Bluetooth対応 Arduino制御 モータライズド カメラ スライダー 〜滑らかなシネマティック撮影を実現〜

プロジェクト概要

趣味で動画撮影を楽しむ方にとって、市販のモータライズド カメラ スライダーは高価です。そこで、Bluetoothでワイヤレス制御できる自作スライダーを製作しました。本チュートリアルでは、設計から組み立て、プログラミング、スマホアプリによる操作まで、全工程を詳しく解説します。

主な特徴

• Bluetoothワイヤレス制御：自作Androidアプリ（MIT App Inventor製）で速度、移動距離、加減速、遅延スタートなどを直感的に操作
• 高精度ステッピング制御：NEMA17ステッピングモーター＋A4988ドライバーにより、1/16マイクロステップまで対応し、超滑らかな動作を実現
• レール長フリー対応：アプリ側でレール長（最大10m）を設定可能。自動でステップ数を計算し、エンドストップ衝突を防止
• ファブリケーション向け設計：OpenBuilds標準パーツ（V-Slot 2040等）を採用し、3Dプリントパーツと組み合わせて誰でも製作可能
• 専用シールド基板：PCBWay製カスタムシールドで配線を簡素化。Arduino Unoに載せるだけで完成

必要な部品と材料

電子部品

部品	数量	備考
Arduino Uno	1	制御用メインボード
PCBWay製カスタムシールド基板	1	設計データ公開中
バイポーラ NEMA17 ステッピングモーター	1	ステップ角 1.8°、12V推奨
A4988 ステッピングモータードライバー	1	1/16マイクロステップ対応
HC-05 Bluetoothモジュール	1	マスター/スレーブ両対応、シリアル通信
12V 3A リチウムイオン充電池	1	モーター駆動用電源

メカニカルパーツ（OpenBuilds系）

部品	数量	備考
V-Slot 20×40 リニアレール	1	希望の長さ（例：500mm〜1000mm）
ソリッド Vホイール キット	4	ベアリング、シム、ロックナット含む
ドロップイン Tナット	4	レール固定用
エキセントリック スペーサー	2	ホイール締め付け調整用
9mm アルミスペーサー	2	カメラプレート固定用
3mm アルミスペーサー	2	エキセントリック側用
M5 低頭ネジ 20mm（ナット付）	4	レッグ固定用
M5 低頭ネジ 10mm	4	レッグ固定用
M3 六角穴付ネジ 16mm（ナット付）	8	モーター・基板固定用
8mm センタリング ピロー フランジ ブロック ベアリング	2	アイドラー側シャフト支持用
GT2 8mmボア 20T タイミングプーリー（アルミ）	1	アイドラー側用
8mm リニアシャフト（60mm）	1	アイドラー側回転軸
GT2 5mmボア 20T タイミングプーリー（アルミ）	1	モーターシャフト用
GT2 6mm オープン タイミングベルト	1	レール長に合わせて調整

工具・ソフトウェア

• 3Dプリンター（0.2mm層高、20%インフィル／レッグ部50%）
• Autodesk Fusion 360（CAD設計）
• Autodesk Eagle（基板設計）
• Arduino IDE
• MIT App Inventor（Androidアプリ作成）

機械設計と3Dモデリング

Fusion 360で設計。世界中で入手しやすいOpenBuildsハードウェアを採用し、メーカーや地域を問わず調達可能にしています。

駆動機構

• V-Slot 2040レール上を4つのDelrin Vホイールで走行
• NEMA17モーター（左レッグ）とアイドラープーリー（右レッグ）の間にGT2ベルトを張り、回転運動を直線運動に変換
• アイドラー側は8mmシャフトを2個のピローブロックベアリングで支持
• カメラプレート中央に1/4インチ標準三脚ネジ穴を配置

3Dプリントパーツ

全パーツを0.2mm層高、20%インフィルで出力。左右のレッグのみ強度確保のため50%インフィル推奨。STLファイルはThingiverseで公開中。

組み立て手順

1. Vホイールキットの組み立て

ゴムホイールにベアリング→精密シム→ベアリングの順で圧入し、ロックナットで固定。4セット作成します。

2. カメラプレートとホイールの取り付け

右側2輪は9mmスペーサー、左側2輪はエキセントリックスペーサー＋3mmスペーサーで取り付け。プレートをレールに載せ、ガタがあればエキセントリックナットで調整。

3. レールとレッグの結合

レール両端にドロップインTナットを各2個挿入し、左右のレッグを固定（M5×10mmネジ）。

4. モーターマウントの取り付け

NEMA17を専用プレートにM3×16mmで固定し、左レッグ上面に取り付け。モーターシャフトにGT2 5mmボアプーリーをセットスクリューで固定。

5. アイドラーユニットの組み立て

右レッグ上下プレートにピローブロックベアリングを各1個ずつM5×20mmで固定。8mmシャフトを通し、GT2 8mmボアプーリーをセットスクリューで固定。

6. タイミングベルトの張り付け

モータープーリーとアイドラープーリーにベルトを掛け、カメラプレートでテンション調整して固定。

7. 制御基板の収納

カスタムシールドをArduino Unoに装着し、専用エンクロージャに収納。左レッグにM3×16mmで固定、蓋を閉じて完了。

電子回路と配線

A4988ドライバーのピン機能

ピン	機能	備考
VMOT, GND	モーター駆動電源	8〜35V、12V接続時は100µFコンデンサ必須
2B, 2A / 1A, 1B	モーターコイル出力	各コイル最大2A
VDD, GND	ロジック電源	3〜5.5V、VMOTとは独立
EN	イネーブル（Active Low）	LOWで有効、デフォルトLOW
MS1, MS2, MS3	マイクロステップ選択	全開放でフルステップ
RST, SLP	リセット/スリープ	Active Low、デフォルトSLP=HIGH
STP, DIR	ステップ/方向入力	Arduino D2/D3に接続

マイクロステップ設定表

MS1	MS2	MS3	分解能
Low	Low	Low	Full Step
High	Low	Low	Half Step
Low	High	Low	Quarter Step
High	High	Low	Eighth Step
High	High	High	Sixteenth Step

配線図

カスタムシールド基板により、ジャンパー線なしで全結線完了。HC-05はArduinoのTx/Rx（D0/D1）とクロス接続（Tx→Rx, Rx→Tx）、VCC/GNDは5V/GNDへ。

ソフトウェア

Arduinoライブラリ

AccelStepper（Mike McCauley作）をライブラリマネージャからインストール。オブジェクト指向でステッピング制御が可能。

テスト用スケッチ（基本動作確認）

#include <AccelStepper.h>
#define stepPin 2
#define dirPin 3

AccelStepper stepper(AccelStepper::DRIVER, stepPin, dirPin);

void setup() {
  stepper.setMaxSpeed(100);
  stepper.setAcceleration(20);
  stepper.moveTo(500);
}

void loop() {
  if (stepper.distanceToGo() == 0)
    stepper.moveTo(-stepper.currentPosition());
  stepper.run();
}

本番用スケッチ（Bluetooth制御対応）

アプリから2バイトのコマンドを受信し、以下の機能を実装：

• 左右移動（ホーミング位置に基づく方向制御）
• 速度設定（1〜4000 steps/sec）
• 加減速設定（5段階：Very Low〜Very High）
• 移動距離設定（1cm〜1000cm）
• 遅延スタート（15秒）
• マイクロステップモード選択（1/4=Smooth / 1/16=Very Smooth）
• ホーミング位置設定（左端/右端）
• 緊急停止＆原点復帰

起動時セットアップフェーズでは、ホーミング位置・マイクロステップ・レール長の3パラメータをアプリから受信し、移動ステップ数を自動計算：

// 1/4マイクロステップ時
steps = (6100L * railLength_cm) / 50L;
// 1/16マイクロステップ時
steps = (25000L * railLength_cm) / 50L;

Androidアプリ（MIT App Inventor製）

オープンソースで公開。主なUI要素：

• 接続ボタン（HC-05とペアリング）
• セットアップウィザード（マイクロステップ→レール長→ホーミング位置）
• 左右矢印ボタン（移動開始）
• 停止ボタン（原点復帰）
• 速度スライダー、加速度スピナー、移動距離入力、遅延スタートチェックボックス

使い方ガイド

1. 12V電源を接続し、スマホのBluetoothでHC-05とペアリング（PIN: 1234または0000）
2. アプリ起動、「Press here to connect」でHC-05選択
3. セットアップ：マイクロステップモード選択 → レール長(cm)入力 → ホーミング位置選択（カメラプレートをどちらの端に置いたか）
4. 設定確認後OKでメイン画面へ。矢印ボタンで移動開始、停止ボタンで原点復帰

トラブルシューティング

• プレートがレール端で衝突する：ホーミング位置設定が実際の位置と逆、またはマイクロステップ設定不一致
• 動作がカクカクする：A4988のVREF電圧調整不足（モーター定格電流に合わせて調整）
• Bluetooth切断が多い：HC-05アンテナにλ/4（約31.2mm）の銅線をハンダ付けして延長

カスタム基板（PCBWay製）

Arduino Unoシールド形状。A4988ソケット、HC-05ソケット、電源入力、モーター出力、電流検知抵抗（0.1Ω）をオンボード化。PCBWayで5ドル程度で製造可能。設計データ・発注ページ

まとめ

市販品の1/10以下のコストで、プロ級の滑らかなカメラスライダーが自作できます。3Dプリンターと基本的な工具があれば誰でも製作可能。コードとアプリはオープンソースなので、機能拡張（タイムラプスモード、キーフレームアニメーション等）も自由自在です。