Nintendo Switchでロボットを操作する

こんにちは。京大機械研の岩です。先日Nintendo Switchを買い、マイコンと通信してロボットを動かせるようにしてみたので記事にしておきます。

きっかけ

キャチロボバトルコンテスト第13回大会に出場するにあたり、Nintendo Switchをロボットのコントローラとして使えないか試してみることにしました。
早速Nintendo Switchのゲーム開発環境について調べてみますが、ネットの情報によるとどうやら経験のある開発者しか申請を通してもらえないなどの情報があり、ソフト屋さんではない私は直接の開発は諦めることにしました。
そこで出会ったのが「プチコン4」というゲームソフトです。

www.petc4.smilebasic.com

これはNintendo Switch内でプログラミングができる製品で、オリジナルのゲームを作ったり遊んだりできます。プログラムはBASIC言語で記述します。
このソフトを活用して”無理やり”外部のマイコンと通信し、ロボットを操作することにしました。

構成

プチコン4でUI制御とジョイコン情報の取得を行い、取得したデータを音声通信でヘッドホン出力からマイコンに流し込みます。これを元にロボットを操作します。

UI制御とジョイコン情報の取得

プチコン4側のプログラムです。

ボタンを長方形で描画し、タッチ座標を比較判定して、押されたボタンのIDを取得します。ボタンの同時押しを非対応とすることでデータ量を減らしています。ジョイスティックは中央＋8方向のみとし、さらにデータ量を減らしています。

音声通信のプロトコル

0から9までの数値データを周波数変調し、音を鳴らす/止めるを繰り返すことで連続してデータを送信します。データの終了/開始点を明確にするため、データの末尾にストップビットを追加しています。データを0から9までとしたのは周波数領域上でデータを密にしすぎるとマイコンでデータを受け取る時に隣同士の数値が間違って受け取られるためです。受信側アルゴリズムの工夫次第ではもっと詰められるとは思いますが。

プチコン4で音声通信

一桁ずつ音声信号に変調して出力します。基本的に各音階に1つの数字を0から9まで割り当てていますが、EとFやBとCなど近い周波数の音どうしは避けて変調しています。プチコン4ではタイマー割り込みが使えず、また遅延命令がWAIT（1/60sec単位）しか使えないため、1/60secを単位として通信を行います。前述のプロトコルだと10進数で1桁のデータを送信するのに2/60secかかるので、通信速度は驚異の100bpsとなります。遅延を抑えるためにはデータ量の削減が必須です。