ラジコンカーをBluetooth操作ロボットに改造する方法

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	SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 3.3V/8MHz	×	1
	Texas Instruments Dual H-Bridge motor drivers L293D	×	1

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このプロジェクトについて

RCカーはハックするのに最適で、安価にロボットのシャーシとして使えますが、種類が多すぎて選定が大変です。弟の誕生日プレゼントとして、何か本当にクールなものを作りたくて、このRCカー改造にたどり着きました。RCカーハックは簡単でもあり難しくもあります。RCカーの作りが千差万別で、定まったハック手法がないからです。でもこのハックは汎用的です。各パーツとモジュールの基本と理論もカバーします。モジュールを使っていますが、Pro Mini以外は自作回路にも挑戦してみてください。

Pro Miniは小さすぎて最初は扱いにくかったですが、楽しかったです。

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ステップ1：適切なシャーシを選ぶ

パーツリスト

• Pro Mini
• L293Dモジュール
• HC-05（Bluetoothモジュール）
• RCカー

適切なシャーシ選び

シャーシ選びは駆動方式の問題です。多くの駆動方式がありますが、最もポピュラーな2つを解説します。

ディファレンシャルドライブ（差動駆動）とは？

「差動」とは2つのエンティティの差を意味し、ロボティクスでは2つのモーターの回転速度差を指します。この速度差に基づき、ロボットを2D平面上のあらゆる方向に動かせます。

2つのモーターが一直線上に、互いに反対側に車輪を接続されている場合（1本のシャフトに車輪ペアが接続されているような状態）、各モーターの回転速度が進行方向を決めます。両車輪が同速なら差はゼロ、直進します。両モーターの回転方向を反転させれば後退、速度差がゼロなら直線後退です。片側モーターの速度を変えると直進から外れます。例えば右モーターを遅くすれば速度差が生じ、右折します。さらに遅くすれば右折角度は鋭くなります。左折も同様です。

結論：右モーターが遅い→鋭い右折、左モーターが遅い→鋭い左折。M1（左）、M2（右）としていくつかのシナリオを示します。

ステアタイプドライブ（自動車型駆動）

ステアタイプドライブとは？

実世界で最も一般的ですが、ロボット界ではマイナーです。駆動輪ペアと操舵輪ペアが別々にあり、並進と回転が独立しています。しかし並進と回転は相互に関連するため、深刻な経路計画問題を抱えます。4輪は3輪や2輪より効率的です。前2輪で操舵、後2輪で駆動という構成が一般的。4輪ロボットのバランスは問題になりません。日常の自動車が4輪で、その存在と能力を証明しています。

自動車型駆動の欠点： 操舵機構の精密制御が必須。わずかな不正確さが大きなオドメトリ誤差を招く。非ホロノミック系のため経路計画が極めて困難かつ不正確。直接的な方向アクチュエーターがない。

以上の理由から、シンプルで扱いやすいディファレンシャルドライブの採用がベターです。

ステップ2：モーターを制御する

モーターを制御するには、モータードライバーと呼ばれるものが必要です。

モータードライバーとは？

モータードライバーは小さな電流増幅器です。低電流制御信号を受け取り、モーターを駆動できる高電流信号に変換するのが役割です。

多くのモータードライバーがありますが、ここではL293Dモータードライバーモジュールを使用します。

L293Dは、正逆両方向にDCモーターを駆動するためのモータードライバーICです。16ピンICで、2つのDCモーターを同時制御できます。L293D自体は5Vで動作し、モーター駆動用の外部電源（最大36V、最大600mA）が必要です。典型的なHブリッジ回路で動作し、高電圧をどちらの方向にも流せます。1つのL293D ICに2つのHブリッジ回路があり、2つのDCモーターを独立制御できます。

L293Dピン配置

ピン	機能	備考
1	Enable 1,2	モーター1イネーブル；アクティブハイ
2	Input 1	モーター1 入力1
3	Output 1	モーター1 出力1
4	Ground	GND (0V)
5	Ground	GND (0V)
6	Output 2	モーター1 出力2
7	Input 2	モーター1 入力2
8	Vcc 2	モーター用電源；9-12V（最大36V）
9	Enable 3,4	モーター2イネーブル；アクティブハイ
10	Input 3	モーター1 入力3
11	Output 3	モーター1 出力3
12	Ground	GND (0V)
13	Ground	GND (0V)
14	Output 4	モーター1 出力4
15	Input 4	モーター1 入力4
16	Vcc 1	ロジック用電源；5V（最大36V）

ステップ3：アプリについて

操作アプリは多数ありますが、自作しました。ロジックはシンプル：ボタン押下時にBluetooth経由で文字を送信し、Arduinoが処理します。

文字コマンドと機能

文字	機能
X	ニュートラル（停止）
F	前進
B	後進
L	左折
R	右折

ステップ4：全パーツを接続する

接続はシンプルです。以下の通り：

Bluetoothモジュール（HC-05）

HC-05    Arduino
Vcc      5V
Gnd      GND
Rx       Tx
Tx       Rx

モータードライバー（L293D）

Motor Driver    Arduino
Pin 2 (In1)     Pin 8
Pin 7 (In2)     Pin 7
Pin 10 (In3)    Pin 6
Pin 4 (In4)     Pin 9
Pin 3,6 (Out1,2) Motor 1
Pin 11,14 (Out3,4) Motor 2
Pin 1 (En 1,2)  5V
Pin 9 (En 3,4)  5V

ステップ5：コーディング

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(8, OUTPUT);
  pinMode(7, OUTPUT);
  pinMode(9, OUTPUT);
  pinMode(6, OUTPUT);
  pinMode(5, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
  digitalWrite(4, LOW);
  digitalWrite(5, LOW);
}

void loop() {
  char var = Serial.read();
  if (var == 'F') {
    digitalWrite(6, LOW);
    digitalWrite(7, HIGH);
    digitalWrite(8, LOW);
    digitalWrite(9, HIGH);
  }
  if (var == 'H') {
    digitalWrite(frled1, HIGH);
  }
  if (var == 'B') {
    analogWrite(speeden, 150);
    digitalWrite(6, HIGH);
    digitalWrite(7, LOW);
    digitalWrite(8, HIGH);
    digitalWrite(9, LOW);
    digitalWrite(bcled1, HIGH);
  }
  if (var == 'X') {
    digitalWrite(9, LOW);
    digitalWrite(8, LOW);
    digitalWrite(7, LOW);
    digitalWrite(6, LOW);
    digitalWrite(frled1, LOW);
    digitalWrite(bcled1, LOW);
  }
  if (var == 'L') {
    digitalWrite(6, LOW);
    digitalWrite(7, LOW);
    digitalWrite(8, HIGH);
    digitalWrite(9, LOW);
  }
  if (var == 'R') {
    digitalWrite(6, HIGH);
    digitalWrite(7, LOW);
    digitalWrite(8, LOW);
    digitalWrite(9, LOW);
  }
}

このプロジェクトを楽しんでいただけたら幸いです。また近いうちに面白いプロジェクトを投稿予定なので、フォローして更新を受け取ってください。Facebookページもよろしく：https://www.facebook.com/makewithRex/

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回路図