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15. KI-Geschichten erzählender Roboter mit Piper und OpenAI

In der vorherigen Lektion haben wir zwei integrierte TTS-Engines auf dem Raspberry Pi ausprobiert (Espeak und Pico2Wave). Jetzt erkunden wir zwei leistungsstärkere Optionen: Piper (offline, neuronales Netzwerk) und OpenAI TTS (online, cloudbasiert).

• Piper: Eine lokale TTS-Engine, die offline auf dem Raspberry Pi läuft.

• OpenAI TTS: Ein Online-Dienst, der sehr natürliche, menschenähnliche Stimmen erzeugt.

Am Ende wird dein PiCar-X herumfahren und Witze erzählen, wie ein kleiner Geschichtenerzähler.

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Bevor du beginnst

Stelle sicher, dass du Folgendes abgeschlossen hast:

• Alle Module installieren (Wichtig) — Installiere die Module robot-hat, vilib, picar-x und führe dann das Skript i2samp.sh aus.

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1. Piper testen

Schritte zum Ausprobieren:

1. Neue Datei erstellen:

   cd ~/picar-x/example
   sudo nano test_tts_piper.py
   

2. Beispielcode in die Datei einfügen. Mit Ctrl+X, dann Y und schließlich Enter speichern und beenden.

   from picarx.tts import Piper
   
   tts = Piper()
   
   # List supported languages
   print(tts.available_countrys())
   
   # List models for English (en_us)
   print(tts.available_models('en_us'))
   
   # Set a voice model (auto-download if not already present)
   tts.set_model("en_US-amy-low")
   
   # Say something
   tts.say("Hello! I'm Piper TTS.")
   

   • available_countrys(): Zeigt die unterstützten Sprachen an.

   • available_models(): Listet verfügbare Modelle für die angegebene Sprache.

   • set_model(): Legt das Sprachmodell fest (lädt es automatisch herunter, falls nötig).

   • say(): Wandelt Text in Sprache um und spielt ihn ab.

3. Programm ausführen:

   sudo python3 test_tts_piper.py
   

4. Beim ersten Ausführen wird das gewählte Sprachmodell automatisch heruntergeladen.

   • Du solltest dann hören, wie der PiCar-X sagt: Hello! I'm Piper TTS.

   • Du kannst das Sprachmodell ändern, indem du set_model() mit einem anderen Namen verwendest.

2. OpenAI TTS testen

API-Schlüssel abrufen und speichern

1. Gehe zu OpenAI Platform und melde dich an. Auf der Seite API keys klicke auf Create new secret key.

   

2. Fülle die Details aus (Owner, Name, Projekt und Berechtigungen falls nötig), dann klicke Create secret key.

   

3. Sobald der Schlüssel erstellt ist, kopiere ihn sofort — du kannst ihn später nicht mehr einsehen. Wenn du ihn verlierst, musst du einen neuen erstellen.

   

4. Erstelle in deinem Projektordner (z. B. /picar-x/example) eine Datei namens secret.py:

   cd ~/picar-x/example
   sudo nano secret.py
   

5. Füge deinen Schlüssel wie folgt in die Datei ein:

   # secret.py
   # Store secrets here. Never commit this file to Git.
   OPENAI_API_KEY = "sk-xxx"
   

Testprogramm schreiben und ausführen

1. Neue Datei erstellen:

   cd ~/picar-x/example
   sudo nano test_tts_openai.py
   

2. Kopiere den folgenden Beispielcode in die Datei. Drücke Ctrl+X, dann Y und schließlich Enter zum Speichern und Beenden.

   from picarx.tts import OpenAI_TTS
   from secret import OPENAI_API_KEY   # or use the try/except version shown above
   
   # Initialize OpenAI TTS
   tts = OpenAI_TTS(api_key=OPENAI_API_KEY)
   tts.set_model('gpt-4o-mini-tts')  # low-latency TTS model
   tts.set_voice('alloy')            # pick a voice
   
   # Quick hello (sanity check)
   tts.say("Hello! I'm OpenAI TTS.")
   

3. Programm ausführen:

   sudo python3 test_tts_openai.py
   

4. Du solltest hören, wie der PiCar-X sagt:

   Hello! I'm OpenAI TTS.

3. Geschichten erzählender Roboter

Nachdem wir sowohl Piper als auch OpenAI TTS getestet haben, setzen wir sie nun in einem echten Projekt ein: ein Geschichten erzählendes Roboterauto, das während der Fahrt Witze erzählt.

In diesem Programm wird der PiCar-X:

• dich beim Start mit TTS begrüßen.

• vorwärts fahren und den ersten Witz erzählen.

• erneut vorwärts fahren und einen zweiten Witz erzählen.

• schließlich rückwärts fahren, „nach Hause“ zurückkehren und sich verabschieden.

Es ist, als hättest du einen kleinen Geschichtenerzähler auf Rädern!

Code ausführen

cd ~/picar-x/example
sudo python3 15.storytelling_robot.py

Code

from picarx import Picarx
import time

# === TTS Configuration ===
# Default: Piper
from picarx.tts import Piper
tts = Piper()
tts.set_model("en_US-amy-low")  # use the voice model you installed

# Optional: switch to OpenAI TTS
# from picarx.tts import OpenAI_TTS
# from secret import OPENAI_API_KEY
# tts = OpenAI_TTS(api_key=OPENAI_API_KEY)
# tts.set_model("gpt-4o-mini-tts")  # low-latency TTS model
# tts.set_voice("alloy")            # choose a voice

# === PiCar-X Setup ===
px = Picarx()

# Quick hello (sanity check)
tts.say("Hello! I'm PiCar-X speaking with Piper.")

def main():
    try:
        # Leg 1
        px.forward(30)
        time.sleep(3)
        px.stop()
        tts.say("Why can't your nose be twelve inches long? Because then it would be a foot!")

        # Leg 2
        px.forward(30)
        time.sleep(3)
        px.stop()
        tts.say("Why did the cow go to outer space? To see the moooon!")

        # Wrap-up
        tts.say("That's all for today. Goodbye, let's go home and sleep.")
        px.backward(30)
        time.sleep(6)
        px.stop()

    except KeyboardInterrupt:
        px.stop()
    finally:
        px.stop()
        px.set_dir_servo_angle(0)

if __name__ == "__main__":
    main()

---

Fehlerbehebung

• No module named ‚secret‘

  Das bedeutet, dass sich secret.py nicht im gleichen Ordner wie deine Python-Datei befindet. Verschiebe secret.py in das Verzeichnis, aus dem du das Skript startest, z. B.:

  ls ~/picar-x/example
  # Stelle sicher, dass du sowohl secret.py als auch deine .py-Datei siehst
  

• OpenAI: Invalid API key / 401

  • Prüfe, ob du den vollständigen Schlüssel eingefügt hast (beginnt mit sk-) und keine zusätzlichen Leerzeichen/Zeilenumbrüche vorhanden sind.

  • Stelle sicher, dass du ihn korrekt importierst:

    from secret import OPENAI_API_KEY
    

  • Bestätige die Netzwerkverbindung auf deinem Pi (versuche ping api.openai.com).

• OpenAI: Quota exceeded / billing error

  • Eventuell musst du die Abrechnung aktivieren oder das Kontingent im OpenAI-Dashboard erhöhen.

  • Versuche es nach Behebung des Konto-/Abrechnungsproblems erneut.

• Piper: tts.say() läuft, aber kein Ton

  • Stelle sicher, dass ein Sprachmodell tatsächlich vorhanden ist:

    ls ~/.local/share/piper/voices
    

  • Bestätige, dass der Modellname im Code exakt übereinstimmt:

    tts.set_model("en_US-amy-low")
    

  • Überprüfe das Audioausgabegerät/die Lautstärke auf deinem Pi (alsamixer) und dass die Lautsprecher angeschlossen und eingeschaltet sind.

• ALSA-/Audiogerätefehler (z. B. „Audio device busy“ oder „No such file or directory“)

  • Schließe andere Programme, die Audio verwenden.

  • Starte den Pi neu, falls das Gerät belegt bleibt.

  • Wähle für HDMI- vs. Kopfhörerausgang das richtige Gerät in den Audioeinstellungen von Raspberry Pi OS.

• Permission denied beim Ausführen von Python

  • Versuche es mit sudo, falls deine Umgebung dies erfordert:

    sudo python3 test_tts_piper.py
    

Vergleich der TTS-Engines

Funktionsvergleich: Espeak vs Pico2Wave vs Piper vs OpenAI TTS

Punkt	Espeak	Pico2Wave	Piper	OpenAI TTS
Läuft auf	Integriert auf Raspberry Pi (offline)	Integriert auf Raspberry Pi (offline)	Raspberry Pi / PC (offline, benötigt Modell)	Cloud (online, benötigt API-Schlüssel)
Stimmqualität	Roboterhaft	Natürlicher als Espeak	Natürlich (neuronales TTS)	Sehr natürlich / menschenähnlich
Steuerung	Geschwindigkeit, Tonhöhe, Lautstärke	Begrenzte Steuerung	Verschiedene Stimmen/Modelle wählbar	Modell und Stimmen wählbar
Sprachen	Viele (Qualität variiert)	Begrenzte Auswahl	Viele Stimmen/Sprachen verfügbar	Am besten Englisch (andere je nach Verfügbarkeit)
Latenz / Geschwindigkeit	Sehr schnell	Schnell	Echtzeit auf Pi 4/5 mit „low“-Modellen	Netzabhängig (meist geringe Latenz)
Einrichtung	Minimal	Minimal	.onnx + .onnx.json-Modelle herunterladen	API-Schlüssel erstellen, Client installieren
Am besten geeignet für	Schnelle Tests, einfache Prompts	Etwas bessere Offline-Stimme	Lokale Projekte mit besserer Qualität	Höchste Qualität, viele Stimmoptionen