中野島ロボット

小さなロボットの自作記事を書いています。

6日でできる! 吉野式ロボット Day4 コントローラーを作る(修正中)

はじめに 今日はサーボモーターのコントローラーとセンサ基盤を作って行きます。
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作ると言っても、コントローラー本体は、Arduino Nano マイコンボードなので、サーバーモータを繋ぐドライバー基盤と頭部のセンサー基盤の二枚の基盤を作って行きます。 なお二足歩行させるだけであれば、頭部のセンサー基盤は必要ありませんので飛ばして下さい。 部品はDay1で購入した以下の部品を使います。 ドライバー基板部品  ユニバーサル基板 47mm×35mm 秋月電子D型  ピンソケット Arduino Nano 接続用  細ピンヘッダ  コンデンサー1個 1000μF 6.3V  電源スイッチ1個  配線材料(すずメッキ線、耐熱電子ワイヤ) センサー基盤部品  ユニバーサル基板 47mm×35mm 秋月電子D型  電池フォルダ 単四×4 角型 リード付き  ピンヘッダ  距離センサ  圧電スピーカー1個  抵抗 100Ω (忘れていた)、1KΩ  シリアルフルカラーLED1個  コンデンサ 0.1μsec (忘れていた)  配線材料(すずメッキ線、耐熱電子ワイヤ) センサーケーブル  ロボットケーブル  ピンソケット と簡単です。 1.ドライバー基板を作る。 (!)回路図修正中。 PCのSSDが壊れて回路図が修正できないのですが、電池はArduinoのVINにつなぐのが正解です。J13の+5V だけを、Arduinoの+5Vにつなぎます。 まずは、ドライバー基板を作ります。
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基盤を作ると言っても、Arduino Nanoのソケットと、サーボモーターとセンサ等へのピンヘッダを取り付けるだけの簡単なものです。
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電子部品はコンデンサーだけですが、これはサーボモーターを安定して動かすために必要です。 1000μFあれば同時に4個のサーボモーターを駆動できます。もし入手できなければ、できるだけ大容量のものを用意して下さい。
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Arduino Nanoの下には部品を配置していませんが、ここはオリジナルの回路を組むときに使って下さい。 2. ジャイロセンサ(GY-521)を取り付ける。 ジャイロセンサーはI2Cインタフェースを使っており、これは電源と二本の信号線を使うインタフェースです。 基板上に電源モジュレータとI2Cのプルアップ抵抗を持っているので、Arduino Nano には直結することができます。
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Arduino Nano ではI2Cは、A4 ピンが SCL に と A5 ピンが SDA に割り当てられています。 ロボットケーブルを11 cmに切り、被服を20㎜むき、片側をジャイロセンサーモジュールに半田付けします。 色はロボットケーブルの赤をVCC、黒をGND、緑をSCL、白をSDAとします。 基盤側の3Pのコネクタに黒、赤、白を取り付け、1Pのコネクタに緑の線を取り付けます。
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完成したらジャイロセンサーを腰部にM3×10㎜のプラスティックネジで取り付けます。 (!)ジャイロセンサーの部品と干渉するので、ナットは片側にしか付きません。 3.電池ボックスを組み立てる。 電池ボックスに2Pのコネクタを取り付けます。胴体に電源ボックスを入れてケーブルを背中の外側に出しておきます。
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(!)電池は絶対に、Eneloop等のニッケル水素蓄電池(1.2V)を使用して下さい。普通の乾電池を使用した場合、Ardino Nano が破損します。 4. センサー基盤を作る 頭部のセンサ基盤には、超音波距離センサー(HC-SR04)と、フルカラーLED、圧電スピーカーを取り付けます。
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基本的には各部品の参考回路通りに組み立てるのですが、超音波距離センサーは3ピンモードで接続します。 3ピンモードとは、Echo ピンとTrig ピンを、2KΩの抵抗でつなぐことで、トリガーを入れなくても距離を計測します。この場合、Echoを計るだけで距離が計測されます。
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圧電スピーカーは、1KΩの保護抵抗を入れて接続します。
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フルカラーLEDは基板の裏側に乗せます。
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(!)本来は、100Ωのダンピング抵抗と0.1μFのパスコンが必要です。 4. センサ基盤用ケーブルを作る。 ロボットケーブルを15 cmに二本切り、被服を20㎜むき、2550コネクタを取り付けます。
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電源を供給し  A0 フルカラーLEDの DIN へ  A1 圧電スピーカーの + へ  A2 超音波距離センサーの Echo へ となるように接続します。 A3、A6、A7 は、頭部センサーの拡張用に配線してあります。 ケーブルが出来上がったらコントローラー基盤とセンサ基盤を接続します。
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5. 組み立てチェック 機体に基盤を組み付け、配線をテスタを使ってショートが無いことを確認しておきます。 電池ボックスを繋いで、電源スイッチをONにして、+5V端子に5.2Vから4.8Vが電池ボックスから供給されているかを確認します。 (!) Arduino Nano の Vin と +5Vは絶対に接続しないで下さい。USBを繋ぐと、D1が破損します。 6.Arduino Nanoを載せる サーボドライバ基盤にArduino Nanoを載せて、電源スイッチをONにして、Arduino Nanoの電源LEDとジャイロセンサーの電源LEDが点灯することを確認します。
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―――――――――― ここまで 解説 サーボドライバ基盤と頭部センサ基盤の二枚の基盤を作りました。 基盤といっても、センサとサーボを繋ぐだけのものなので、正しく配線されていれば動くと思います。 部品点数は少ないのですが、基板のピッチが狭いので、綺麗にはんだ付けできたでしょうか。 簡単といっても二時間程集中する必要がありました。 (そのうち基盤を起こして、購入できるようにしようと思います。雑誌の特集とかで、付属基板にしてくれるといいですね。トラ技さんとかマルツさんとか) 忘れ物 フルカラーLEDの100Ωのダンピング抵抗と 0.1μFのパスコン おわりに 基盤が出来上がったので、次回はプログラミング環境の構築を行い、簡単な動作確認を行います。 Arduinoの電子工作をしたことがある人で、開発環境が既にインストールされていれば次回を飛ばすと、5日で二足歩行ロボットが作れます。 自分でプログラム組める人は、次々回も飛ばすと4日で二足歩行ロボットが作れます。 購入品情報 Arduino Nanoやセンサの動作確認をするには、市販の拡張ボードを使えば便利です。 (基本的にはこのボードで、センサー等の動作確認を行ってから組む込んでいますが、3ピンの配置がサーボドライバ基盤と逆になっているので注意してください。)