Программируем голосовое управление коптером с использованием Node.js и ARDrone

В этом туториале мы разберем создание программы для дрона с голосовым управлением на Node.js и Web speech API. Коптер — Parrot ARDrone 2.0.

Напоминаем: для всех читателей «Хабра» — скидка 10 000 рублей при записи на любой курс Skillbox по промокоду «Хабр».

Skillbox рекомендует: Практический курс «Мобильный разработчик PRO».

Введение

Дроны восхитительны. Мне очень нравится играть со своим коптером, записывая фото и видео или просто развлекаясь. Но беспилотные аппараты (БПЛА) используются не только для развлечения. Они работают в кинематографе, изучают ледники, применяются военными и представителями сельскохозяйственной сферы.

В этом туториале мы разберем создание программы, которая позволит управлять дроном. используя голосовые команды. Да, коптер будет делать то, что вы ему говорите. В конце статьи — готовая программа и видео управления БПЛА.

Железо

Нам нужно следующее:

• Parrot ARDrone 2.0;
• Ethernet-кабель;
• хороший микрофон.

Разработка и управление будет вестись на рабочих станциях с Windows/Mac/Ubuntu. Лично я работал с Mac и Ubuntu 18.04.

Программное обеспечение

Загрузите последнюю версию Node.js с официального сайта.

Также нужна последняя версия Google Chrome.

Разбираемся с коптером

Давайте попробуем понять, как работает Parrot ARDrone. У этого коптера есть четыре мотора.

Противостоящие моторы работают в одном направлении. Одна пара вращается по часовой стрелке, другая — против. Перемещается дрон за счет смены угла наклона относительно поверхности земли, изменения скорости вращения моторов и еще нескольких маневренных движений.

Как мы видим на диаграмме выше, изменение разных параметров приводит к смене направления движения коптера. Например, уменьшение или увеличение скорости вращения левого и правого роторов создают крен. Это позволяет дрону лететь вперед или назад.

Изменяя скорость и направление движения моторов, мы задаем углы наклона, позволяющие коптеру совершать движение в других направлениях. Собственно, для текущего проекта аэродинамику изучать не нужно, просто стоит понять основные принципы.

Как работает Parrot ARDrone

Дрон представляет собой точку доступа Wi-Fi. Для того чтобы получать и отправлять команды коптеру, необходимо к этой точке подключиться. Есть много разнообразных приложений, позволяющих управлять коптерами. Выглядит все это примерно так:

Как только дрон подключен, открываем терминал и telnet 192.168.1.1 — это IP коптера. Для Linux можно использовать Linux Busybox.

Архитектура приложения

Наш код будет разделен на следующие модули:

• пользовательский интерфейс с речевым API для обнаружения голоса;
• фильтрация команд и сопоставление с эталоном;
• отправка команд дрону;
• прямая трансляция видео.

API работает при условии наличия интернет-подключения. Чтобы его обеспечить, мы и добавляем подключение по Ethernet.

Пора создавать приложение!

Кодим

Для начала создадим новую папку и переключимся на нее при помощи терминала.

Затем создаем Node-проект, используя указанные ниже команды.

Для начала устанавливаем требуемые зависимости.

npm install 

Будем поддерживать следующие команды:

• взлет;
• посадка;
• вверх — дрон поднимается на полметра и зависает;
• вниз — опускается на полметра и зависает;
• влево — идет влево на полметра;
• вправо — идет вправо на полметра;
• поворот — поворачивается по часовой стрелке на 90 градусов;
• вперед — идет вперед на полметра;
• назад — идет назад на полметра;
• стоп.

Вот код, который позволяет принимать команды, фильтровать их и контролировать дрон.

const express = require('express');
const bodyparser = require('body-parser');
var arDrone = require('ar-drone');
const router = express.Router();
const app = express();
const commands = ['takeoff', 'land','up','down','goleft','goright','turn','goforward','gobackward','stop'];
 
var drone  = arDrone.createClient();
// disable emergency
drone.disableEmergency();
// express
app.use(bodyparser.json());
app.use(express.static(__dirname + '/public'));
 
router.get('/',(req,res) => {
    res.sendFile('index.html');
});
 
router.post('/command',(req,res) => {
    console.log('command recieved ', req.body);
    console.log('existing commands', commands);
    let command = req.body.command.replace(/ /g,'');
    if(commands.indexOf(command) !== -1) {
        switch(command.toUpperCase()) {
            case "TAKEOFF":
                console.log('taking off the drone');
                drone.takeoff();
            break;
            case "LAND":
                console.log('landing the drone');
                drone.land();
            break;
            case "UP":
                console.log('taking the drone up half meter');
                drone.up(0.2);
                setTimeout(() => {
                    drone.stop();
                    clearTimeout();
                },2000);
            break;
            case "DOWN":
                console.log('taking the drone down half meter');
                drone.down(0.2);
                setTimeout(() => {
                    drone.stop();
                    clearTimeout();
                },2000);
            break;
            case "GOLEFT":
                console.log('taking the drone left 1 meter');
                drone.left(0.1);
                setTimeout(() => {
                    drone.stop();
                    clearTimeout();
                },1000);
            break;
            case "GORIGHT":
                console.log('taking the drone right 1 meter');
                drone.right(0.1);
                setTimeout(() => {
                    drone.stop();
                    clearTimeout();
                },1000);
            break;
            case "TURN":
                console.log('turning the drone');
                drone.clockwise(0.4);
                setTimeout(() => {
                    drone.stop();
                    clearTimeout();
                },2000);
            break;
            case "GOFORWARD":
                console.log('moving the drone forward by 1 meter');
                drone.front(0.1);
                setTimeout(() => {
                    drone.stop();
                    clearTimeout();
                },2000);
            break;
            case "GOBACKWARD":
                console.log('moving the drone backward 1 meter');
                drone.back(0.1);
                setTimeout(() => {
                    drone.stop();
                    clearTimeout();
                },2000);
            break;
            case "STOP":
                drone.stop();
            break;
            default:
            break;    
        }
    }
    res.send('OK');
});
 
app.use('/',router);
 
app.listen(process.env.port || 3000);

А вот HTML- и JavaScript-код, который слушает пользователя и отправляет команду на Node-сервер.

<!DOCTYPE html>
    <head>
        <meta charset="utf-8">
        <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
        <title>Voice Controlled Notes App</title>
        <meta name="description" content="">
        <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
        <link rel="stylesheet" href="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/shoelace-css/1.0.0-beta16/shoelace.css">
        <link rel="stylesheet" href="styles.css">
 
    </head>
    <body>
        <div class="container">
 
            <h1>Voice Controlled Drone</h1>
            <p class="page-description">A tiny app that allows you to control AR drone using voice</p>
 
            <h3 class="no-browser-support">Sorry, Your Browser Doesn't Support the Web Speech API. Try Opening This Demo In Google Chrome.</h3>
 
            <div class="app">
                <h3>Give the command</h3>
                <div class="input-single">
                    <textarea id="note-textarea" placeholder="Create a new note by typing or using voice recognition." rows="6"></textarea>
                </div>    
                <button id="start-record-btn" title="Start Recording">Start Recognition</button>
                <button id="pause-record-btn" title="Pause Recording">Pause Recognition</button>
                <p id="recording-instructions">Press the <strong>Start Recognition</strong> button and allow access.</p>
 
            </div>
 
        </div>
 
        <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/jquery/3.2.1/jquery.min.js"></script>
        <script src="script.js"></script>
 
    </body>
</html>

И еще JavaScript-код для того, чтобы работать с голосовыми командами, отправляя их на сервер Node.

try {
 var SpeechRecognition = window.SpeechRecognition || window.webkitSpeechRecognition;
 var recognition = new SpeechRecognition();
 }
 catch(e) {
 console.error(e);
 $('.no-browser-support').show();
 $('.app').hide();
 }
// other code, please refer GitHub source
recognition.onresult = function(event) {
// event is a SpeechRecognitionEvent object.
// It holds all the lines we have captured so far.
 // We only need the current one.
 var current = event.resultIndex;
// Get a transcript of what was said.
var transcript = event.results[current][0].transcript;
// send it to the backend
$.ajax({
 type: 'POST',
 url: '/command/',
 data: JSON.stringify({command: transcript}),
 success: function(data) { console.log(data) },
 contentType: "application/json",
 dataType: 'json'
 });
};

Запускаем приложение

Программу можно запустить следующим образом (важно убедиться, что коптер подключен к Wi-Fi, а Ethernet-кабель подключен к компьютеру).

Открываем localhost:3000 в браузере и кликаем Start Recognition.

Пробуем управлять дроном и радуемся.

Трансляция видео с дрона

В проекте создаем новый файл и копируем туда этот код:

const http = require("http");
const drone = require("dronestream");
 
const server = http.createServer(function(req, res) {
 
require("fs").createReadStream(__dirname + "/public/video.html").pipe(res);
 });
 
drone.listen(server);
 
server.listen(4000);

А вот HTML-код, его размещаем внутри папки public.

<!doctype html>
 <html>
 <head>
 <meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=utf-8">
 <title>Stream as module</title>
 <script src="/dronestream/nodecopter-client.js" type="text/javascript" charset="utf-8"></script>
 </head>
 <body>
 <h1 id="heading">Drone video stream</h1>
 <div id="droneStream" style="width: 640px; height: 360px"> </div>
 
<script type="text/javascript" charset="utf-8">
 
new NodecopterStream(document.getElementById("droneStream"));
 
</script>
 
</body>
</html>

Запускаем и подключаемся к localhost:8080 для просмотра видео с фронтальной камеры.

Полезные советы

• Управляйте этим дроном в помещении.
• Всегда надевайте защитную крышку на дрон перед взлетом.
• Проверьте, заряжен ли аккумулятор.
• Если дрон ведет себя странно, удерживайте его снизу и переверните. Это действие переведет коптер в аварийный режим, и роторы немедленно остановятся.

Готовый код и демонстрация

LIVE DEMO

DOWNLOAD

Получилось!

Написать код и затем наблюдать, как машина начинает слушаться, доставит вам удовольствие! Сейчас мы разобрались в том, как научить дрон слушать голосовые команды. На самом деле возможностей гораздо больше: распознавание лица пользователя, автономные полеты, распознавание жестов и многое другое.

Что вы можете предложить для улучшения программы?

Skillbox рекомендует:

• Прикладной онлайн-курс «Аналитик данных Python».
• Онлайн-курс «Профессия frontend-разработчик».
• Практический годовой курс «PHP-разработчик с 0 до PRO».

Источник: habr.com