【完成】Wiiリモコン＋Arduino＋LEGO でラジコンを作る（４）：WiiリモコンでDCモーターを操作する

もくじ

1. Wiiリモコン＋Arduino＋LEGO でラジコンを作る（１）：材料選定
2. Wiiリモコン＋Arduino＋LEGO でラジコンを作る（２）：ＤＣモーターを動かす
3. Wiiリモコン＋Arduino＋LEGO でラジコンを作る（３）：USB Host Shield で Bluetooth ドングルを使えるようにする
4. 【完成】Wiiリモコン＋Arduino＋LEGO でラジコンを作る（４）：WiiリモコンでDCモーターを操作する

ついにラジコン制作も最終回です。たぶん。



完成した回路はこのようになります。







複雑に見えますがこれまでに扱ってきたものを組み合わせただけです。

念のため１つずつ見ていきましょう。

モータードライバ TA7291P

左右のモーターを別々に制御する必要がありますので

線対称にモータードライバを２つ配置します。



その他に、以前はコードを簡単にするために固定抵抗器を使っていましたが、

今回は固定抵抗器無しでドライバ１つあたり３ピンをArduinoに接続しています。



ただ単に気まぐれで変更したわけではなく、これには深い理由があります。

・・・と言うことに組み上げてから気づきました。）

USB Host Shield

モータードライバを固定抵抗器無しで制御している理由は

USB Host Shield, Arduino UNO, TA7291P のそれぞれの仕様にあります。



Arduino での出力電圧の調整は PWM で行うのですが、

全てのピンで PWM が使えるわけではありません。

ピン番号に「~」がプリントされているピンだけが PWM に対応しています。

具体的には D3, D5, D6, D9, D10, D11 です。



USB Host Shield を Arduino UNO に載せると、

D7～D13 は USB Host Shield が使ってしまうため

モーター制御には使えなくなります。



となると、残る D0～D6 のうちでモーター制御用に

PWM が使えるのは D3, D5, D6 の３つだけということになります。



固定抵抗器有りで TA7291P を使う場合、

TA7291P の５番ピンの電圧で正転のスピードを調整します。

また、反転の場合は６番ピンです。

つまり、TA7291P １つあたり２本のピンについて電圧を

調整できる必要があります。



今回、TA7291P を２つ使いたいわけですから、

固定抵抗器有りの回路だとArduino UNO に PWM 対応ピンが

４つ必要になってしまい D3, D5, D6 の３つでは回路が組めません。



そこで、固定抵抗器を使わずに TA7291P の4, 5, 6番ピンの

３本で制御することを考えます。

TA7291P を３本のピンで制御する場合、4 番ピンの電圧だけで

スピード調整が可能です。

5 番、６番ピンはそれぞれ HIGH or LOW の組み合わせで

正転／反転を指定するだけです。

つまり、TA7291P を２つ制御するために Arduino UNO 側で必要な

ピンはPWM が２本、デジタルピンが４本ということが分ります。



USB Host Shield を使用している状態で Arduino UNO で使用可能なピンは

PWM が D3, D5, D6 の３本、デジタルピンが D0, D1, D2, D4 の４本ありますので

この構成であればギリギリ制御可能です。



なお、スピード調整せずに単に前進／後退／その場回転だけで良ければ

PWM は不要なのでこんなややこしいことを考える必要はありません。

モーター回転方向とキャタピラの動作

今回、制作を簡単にするためにキャタピラを使っていますが、

キャタピラには通常のタイヤにはない「その場回転」という動作があります。

モーターの動作とキャタピラの動作の関係をまとめると次のようになります。

• 直進
  
  左モーター：正転
  
  右モーター：正転


• 後進
  
  左モーター：反転
  
  右モーター：反転


• 左折
  
  左モーター：減速正転
  
  右モーター：正転


• 右折
  
  左モーター：正転
  
  右モーター：減速正転


• バック左折
  
  左モーター：減速反転
  
  右モーター：反転


• バック右折
  
  左モーター：反転
  
  右モーター：減速反転


• 左回転
  
  左モーター：反転
  
  右モーター：正転


• 右回転
  
  左モーター：正転
  
  右モーター：反転

プログラム

Wii リモコンの十字ボタンをキャタピラの動作方向に割り当てて、

Wii リモコン自体を横持ちした場合の左右傾きを右左折角度として使います。



それらの挙動を２個のモーターの制御で実現するプログラムは次のようになります。

Arduino IDE から Arduino UNO に書き込んでおきましょう。



実は、ビデオ撮影時のプログラムをうっかり保管し忘れていたので、

下記のコードはいま書きました。

実機でデバッグしていないため不具合ありましたらご指摘ください。

#include <Wii.h>
#include <usbhub.h>

#define  R_INR  3
#define  R_IN1  1
#define  R_IN2  2
#define  L_INR  6
#define  L_IN1  4
#define  L_IN2  5

USB Usb;
USBHub Hub1(&Usb);
BTD Btd(&Usb);
WII Wii(&Btd,PAIR);

void setup() {
Serial.begin(115200);

// Wii リモコンとの接続待ち
if (Usb.Init() == -1) {
Serial.print(F("\r\nOSC did not start"));
while(1); //halt
}
Serial.print(F("\r\nWiimote Bluetooth Library Started"));

// Arduino UNO の出力ピンを設定
pinMode(R_INR, OUTPUT);
pinMode(R_IN1, OUTPUT);
pinMode(R_IN2, OUTPUT);
pinMode(L_INR, OUTPUT);
pinMode(L_IN1, OUTPUT);
pinMode(L_IN2, OUTPUT);
}

void loop() {
Usb.Task();

// Wii リモコンとの接続が切れたら終了
if(!Wii.wiimoteConnected) { return; }
if(Wii.getButtonClick(HOME)) {
Serial.println("CLOSE");
Wii.disconnect();
return;
}

// Wii リモコン横持ちでの左右回転を 0～360 で取得
int pitch = Wii.getPitch();
int right = 0;
int left = 0;
if( 0 <= pitch && pitch <= 90 ){
right = constrain( map(pitch, 0, 45, 0, 255), 0, 255 );
}else if( -90 <= pitch && pitch <= 0 ){
left = constrain( map(pitch, 0,-45, 0, 255), 0, 255 );
}else if( 270 <= pitch ){
left = constrain( map(pitch, 360, 315, 0, 255), 0, 255 );
}

if(Wii.getButtonPress(UP)){
// Wii リモコンの上ボタンが押されたら両方のモーターを正転
digitalWrite(R_IN1, HIGH);
digitalWrite(R_IN2, LOW);
digitalWrite(L_IN1, HIGH);
digitalWrite(L_IN2, LOW);

// Wii リモコンが右に傾いている時は右を減速
// 左に傾いている時は左を減速
analogWrite(R_INR,255 - right);
analogWrite(L_INR,255 - left);
}else if(Wii.getButtonPress(DOWN)){
// Wii リモコンの下ボタンが押されたら両方のモーターを反転
digitalWrite(R_IN1, LOW);
digitalWrite(R_IN2, HIGH);
digitalWrite(L_IN1, LOW);
digitalWrite(L_IN2, HIGH);

// Wii リモコンが右に傾いている時は右を減速
// 左に傾いている時は左を減速
analogWrite(R_INR,255 - right);
analogWrite(L_INR,255 - left);
}else if(Wii.getButtonPress(RIGHT)){
// Wii リモコンの右ボタンが押されたら右モーターだけを反転
digitalWrite(R_IN1, LOW);
digitalWrite(R_IN2, HIGH);
digitalWrite(L_IN1, HIGH);
digitalWrite(L_IN2, LOW);
analogWrite(R_INR,255);
analogWrite(L_INR,255);
}else if(Wii.getButtonPress(LEFT)){
// Wii リモコンの左ボタンが押されたら左モーターだけを反転
digitalWrite(R_IN1, HIGH);
digitalWrite(R_IN2, LOW);
digitalWrite(L_IN1, LOW);
digitalWrite(L_IN2, HIGH);
analogWrite(R_INR, 255);
analogWrite(L_INR, 255);
} else {
// ボタンから手を放したら停止
digitalWrite(R_IN1, LOW);
digitalWrite(R_IN2, LOW);
digitalWrite(L_IN1, LOW);
digitalWrite(L_IN2, LOW);
analogWrite(R_INR, 0);
analogWrite(L_INR, 0);
}
}

レゴ

レゴはお好きなように組み立ててください。

問題はギヤボックスから出ているシャフトの太さが

レゴのキャタピラ用ギヤの軸の太さと全く合わない点です。



ホットボンドで穴を埋めるか、ミニ四駆等のピニオンギヤを

削り出すのが簡単です。

以上でラジコン完成です。

100行程度のプログラムで無線通信ラジコンが作れてしまう
Arduino の素晴らしさが伝わりましたでしょうか。



携帯を載せて撮影しても楽しいです。






子どもと一緒に遊ぶために作ったのに、

子どもから全力シカトされている点には突っ込み禁止です。


ギアボックスのシャフトとレゴのギヤを繋ぐための部品を3Dプリンタで出力してみました。



GitHubでソースコードを公開しました。