R2D2Pi：空のR2D2おもちゃをRaspberry Pi搭載ロボットに変身

R2D2Piは、空っぽのJAKKS Pacific製R2D2おもちゃシェルにRaspberry Pi Zero W、カスタム3Dプリントパーツ、安価な市販電子部品を組み込み命を吹き込むDIYプロジェクトです。

ストーリー

娘がプラスチック製R2D2を購入し動くものと思っていたが、中身は単なるシェルだった。それを動かすべく、3DプリントとRaspberry Piハッキングの情熱を注ぎ込みました。

元のおもちゃに可動部は一切なし。3Dプリンターでヘッドギア、脚アクチュエーター、マウントブラケットを設計・出力。

ギアードDCモーター（eBay調達）でヘッド駆動。DRV8833 Hブリッジで制御し、PCA9685 I²C PWMドライバーで電源供給。3つの光学スイッチがヘッド移動限界を検知しPiのGPIOに接続。

市販リチウムセルパック（5V出力）を流用。内蔵充電器を取り外し、セルをマウント、充電レベル表示用LEDアレイ（4段階）、電源オン/オフ回路を追加。大電流デバイスは電圧降下防止で5Vレール直結。

Raspberry Pi Zero W、PCA9685ボード、DRV8833コントローラーをシェル内のアダプターにマウント。カスタムPCBにスピーカー、ユーザーボタン、電源管理回路を集約。

右脚はドライバーを取り外したHS-422モーターで持ち上げ。カムと光学インタラプターで最下位置を検知。モーターとドライブは5Vレールから給電。

不良クリスマスライトから回収した4個のLED（赤2、緑1、青1）をユニバーサル基板にはんだ付けし、取り付け穴に合わせて配置。

安価な電池駆動スピーカー（内蔵アンプ付き、元は単4電池3本駆動）を改造しシェル内に接着。音声はRaspberry Pi Zero経由で出力。

2つのプッシュボタンスイッチを3Dプリントスペーサーにマウントし、ユニバーサル基板で接続。クリーンでタッチ感のあるインターフェースを実現。

ラッチングプッシュボタンでPiのオン/オフ制御。PiのGPIO 4がボタン監視しグレースフルシャットダウンをトリガー。電源オフ時はPCA9685とDRV8833を無効化、ソフトウェア起動時に有効化。DRV8833は両DCモーター、スピーカー、光学スイッチを制御、PCA9685はLEDアレイ駆動。

Pi Zeroの音声出力対応のため外部回路を追加。詳細は同梱回路図参照。

Node-REDで制御、以下のノードを使用：

バッテリーマウント、ボタンハウジング、Raspberry Pi筐体の詳細設計はリンク先ファイルで公開。

R2D2Pi – ロボットホビイストへの入り口。

製造プロセス