_baudrate = 115200 };
    if (!serial.open(device, Roomba_default_baudrate)) {
        cout << "Serial::open(): " << serial.what() << endl;
        return 1;
    }

    const char full_command[] =
        "\x80"
        "\x84";
    serial.write(full_command, sizeof(full_command) - 1);
    delay_msec(100);

    const char sing_command[] =
        "\x8c\x0\x1\x43\x05"
        "\x8d\x0";

    serial.write(sing_command, sizeof(sing_command) - 1);
    delay_msec(100);

    const char passive_command[] =
        "\x80";
    serial.write(passive_command, sizeof(passive_command) - 1);

#if 0
    const char power_command[] =
        "\x85";
    serial.write(power_command, sizeof(power_command) - 1);
#endif

    return 0;
}

ルンバで音を鳴らせるプログラム (Lua)
lib/robot/example/roomba.cpp を利用します。

-- ルンバに音を鳴らせる

local serial = Serial()
local Roomba_default_baudrate = 115200
if not serial:open("/dev/ttyUSB0", Roomba_default_baudrate) then
   print("Serial::open(): " .. serial:what())
   return 1
end

local full_command = "\132"
serial:write(full_command, #full_command)
print(#full_command)
delay(0.1)

local sing_command = "\140\000\001\067\032" .. "\141\000"
serial:write(sing_command, #sing_command)
print(#sing_command)
delay(1.0)

local passive_command = "\128"
serial:write(passive_command, #passive_command)
print(#passive_command)

実行方法

% ./roomba sing_roomba.lua 

ここまでで、PC からルンバへの送信が確認できました。
次は、受信のテストを兼ねてルンバのバッテリー情報を取得してみます。

ルンバのバッテリー情報を取得するプログラム (C++)

/*
  ルンバのバッテリー情報を取得して表示する
*/

#include "Serial.h"
#include <string>
#include <iostream>

using namespace hrk;
using namespace std;


namespace
{
    bool print_charging_state(Serial& serial)
    {
        const char send_command[] =
            "\x80"
            "\x95\x01\x15";
        serial.write(send_command, sizeof(send_command) - 1);

        enum {
            Receive_size = 1,
            Timeout = 100,
        };
        unsigned char receive_data;
        int n = serial.read(reinterpret_cast<char*>(&receive_data),
                            Receive_size, Timeout);
        if (n != Receive_size) {
            cout << "receive data failed." << endl;
            return false;
        }

        string message;
        switch (receive_data) {
        case 0:
            message = "0 Not charging";
            break;

        case 1:
            message = "1 Reconditioning Charging";
            break;

        case 2:
            message = "2 Full Charging";
            break;

        case 3:
            message = "3 Trickle Charging";
            break;

        case 4:
            message = "4 Waiting";
            break;

        case 5:
            message = "5 Charging Fault Condition";
            break;

        default:
            message = "invalid receive data.";
            break;
        }

        cout << message << endl;

        return true;
    }


    bool print_battery_current(Serial& serial)
    {
        const char send_command[] =
            "\x95\x01\x17";
        serial.write(send_command, sizeof(send_command) - 1);

        enum {
            Receive_size = 2,
            Timeout = 100,
        };
        unsigned char receive_data[Receive_size];
        int n = serial.read(reinterpret_cast<char*>(receive_data),
                            Receive_size, Timeout);
        if (n != Receive_size) {
            cout << "receive data failed." << endl;
            return false;
        }

        short current_mili_ampere;
        current_mili_ampere =
            ((static_cast<unsigned short>(receive_data[0]) << 8) & 0xff00) |
            (receive_data[1] & 0xff);

        cout << "current: " << current_mili_ampere << " [mA]" << endl;

        return true;
    }


    bool print_battery_charge(Serial& serial)
    {
        const char send_command[] =
            "\x95\x01\x19";
        serial.write(send_command, sizeof(send_command) - 1);

        enum {
            Receive_size = 2,
            Timeout = 100,
        };
        unsigned char receive_data[Receive_size];
        int n = serial.read(reinterpret_cast<char*>(receive_data),
                            Receive_size, Timeout);
        if (n != Receive_size) {
            cout << "receive data failed." << endl;
            return false;
        }

        unsigned short current_mili_ampere;
        current_mili_ampere =
            ((static_cast<unsigned short>(receive_data[0]) << 8) & 0xff00) |
            (receive_data[1] & 0xff);

        cout << "current charge: " << current_mili_ampere << " [mAh]" << endl;

        return true;
    }
}


int main(int argc, char *argv[])
{
    static_cast<void>(argc);
    static_cast<void>(argv);

    const char* device = "/dev/ttyUSB0";
    //const char* device = "COM17";

    Serial serial;
    enum { Roomba_default_baudrate = 115200 };
    if (!serial.open(device, Roomba_default_baudrate)) {
        cout << "Serial::open(): " << serial.what() << endl;
        return 1;
    }

    print_charging_state(serial);
    print_battery_current(serial);
    print_battery_charge(serial);

    return 0;
}

ルンバのバッテリー情報を取得するプログラム (Lua)
lib/robot/example/roomba.cpp を利用します。

-- ルンバのバッテリー情報を取得して表示する

local serial = Serial()
local Roomba_default_baudrate = 115200
if not serial:open("/dev/ttyUSB0", Roomba_default_baudrate) then
   print("Serial::open(): " .. serial:what())
   return 1
end

-- !!! not implemented
local send_command = "" .. ""
-- "\x80"
-- "\x95\x01\x15";
serial:write(send_command, #send_command)

local Timeout = 100
local receive_data = connection_read(serial, 1, Timeout)

local messages = [
   "0 Not charging",
   "1 Reconditioning Charging",
   "2 Full Charging",
   "3 Trickle Charging",
   "4 Waiting",
   "5 Charging Fault Condition",
]

if receive_data > #messages then
   print("invalid receive data.")
   return 1
end

print messages[receive_data + 1]

実行方法

% ./roomba battery_state_roomba.lua 

参考文献

• ルンバ 500 シリーズ用の通信プロトコル資料
• Hacking Roomba: ExtremeTech