BLE Bot 9000 - Arduino 101で作るBluetooth制御4WDロボットキット

必要な部品と材料

Arduino 101（内蔵BLE搭載）	×1
Adafruit Motor/Stepper/Servo Shield v2.3キット	×1
SparkFun Multi-Chassis 4WDキット（ベーシック）	×1
Adafruit 6×AA電池ホルダー（5.5/2.1mmプラグ付き）	×1
5×AA電池ホルダー（ロボットキット付属）	×1
コンポーネントパック（スタンドオフ、ネジ、配線、ベルクロ、単三電池等）	×1
単三電池	×11本

必要な工具

• はんだごて
• はんだ
• プラスドライバー（SparkFunキット付属）

使用アプリとオンラインサービス

• Arduino IDE
• Johnny-Five（Node.jsロボティクスフレームワーク）
• Arduino Firmata

プロジェクト概要

重要な注意事項

更新情報（2016/12/5）: 右側の「Known Issues」を必ず確認してください。キットのバリエーションによって既知の問題や欠品があります。

Arduinoを破損させないために: モーターシールドのVINジャンパーは必ず外してから作業を開始してください。詳細は「電源供給」を参照。

イントロダクション

Arduino 101の内蔵BLEチップを使用し、ラップトップから小型4WDロボットを制御します。制御をPC側に移すことで、コンピュータビジョン、自律走行、高度なフィードバック制御（PID）など、プロセッサー集約型の制御手法が可能になります。

ハードウェア組み立て

1. シャーシ組み立て: 付属説明書に従って組み立て。Arduino 101はスタンドオフでトッププレートに取り付けてからシャーシに固定。
2. モーターシールド組み立て: ヘッダーピンのはんだ付けが必要。女性ヘッダー付属の場合はそれを使用。Bluetoothロゴ横の6ピングリッド女性ヘッダーは最後に取り付け（Arduino 101に挿してからシールドを載せ、男性側を半田付け）。
3. モーター配線: ジャンパーワイヤーでモーターをシールドの出力端子に接続。黄色＝正極（実モーターは赤）、緑＝負極（実モーターは黒）。
4. VINジャンパー確認: 必ず外してください。
5. 電源接続: 5本用AA電池ボックスをモーターシールドの電源端子に接続（極性注意）。
6. Arduino用電源: 6本用AA電池ホルダーにバレルジャックを半田付け（赤＝センター、黒＝アウター）、Arduino 101の電源ジャックに接続。
7. バッテリー固定: 6本用ホルダーをベルクロでロボット後部に固定。

ソフトウェア概要

制御システムは2つの主要部分で構成：

1. Firmataサーバースケッチ（Arduino 101側）: PCからArduinoピンにアクセス可能にし、モーターシールド経由でモーター制御。双方向通信対応でセンサーデータもPCに送信可能。
2. Firmataクライアント（PC側）: Johnny-Five（Node.jsベースのロボティクス/IoTプラットフォーム）のFirmataクライアントを使用。Adafruit Motor Shield設定も内蔵。

接続にはble-serial（Node.js BLEシリアルライブラリ）、キーボード入力にはkeypressを使用。

Arduinoスケッチの書き込み

1. Arduino IDEをインストール
2. Boards Managerで「Intel Curie Boards」をインストール
3. Arduino 101をUSB接続、ボードとポートを選択
4. ライブラリマネージャーで「Adafruit Motor Shield v2」をインストール
5. テスト用スケッチ（a101_motortest）でモーター動作確認（書き込み直後からホイールが回転します！）
6. File → Examples → Firmata → StandardFirmataBLE を書き込み

PC側環境構築

1. Python 2.7.13をインストール（bluetooth-hci-socketコンパイル用）
2. Node.jsをインストール
3. プロジェクトフォルダ作成し、管理者権限でNode.jsコマンドプロンプトを開く
4. Windows 10の場合: npm install --global --production windows-build-tools
5. 必要パッケージインストール:

   npm install johnny-five
   npm install keypress
   npm install ble-serial
   npm install bluetooth-hci-socket
   

6. 制御コードをGitHub（Firmata-BLE-Bot）から取得

実行方法

両バッテリーを接続し、プロジェクトフォルダで：

node control.js

接続成功時: 1476382259569 Connected [object Object]

操作キー: W 前進、S 後退、A 左旋回、D 右旋回

Blynk版（代替制御方法）

Node.js/Firmataがうまくいかない場合、Blynkライブラリでスマホから制御可能。

1. BlynkライブラリをArduino Library Managerからインストール（v0.4.7時点）
2. スケッチ（a101_blynk_base）を書き込み
3. Blynkアプリでインターフェース作成

既知の問題

• 欠品: 6×AAホルダーとバレルジャック、タンクキットはモーター2個のみ
• タンクキットの電源問題: 付属電池ボックスでは駆動不足。バンド除去、2S LiPo（7.4V）使用、またはIntel USBバッテリーでArduino 101給電が対策
• Bluetooth/BLE問題: Bluetooth 4.0+、Windows 8.1+が必要。ドライバー/ハードウェア依存で動作しない場合あり。スマホの方が相性良好
• Arduino 101への給電不足: BLEが不安定になるため、5V 2A以上のUSB電源推奨
• ネジ互換性: コンポーネントキットのネジ頭が大きすぎる。ロボットキットの銀ネジと入れ替え、またはベルクロで固定
• ライブラリバージョン: Firmata 2.5.3以上必須（それ未満はStandardFirmataBLEなし）

ワークショップ用短縮リンク

• このチュートリアル: bit.ly/blebot1
• DCモーターテストスクリプト: bit.ly/blebot2
• Blynkスマホ制御: bit.ly/blebot3

コード

• タッチスクリーン制御版（Expressサーバー使用、上級者向け）: https://github.com/monofuel/blebot9000
• ロボット制御コード: https://github.com/martinkronberg/Firmata-BLE-Bot

回路図

シャーシ組み立てPDF