CH LEGO BLOG: 使用Mindsensors NXT觸控面板(Touch Panel)製作筆勢控制機器人

Mindsensors NXTTouch Panel會記錄觸控筆在面板上移動過程的連續座標資料，使用NXT讀取之後，藉由分析筆勢(Gesture)軌跡，可以辨識出觸控筆的移動方式，如：由上往下、由左往右或從左下往右上滑動等動作，接下來將這些所解析出來的各式動作轉換成為指令，這樣就可以運用NXT Touch Panel來作為以筆勢控制機器人的輸入裝置。

根據這個構想，本次實作會以兩部NXT透過藍芽來進行遙控。
(Fig-1)

在上圖中接上Touch Panel的為遙控端NXT，會將偵測到觸控筆在面板上的動作，製作成資料字串經由藍芽傳送給被控端的NXT機器人，而被控端NXT在接收到資料之後，會進行解析並轉換為馬達控制指令來執行。

運作的程序參考下圖
(Fig_2)

(video-1)

(video-2)

筆勢分析與動作辨識

分析TouchPanel所回傳的連續座標資料，可以知道觸控筆移動的方位與距離，甚至相對速度。首先在 (Fig-1)圖，所顯示的是每間隔10點取樣，再以直線連接之後的觸控筆移動軌跡：

而在(Fig-2)圖，則依據座標順序顯示觸控筆的移動是由左下到右上，同時，由於每一個編號之間都是相等間隔10點取樣，所以，各點間相對距離的大小，即表示觸控筆移動速度的快慢。

而在 (Fig-3)圖，則改以座標向量來表示觸控筆的移動方位。位於左下方較大圓圈的標示為起點，右上較小圓圈則為終點。由向量的x位移與y位移值的正負，可以判斷觸控筆移動方位為上/下與右/左，如：若向量值為(30,40)表示往右上移動，(0,-20)表示往下移動，這些正是傳送給被控端NXT作為動作辨識資料。

由移動向量轉換成控制指令
被控端NXT接收到觸控筆移動的向量值之後，接下來就要轉換成為馬達的控制指令來執行。
轉換方式除了依據向量的x位移與y位移值的正負來判斷之外，然而因為x與y位移值的範圍分別是-99～99與-63～63，所以，還需要以其他方式來更精確的辨識向量的移動方位。觀念上就如同類比對數位的轉換一樣，透過門檻值的對應，將線性分佈的位移值轉換成有限個數的控制指令。

以斜率來辨識向量的傾斜程度
本次本實作所採用的是向量的斜率值(Slope)，亦即計算 y位移除以x位移 的絕對值。由斜率值可以更精確的判斷向量的傾斜程度，當值越大時表示向量越接近垂直，反之則越接近水平，所以就可以運用來界定門檻值，以判斷所要轉換的控制指令。
下圖就是使用向量x、y位移值的正負與斜率兩個因素轉換成8個控制指令的對應關係圖：