シンプルPiロボット - Raspberry Piで2WD自律ローバーを構築

シンプルPiロボットは、Raspberry Piを完全機能する自律移動プラットフォームへ変える実践ガイドです。ホビイストにも教育者にも、コンポーネント選定から制御コード記述、リアルタイム動画ストリーミングまで全ステップを解説します。

パーツリスト

• Raspberry Pi（全モデル対応、Pi B+またはPi Zero推奨）
• 40ピンGPIOリボンケーブル（Pi B+またはPi 2用）
• 標準ブレッドボード
• 2輪シャーシ（例：Ellipzo 2WDキット）
• 超音波距離センサー（HC-SR04）
• Pi用パワーバンク
• 充電式単3電池（2100mAh以上）
• オス/メスジャンパーワイヤー、抵抗
• Wi-Fiアダプター（EDUPまたはEDIMAX）
• 4GB以上microSDカード（OS用）
• L298デュアルモータードライバーボード
• サーボモーター（例：Futaba S3003）
• その他：ケーブルタイ、マウント用フォームテープ

ステップ1 – モータードライバー選定

L298は実績あるコスト効率の良い選択で、モーターとサーボ用に安定した5V供給を提供。速度制御用個別イネーブルピンもサポート。他にRTKモーターコントローラーシールド、Pololu DRV8835、Adafruit DC/ステッピングモーターハット等ありますが、L298のシンプルさが初心者に最適です。

ステップ2 – L298配線

ボードをシャーシに以下接続：

• DCモーターA：OUT-A+ → OUT-A-
• DCモーターB：OUT-B+ → OUT-B-
• サーボ：+5V（レギュレート済み） → Servo +、GND → Servo -
• イネーブルピン：ジャンパー装着でフル速度、外せばPWM速度制御可能
• 制御入力からPiのGPIOピンへ4本ジャンパーワイヤー接続（ピンアウト図参照）
• サーボ制御線を別GPIOピンに1本接続

ステップ3 – サーボ設定

サーボは定常5V電源とPWM制御信号が必要。本ビルドではFutaba S3003（4.8-6V）使用。DMA経由で信頼性高いサーボ制御可能なRPIO.PWMライブラリを採用：

sudo apt-get install python-setuptools
sudo easy_install -U RPIO 

詳細はRPIO.PWM参照。

ステップ4 – シャーシ組み立て

Ellipzo 2WDシャーシキット使用。モーター、パン/チルトサーボマウント、必要ハードウェアすべて同梱。キット指示に従いPi、L298、電源コンポーネント取り付け。

ステップ5 – HC-SR04距離センサー追加

VCCを+5V、GNDをグラウンド接続。TRIGとECHOをGPIOピンへ（例：18と17）。Echoラインに1kΩ抵抗追加でPi保護。距離測定Pythonスニペット：

TRIG = 18
ECHO = 17
# (GPIO初期化と測定実行) 

ステップ6 – カメラとライブストリーミング

公式Pi Cameraモジュール装着。VLCでストリーミング：

sudo apt-get install vlc 

RTSPでストリーム：

raspivid -o - -t 0 -n | cvlc -vvv stream:///dev/stdin --sout '#rtp{sdp=rtsp://:8554/}' :demux=h264 

任意デバイスでVLC開きrtsp://<PI-IP>:8554/で視聴。

ステップ7 – ピンアウトとPython制御コード

以下フルPythonスクリプトでロボット動作、距離検知、サーボ制御。RPi.GPIOでモーターロジック、RPIO.PWMでサーボPWM使用。

from RPIO import PWM
import RPi.GPIO as GPIO
import time
from subprocess import call

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
# GPIOピン設定
GPIO.setup(19, GPIO.OUT)
GPIO.setup(26, GPIO.OUT)
GPIO.setup(16, GPIO.OUT)
GPIO.setup(20, GPIO.OUT)
GPIO.setup(21, GPIO.IN)
GPIO.setup(8, GPIO.OUT)
GPIO.setup(27, GPIO.OUT)
GPIO.setup(9, GPIO.OUT)
TRIG = 18
ECHO = 17

# 移動関数
def fwd():
    GPIO.output(19, True)
    GPIO.output(26, False)
    GPIO.output(16, True)
    GPIO.output(20, False)
# (他の移動・センサー関数は簡潔化のため省略)

while True:
    inp = raw_input()
    if inp == "1":
        fwd()
        print("robot moving forward")
    # ... (他コマンド処理)
GPIO.cleanup() 

ステップ8 – 組み立て写真

配線、マウント、最終組み立ての視覚ガイドとして添付画像を参照。

完全なソースコードと追加リソースはオリジナルSimple Pi Robotページで公開。