Android, ADK, Arduino y otras hierbas

Este semestre tuve la fortuna de asistir a unas clases de Robótica, presididas por el profesor John Nicolls, en donde a parte de otras cosas he podido, al fin, jugar un poco con Arduino, algo que había querido hacer siempre pero para lo cual no se había presentado oportunidad.

Aún mejor, tuve la oportunidad de trabajar con una plataforma relativamente nueva llamada ADK (Accessory Development Kit), presentada en el Google I/O 2011 (en Mayo), la cual permite controlar dispositivos externos de hardware mediante un terminal Android. Así pues con esta quimera: Android y Arduino, me divertí bastante durante un par de semanas y en este artículo pretendo documentar un poco lo aprendido. No se trata de un tutorial paso a paso; más bien un punto de partida para los que quieran profundizar en el tema.

Antes que nada, aclaremos algunos conceptos:

• Arduino: es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares [wikipedia]
• Shield: es un complemento para tarjetas Arduino que extienden sus capacidades ofreciendo nuevos servicios, por ejemplo: puertos de red, tarjetas bluetooth, etc.
• ADK Board es una tarjeta Arduino modificada que está preparada para trabajar usando el Open Accessory Protocol. Es básicamente una tarjeta Arduino Mega con un shield USB embebido. Sin embargo, es posible utilizar el ADK con una tarjeta Arduino normal (por ejemplo, la board UNO) y un shield USB.
• El paquete ADK incluye básicamente: el firmware para las tarjetas Arduino, las especificaciones del hardware (recordemos que es Open Hardware) y un programa de ejemplo (un proyecto de Android y el sketch de Arduino), etc.

Pre-requisitos

Por supuesto, debemos contar con un terminal Android. Lo ideal es que sea un tablet corriendo Android Honeycomb. Según este artículo escrito por Dan Noguerol, las siguientes tablets soportan ADK: Motorola XOOM, Acer Iconia A100, ASUS Eee Pad Transfomer TF101 y Samsung Galaxy Tab 10.1. En mi caso, tengo una Acer Iconia A100, que es lo más barato que pude conseguir en Amazon

El soporte oficial para el ADK se encuentra desde la versión Honeycomb de Android, en donde se pueden utilizar las clases del paquete android.hardware.usb. Sin embargo, el equipo de Android proporciona un paquete de compatibilidad, que permite utilizar dichas clases en dispositivos corriendo Android 2.3.4 (Gingerbread) o superior, lo cual quiere decir que no solo funciona en tablets sino también en dispositivos móviles.

Configuración del ADK

No voy a entrar en detalles acerca de cómo configurar el IDE de Arduino y de Android, puesto que eso ya está muy bien detallado en la documentación oficial: Installing the Arduino software and necessary libraries. De hecho, me parece que Alex de BricoGeek lo explica de una manera muy directa y fácil de seguir en su artículo: El ADK de Google en Arduino UNO, que además incluye el esquema de hardware que hay que montar:

Puesto que los de Google y BricoGeek ya documentaron la parte de la configuración, solo voy a aportar un poco de información acerca de un problema que, al parecer, es bastante común al momento de preparar nuestro Android para usar el ADK (asumo de antemano que ya tienen un dispositivo corriendo Gingerbread). Esto puede aparecer al momento de instalar la aplicación:

Este es un mensaje que aparece cuando el dispositivo no tiene instaladas las librerías necesarias para usar el ADK (o no están configuradas correctamente).

Lo primero que debemos constatar en este caso es que el archivo com.android.future.usb.accessory.jar se encuentre en el directorio /system/framework/ del dispositivo. Este es la librería que contiene las clases del ADK. Además, debe existir el archivo android.hardware.usb.accessory.xml en el directorio /etc/permissions/ con el siguiente contenido:

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!-- Copyright (C) 2011 The Android Open Source Project

     Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
     you may not use this file except in compliance with the License.
     You may obtain a copy of the License at

http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

     Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
     distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
     WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
     See the License for the specific language governing permissions and
     limitations under the License.
-->

<!-- This is the standard feature indicating that the device supports USB accessories. -->
<permissions>
    <feature name="android.hardware.usb.accessory" />
    <library name="com.android.future.usb.accessory"
            file="/system/framework/com.android.future.usb.accessory.jar" />
</permissions>

La solución la leí de hpsaturn, un entusiasta Colombiano de Android y el software libre, que al parecer tuvo este problema hace tiempo.

Más allá del Hola Mundo

El ejemplo incluído en el ADK utiliza prácticamente todos los aspectos de la API (sensores de luz, servo motores, análogos, etc), y luce así:

Sin embargo, creo que es un poco complejo, lo cual hace que difícil de entender para las personas que hasta ahora están comenzando. Como alternativa, me gustaría compartir con ustedes un ejemplo mucho más sencillo en donde básicamente se utiliza el ADK para controlar un brazo Scara desde una tablet. El resultado es el siguiente (ignorar el introito del video; no estaba en mis cabales ese día):

Este ejemplo me parece un poco más práctico y fácil de montar. Lo único que se necesita, obviando el brazo, son 3 servo motores. El código se puede descargar desde este repositorio Git (en el README está el sketch de Arduino).

La idea es bastante simple; desde el tablet se hacen los cálculos de la cinemática inversa (es decir, calcular el ángulo que deben tener los servos a partir del punto en el cual queremos que el brazo ponga la mano). Posteriormente, se envía al Arduino los ángulos calculados y este a su vez actualiza la posición de los servos.

Lo importante aquí, y para concluir esta entrada, es reflexionar un poco sobre la manera tan fácil y rápida con la que se pueden desarrollar aplicaciones de robótica usando las librerías mencionadas. No hace falta ser un gurú de la electrónica ni mucho menos de la programación… la parte difícil ya está hecha, solo queda la parte más divertida: dejar que nuestra imaginación guíe los proyectos.

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