サウロン製作記：Arduino Mega 2560 製セミヒューマノイドロボット完全ガイド

必要な部品と材料

部品名	数量
Arduino Mega 2560	1
1Sheeld（スマホ連携シールド）	1
Android デバイス（スマートフォン）	1

必要な工具と機器

• レーザーカッター（3mm 合板、バルサ材、アクリル等の加工用）

アプリとオンラインサービス

• Arduino IDE
• 1Sheeld アプリ（Google Play）
• 1Sheeld ライブラリ

プロジェクト概要

『指輪物語』のサウロンを模した、人間サイズのセミヒューマノイドロボットを製作します。3 自由度（3 DOF）のアーム ×2、3 DOF のヘッド、固定ベースで構成され、以下の 3 モードで動作します（2 つのタクトスイッチで切替）：

1. スタンバイモード：イベント展示用。注目を集める動作シーケンスを自動再生
2. ゲームパッドモード：1Sheeld の Gamepad シールドで来場者が手動操作
3. 模倣モード：スマホを装着したグローブを着用し、加速度・ジャイロセンサーで腕の動きをロボットに模倣させる（映画『リアル・スティール』のアトム風）

ニューヨーク・メイカーフェア出展を目的に、子供たちに Arduino や 1Sheeld 等の最新技術で映画キャラを作る楽しさを伝える作品です。CAD 図面、回路図、Arduino コード、レーザーカッター用 DXF ファイル等、全データを公開しています。

ステップ 1: ヘッドの製作

xyzbot のオープンソースロボットヘッド「Fritz」をベースに採用。レーザーカッターで 3mm 合板をカットし組み立て。今回はコスト・時間削減のため、3D プリントパーツ（目、まぶた、眉、唇）は省略しています。組み立て手順は添付動画を参照（ベース、目の 3D パーツ、眉、唇の手順はスキップ）。

ステップ 2: ボディの製作

携帯性を重視し、アーテロンロッド（アルミ複合材）と 3mm 合板でフレームを構築。舌溝継ぎ（タング・アンド・グルーブ）で胴体・肩・首・背中を接合。M4×20mm ネジで木製フレームとアーテロン骨格を、M12×30mm で骨格とベースを固定。サーボは M4×10mm で固定。

アーテロン骨格は 5 パーツで構成：

• 基本ロッド（φ50mm）
• スケルトン（φ25mm）
• 幅ロッド ×3（φ15mm、胴体・背中・スケルトン連結用）

ステップ 3: ベースの製作

SolidWorks で設計。6mm 鋼板製で軽量化穴を設け、M12×30mm でアーテロン骨格と固定。机への固定は 3 箇所のネジ穴または 4 インチ C クランプで対応。DXF ファイル提供。

ステップ 4: アームの製作

最大の課題だったアームは「モジュール化・着脱容易・汎用性」を目標に設計。前腕ジョイントを共通化し、剣・フック・グリッパー等を交換可能。3mm 合板フレーム、アルミパンチルト（肩）、バルサ材（武器）を使用。SolidWorks でトルク計算（必要 3kg/cm 以上）を行い、余裕を持って大型サーボを採用。前腕ジョイントは Autodesk 123D Make でスライス分割し、レーザーカッターで加工。

ステップ 5: サウロン風ヘルメット＆アーマー（コスプレ）

友人のカリーム氏協力でコスプレパーツを製作。Sauron Cosplay、Sauron Cosplay Helmet を参考にロボット寸法へ調整。

ステップ 6: 電子回路

• Arduino Mega + 1Sheeld で全サーボ（アーム 6軸、ヘッド 3軸）を制御
• 5V/5A 電源でサーボと Arduino を給電
• ブレッドボードで全サーボの VCC/GND を電源と共通化
• 1Sheeld でスマホのセンサー・機能を活用：
  • Gamepad シールド：画面上のジョイスティックで手動操作
  • Orientation シールド：グローブ固定スマホの姿勢をサーボ角度にマッピング
  • Music Player シールド：口可動に合わせサウロン音声を再生
  • Toggle Button シールド：物理ボタン代わりにモード切替
  • Terminal シールド：Bluetooth 通信中は PC シリアルモニタ不可のため、デバッグ用に使用

ステップ 7: Arduino コード

1Sheeld ライブラリ導入後、UART スイッチを「アップロードモード」（1Sheeld ロゴから離す）にしてスケッチ書き込み、書き込み後「動作モード」（ロゴ側へ戻す）に戻すのが重要。1Sheeld アプリで Gamepad、Orientation、Music Player、Toggle Button、Terminal シールドを有効化し、複数シールドアイコンをタップして接続。

コードの主な構成：

• 9 個のサーボオブジェクト（右腕 3、左腕 3、首横・首縦、口）
• 割り込みでモード切替フラグを管理（ピン 2: ゲームパッド、ピン 3: 模倣）
• standbyMode()：9 段階のポーズシーケンスをループ、各ポーズで口可動＋音楽再生
• gamePadMode()：Gamepad ボタン（上下左右、赤橙緑青）に対応したポーズを即時実行
• imitationMode()：スマホの Y 軸（-90〜90°）を左腕モーター1に、Z 軸（-70〜70°）を左腕モーター2/3にマッピング

ステップ 8: ニューヨーク・メイカーフェアでの展示

多数の来場者と交流し、3 モードすべてでデモンストレーションを実施。写真多数掲載。

ステップ 9: 今後の展望

• 組み立て動画の撮影・公開
• ヘッドの完全版化（残りのモーター追加、目パーツ 3D プリント）
• 固定ベースをメカナムホイール 4 輪ベースへ置き換え、自律移動化（SolidWorks 設計済み、統合未着手）

コード（抜粋）

#define CUSTOM_SETTINGS
#define INCLUDE_GAMEPAD_SHIELD
#define INCLUDE_MUSIC_PLAYER_SHIELD
#define INCLUDE_TERMINAL_SHIELD
#define INCLUDE_ORIENTATION_SENSOR_SHIELD

#include 
#include 

Servo rightArm_M1, rightArm_M2, rightArm_M3;
Servo leftArm_M1, leftArm_M2, leftArm_M3;
Servo neckH, neckV, mouth;

const int modePin1 = 2, modePin2 = 3;
volatile bool gamepadEn = false, imitationEn = false;

void setup() {
  OneSheeld.begin();
  pinMode(modePin1, INPUT); pinMode(modePin2, INPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(modePin1), gampadISR, CHANGE);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(modePin2), imitationISR, CHANGE);
  
  rightArm_M1.attach(4); rightArm_M2.attach(5); rightArm_M3.attach(6);
  leftArm_M1.attach(7); leftArm_M2.attach(8); leftArm_M3.attach(9);
  neckH.attach(10); neckV.attach(11); mouth.attach(12);
  // ホームポジション設定...
}

void loop() {
  if (digitalRead(modePin1)) gamePadMode();
  else if (digitalRead(modePin2)) imitationMode();
  else standbyMode();
}

// standbyMode: 9ポーズのシーケンス、割り込みチェック挟みながら実行
// gamePadMode: GamePad.isUpPressed() 等でボタン判定、即時ポーズ適用
// imitationMode: OrientationSensor.getY()/getZ() を map() でサーボ角へ変換
// ISR: モードフラグの排他制御

回路図

Arduino Mega、1Sheeld、9 サーボ、電源、モード切替スイッチの接続図。