ArduinoとBluetoothでレゴ パワーフンクションを完全制御

必要な部品と材料

Arduino UNO	×1
Texas Instruments L293D デュアルHブリッジドライバー	×1
ブレッドボード	×1
9V バレルジャックコネクター	×1
レゴ パワーフンクション延長ケーブル（品番8886）	×3
HC-05 Bluetoothモジュール	×1

プロジェクト概要

レゴ パワーフンクション（モーター、サーボ）搭載モデルをお持ちですか？このチュートリアルでは、最小限の電子部品でArduinoからレゴモデルを制御する方法を、初心者にもわかりやすく解説します。MIT App Inventorで自作Androidリモコンアプリも作成。あなたの裏庭にレゴ火星探査車が誕生します！

筆者の最初のArduinoプロジェクトです。息子のレゴテクニックカー（9398 4×4クローラー、サーボ1個でステアリング、Lモーター2個で走行）を使用（モーターケーブルは切断せずに延長ケーブルで接続）。完成プロトタイプのテスト動画を参照。

パワーフンクション配線の理解

まずレゴ パワーフンクション延長ケーブル（品番8886）を購入し、切断します（「ブレイクアウト」ケーブルを作るため）。片側はレゴコネクター、もう片側はピンヘッダーにします。

• GND: バッテリーボックスのマイナス端子（アノード）
• C1, C2: 極性切替でモーター/サーボの正逆制御

詳細な解説動画: TechnicRobotのYouTube動画参照。（自己責任で実施。破損等の責任は負いません。）

• サーボ用コネクター（ライトグレー）: 4線すべてにピンをはんだ付け
• 電源用コネクター（ダークグレー、オス）: +9VとGNDのみ使用（バッテリーボックス接続用）
• モーター用コネクター（ライトグレー）: C1, C2のみ使用

L293Dチップでレゴモーターを制御

DCモーターは可変速度制御、サーボは位置制御が必要。両方ともPWM（パルス幅変調）で実現。ArduinoではanalogWrite(pin, dutyCycle)（dutyCycle: 0〜255）で簡単。PWMピンは「~」印あり。

Arduino出力は5V/最大30mAだが、レゴモーターは9V/100mA以上必要。間に「スイッチングデバイス」が必要。正逆制御も必要。これらはHブリッジで解決。L293Dは1チップに2つのHブリッジを内蔵。片側にモーター2個（並列）、もう片側にサーボ1個を接続可能（モーターを独立制御するならL293Dをもう1個追加）。

重要: L293D内部でレゴ9V系とArduino 5V系は完全分離。**決して接続しないこと**（破損の原因）。ただし**すべてのGNDは共通接続**すること（L293DのGNDピンも含む）。

Arduinoピン割り当て:

• モーター速度: ピン9（PWM）、方向: ピン2, 5
• サーボ位置: ピン3（PWM）、方向: ピン6, 8

定数・変数定義

// モーター制御ピン
const int controlPin1A = 2;
const int controlPin2A = 5;
const int ENablePin = 9;

// サーボ制御ピン
const int controlPin3A = 6;
const int controlPin4A = 8;
const int servoENablePin = 3;

// モーター制御変数
int motorSpeed = 0;        // 0..255
int motorDirection = 1;    // 1=前進, 0=後進

// サーボ制御変数
int steering = 0;          // 0..255
int steeringDirection = 0; // 0=左, 1=右

setup()

void setup() {
  pinMode(controlPin1A, OUTPUT);
  pinMode(controlPin2A, OUTPUT);
  pinMode(ENablePin, OUTPUT);
  pinMode(controlPin3A, OUTPUT);
  pinMode(controlPin4A, OUTPUT);
  pinMode(servoENablePin, OUTPUT);
  digitalWrite(ENablePin, LOW);
  digitalWrite(servoENablePin, LOW);
}

L293Dの方向制御ロジック

EN1,2	1A	2A	動作
High	High	Low	モーター正転（前進）
High	Low	High	モーター逆転（後進）

EN3,4	3A	4A	動作
High	High	Low	サーボ左
High	Low	High	サーボ右

モーター/サーボ制御サブルーチン

void SetMotorControl() {
  if (motorDirection == 1) { // 前進
    digitalWrite(controlPin1A, HIGH);
    digitalWrite(controlPin2A, LOW);
  } else { // 後進
    digitalWrite(controlPin1A, LOW);
    digitalWrite(controlPin2A, HIGH);
  }
  analogWrite(ENablePin, motorSpeed);

  if (steeringDirection == 0) { // 左
    digitalWrite(controlPin3A, HIGH);
    digitalWrite(controlPin4A, LOW);
  } else { // 右
    digitalWrite(controlPin3A, LOW);
    digitalWrite(controlPin4A, HIGH);
  }
  analogWrite(servoENablePin, steering);
}

ジョイスティック付きシンプルRC Androidアプリ（MIT App Inventor 2）

完成アプリを試すだけなら: Google Play「Arduino RC car bluetooth」

MIT App Inventor 2はWebベースのビジュアルプログラミング環境。GoogleのMark FriedmanとMITのHal Abelson教授が開発。

1. Androidに「MIT AI2 Companion」アプリをインストール
2. PCでブラウザ（Firefox/Chrome推奨）でアプリプロジェクトを開く（Gmailでログイン必要）
3. Companionアプリでリアルタイムプレビュー可能

デザイナー画面: 下部にオレンジ色のパッドと青いジョイスティックボール。
ブロック画面: ジョイスティックドラッグを追跡するwhenブロックが核心。

指位置をcurrentX, currentYで取得し、steering, speed（-100〜0〜+100）に変換。パッド外なら±100にクリップ、内部なら計算。

コマンド文字列形式: RC,steering,speed\n\0（改行でコマンド終了を通知）。BluetoothでArduinoへ送信。画面にも表示。

BluetoothコマンドをArduinoで受信

HC-05 Bluetoothモジュールを接続。ピン配置確認:

• VCC: 5V接続OK（6V耐圧）
• GND: 共通GND
• TXD → Arduino RX (ピン0) ※クロス接続
• RXD ← Arduino TX (ピン1) ※**要レベル変換**

注意: HC-05は3.3Vロジック。Arduino TX (5V) を直接RXDに繋ぐと破損。**3つの1kΩ抵抗で分圧回路**（2/3 = 3.3V）を作って接続。逆にHC-05 TXD (3.3V) → Arduino RXD は直結OK（Arduinoは3.3VをHIGHと認識）。

ピン0,1はUSBと共有のため、スケッチ書き込み時はRXD/TXDを外すこと。

ペアリング: AndroidでBluetoothオン → アプリ起動 → 「Bluetooth connect」 → HC-05選択 → ペアリングコード「1234」 → 「connected」表示で完了。

受信コード

#define INPUT_SIZE 30

void loop() {
  char input[INPUT_SIZE + 1];
  byte size = Serial.readBytesUntil('\n', input, INPUT_SIZE);
  input[size] = 0; // ヌル終端

  // "RC,steering,speed\n\0" をパース
  char* command = strtok(input, ",");   // "RC"
  char* RCsteering = strtok(NULL, ","); // -100..100
  char* RCspeed = strtok(NULL, ",");    // -100..100

  int iRCsteering = atoi(RCsteering);
  int iRCspeed = atoi(RCspeed);

  // 制御変数に反映（×2.55で0..255スケーリング）
  steeringDirection = (iRCsteering > 0) ? 1 : 0;
  steering = int(2.55 * abs(iRCsteering));
  motorDirection = (iRCspeed > 0) ? 1 : 0;
  motorSpeed = int(2.55 * abs(iRCspeed));

  SetMotorControl();
}

今後の展開

• 超音波センサー追加で障害物回避ロボット化
• Bluetooth圏外検出で自動停止機能
• ブレッドボードからAdafruit Motor Shield等へ移行（端子台接続で信頼性向上、デジタルピン節約）
• センサーシールド活用

あなたのエキサイティングなプロジェクトを教えてください！

完全スケッチ

/* Lego Powerfunctions car model controlled over bluetooth
   Arduino Uno controls motors and servo
   Remote controlled with android app developed with MIT App Inventor 2
   Circuit:
   * Serial communication (uses Uno pin 0,1) Bluetooth-module attached (detach when uploading over USB)
   * L293D with motor (uses Uno digital pins 2,5,9)
   * L293D with servo (uses Uno digital pins 6,8,3)
*/
#include 
#include 

#define INPUT_SIZE 30

const int controlPin1A = 2;
const int controlPin2A = 5;
const int ENablePin = 9;
const int controlPin3A = 6;
const int controlPin4A = 8;
const int servoENablePin = 3;

int motorSpeed = 0;
int motorDirection = 1;
int steering = 0;
int steeringDirection = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.setTimeout(1000);
  pinMode(controlPin1A, OUTPUT);
  pinMode(controlPin2A, OUTPUT);
  pinMode(ENablePin, OUTPUT);
  pinMode(controlPin3A, OUTPUT);
  pinMode(controlPin4A, OUTPUT);
  pinMode(servoENablePin, OUTPUT);
  digitalWrite(ENablePin, LOW);
  digitalWrite(servoENablePin, LOW);
}

void loop() {
  char input[INPUT_SIZE + 1];
  byte size = Serial.readBytesUntil('\n', input, INPUT_SIZE);
  input[size] = 0;

  char* command = strtok(input, ",");
  char* RCsteering = strtok(NULL, ",");
  char* RCspeed = strtok(NULL, ",");

  int iRCsteering = atoi(RCsteering);
  int iRCspeed = atoi(RCspeed);

  if (iRCsteering > 0) steeringDirection = 1; else steeringDirection = 0;
  steering = int(2.55 * abs(iRCsteering));
  if (iRCspeed > 0) motorDirection = 1; else motorDirection = 0;
  motorSpeed = int(2.55 * abs(iRCspeed));

  SetMotorControl();
}

void SetMotorControl() {
  if (motorDirection == 1) {
    digitalWrite(controlPin1A, HIGH);
    digitalWrite(controlPin2A, LOW);
  } else {
    digitalWrite(controlPin1A, LOW);
    digitalWrite(controlPin2A, HIGH);
  }
  analogWrite(ENablePin, motorSpeed);

  if (steeringDirection == 0) {
    digitalWrite(controlPin3A, HIGH);
    digitalWrite(controlPin4A, LOW);
  } else {
    digitalWrite(controlPin3A, LOW);
    digitalWrite(controlPin4A, HIGH);
  }
  analogWrite(servoENablePin, steering);
}

GitHubリポジトリ

Arduinoソース、Fritzing回路図、MIT App Inventor用アプリソース: https://github.com/Notthemarsian/Lego-car-Arduino

回路図

GitHubリポジトリ内のFritzingファイル（Lego rc car v2.fzz）を参照。