Rpibot：組み込みシステム学習向け低コスト拡張性モバイルロボット

このシンプルで低コストなモバイルロボットプラットフォームは、開発者が組み込みシステムを実践的に学ぶために作られました。

ドイツ自動車会社の組み込みソフトウェアエンジニアとして、このプロジェクトを学習プラットフォームとして開始。元プロジェクトは早期中止されたが、情熱で趣味として継続しRpibotが誕生しました。

明確な要件を設定：

• 最小限のソフトウェア中心ハードウェア
• オールインワン100ユーロ予算
• 将来モジュール向け組み込み拡張性
• 単一5V電源（USBパワーバンク等）で全コンポーネント駆動

プラットフォームは教育、監視、ロボット競技など多目的ですが、初心者向けチュートリアルではありません。Pythonプログラミング、電子工作、PID制御の基礎知識を前提とします。

課題は不可避ですが、好奇心と粘り強さで克服可能。ソースコードは意図的に簡潔にし、重要部分にコメントを付与。

完全なソースコードとハードウェア回路図はGitHubで公開：https://github.com/makerobotics/RPIbot

必要な材料：

メカニクス

• 1 × A4合板、厚さ4mm
• 3 × M4 × 80mmネジとナット
• 2 × エンコーダー用セカンダリ出力軸付きギアモーター（ホイール用）
• 1 × フリーホイール
• 1 × パン/チルトカメラマウント（オプション）

エレクトロニクス

• 1 × Raspberry Pi Zero（ヘッダーとカメラ付き）
• 1 × PCA 9685サーボコントローラー
• 2 × 光学エンコーダーホイールと回路
• 1 × メスジャンパーワイヤー
• 1 × USBパワーバンク
• 1 × DRV8833デュアルモータードライバー
• 2 × SG90マイクロサーボ（カメラパン/チルト用、オプション）
• 1 × MPU9250 IMU（オプション）
• 1 × HC-SR04超音波センサー（オプション）
• 1 × ユニバーサル基板、はんだ線、ヘッダー等

ステップ1：シャーシ構築

シャーシは意図的にシンプル、軽量、組み立て/分解が高速になるよう設計。

• 低コスト材料
• クイック組み立て
• 将来センサー追加余地
• 軽量で消費電力削減

合板はフレットソーとドリルで容易に加工可能。小さな木片を接着しセンサーとモーター取り付けポイント作成。重要部品はネジ固定し、フレーム全分解なしで交換/デバッグ可能。ホットグルーは便利だが長期使用で耐久性懸念。3Dプリントは代替案だがコストと時間がかかる。

フリーホイールは軽量で摩擦フリー、スムーズな動きを実現。メインホイール装着後、シンプルな木製スペーサーで後輪レベル調整。

ホイール特性（ソフトウェア計算用）

円周：21.5cm
エンコーダーパルス：20パルス/回転
分解能：≒1cm/パルス（距離計算簡素化）

ステップ2：エレクトロニクスと配線

以下モジュールを図示通り相互接続。

Raspberry Pi Zero – 中央コントローラー。センサー読み取り、PWMでモーター駆動。Wi-FiでリモートPCと接続。

DRV8833 – デュアルHブリッジモータードライバー。PiのGPIOピンでは供給できない十分な電流をモーターに供給。

光学エンコーダー – ホイール光路遮断毎に矩形波出力。Piのハードウェア割り込みで各遷移捕捉。

PCA 9685 – I²Cサーボコントローラー。PWM信号とパン/チルトサーボ用5V電源供給。

MPU9250 – 3軸加速度計、ジャイロスコープ、磁力計。主に方位情報用途。

全コンポーネントをジャンパーケーブルで配線。ブレッドボードを配電ハブとして5V、3.3V、グラウンドレール提供。接続表（添付参照）で全リンク詳細。5Vを3.3Vピンに直接接続しないよう注意。ブレッドボードセットアップ後、メイン電源電圧をマルチメーターで測定。

モジュールはナイロンネジでシャーシ固定、安定かつメンテナンス用に取り外し可能。

はんだ付けはモーター端子、ブレッドボード、ヘッダーピンのみ。ジャンパーワイヤーは便利だが緩みやすい；ソフトウェア診断で間欠接続特定可能。

出典：Rpibot – ロボティクス学習について