Arduino NanoとSG90サーボで作るDIY 2軸モーションレーシングシミュレータ

部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Nano R3	1	小型マイコンボード
SG90 マイクロサーボ	2	ピッチ・ロール軸駆動用

必要な工具

• はんだごて（汎用）

使用アプリ・オンラインサービス

• Arduino IDE
• SimTools（モーションシミュレータソフトウェア）
• Live for Speed（レーシングシミュレータゲーム、デモ版で動作確認可能）

プロジェクト概要

SimToolsは、Arduinoを含む複数のハードウェアインターフェースを制御できる汎用モーションシミュレータソフトウェアです。本プロジェクトでは、Arduino Nanoと安価なSG90マイクロサーボ2個のみで、2軸（ピッチ・ロール）の小型モーションプラットフォームを構築します。

動作原理

1. シミュレーションゲーム（Live for Speed等）が車両の挙動データを出力
2. SimToolsがゲームデータを取得し、シリアルポート経由でArduinoへ送信
3. Arduinoが受信データを解析し、2つのサーボを駆動してプラットフォームを傾斜

これは実物大シミュレータの縮小版です。実用サイズにするには、モータドライバと大型サーボ/ステッピングモータが必要です。

SimTools設定

• SimToolsはライセンス登録まで「デモモード」で動作
• Live for Speedプラグインはデモモードでも完全動作（LFSデモ版も利用可能）
• SimToolsダウンロード：xsimulator.net
• Live for Speedダウンロード：lfs.net
• ユーザーマニュアル：PDF

DIYシミュレータの豊富な事例・図面・ノウハウは xsimulator.net を参照。

Arduinoスケッチ（SimTools連携用）

元コードはEAOROBBIE氏（Robert Lindsay）作、aarondc氏がSimTools用に改変。パブリックドメイン。

主な仕様

• アクチュエータ2軸（Right='R', Left='L'）
• ピン割当：D4（Right）、D5（Left）
• 角度スケーリング：Right 0→179°、Left 179→0°（逆相対称）
• シリアルプロトコル：アクチュエータ識別子（1文字）+ 3桁値（0-255）+ 区切り文字'~'
• ステートマシンでパース：識別子待ち→値読取→区切りで確定→サーボ更新
• 受信値0-255をmap()で各アクチュエータの角度範囲へ変換

完全スケッチ

//********************************************************************************************
// RC Model Servo for SimTools Motion Software
// Original by EAOROBBIE (Robert Lindsay), Modified by aarondc
//********************************************************************************************
#include 
//#define DEBUG 1  // デバッグ出力有効化時はコメント解除

const int kActuatorCount = 2;
const char kActuatorName[kActuatorCount] = { 'R', 'L' };
const int kPins[kActuatorCount] = { 4, 5 };
const int kActuatorScale[kActuatorCount][2] = {
  { 0, 179 },   // Right
  { 179, 0 }    // Left (反転)
};
const char kEOL = '~';
const int kMaxCharCount = 3;

Servo actuatorSet[kActuatorCount];
int actuatorPosition[kActuatorCount] = { 90, 90 };
int currentActuator;
int valueCharCount = 0;

enum TPortState { psReadActuator, psReadValue };
TPortState currentState = psReadActuator;

void setup() {
  for (int i = 0; i < kActuatorCount; i++) actuatorSet[i].attach(kPins[i]);
  for (int i = 0; i < kActuatorCount; i++) updateActuator(i);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() { /* serialEventで処理 */ }

void serialEvent() {
  char tmpChar;
  int tmpValue;
  while (Serial.available()) {
    if (currentState == psReadActuator) {
      tmpChar = Serial.read();
      #ifdef DEBUG
      Serial.print("read in "); Serial.println(tmpChar);
      #endif
      for (int i = 0; i < kActuatorCount; i++) {
        if (tmpChar == kActuatorName[i]) {
          #ifdef DEBUG
          Serial.print("which is actuator "); Serial.println(i);
          #endif
          currentActuator = i;
          currentState = psReadValue;
          actuatorPosition[currentActuator] = 0;
          valueCharCount = 0;
          break;
        }
      }
    }
    if (currentState == psReadValue) {
      while ((valueCharCount < kMaxCharCount) && Serial.available()) {
        tmpValue = Serial.read();
        if (tmpValue != kEOL) {
          tmpValue = tmpValue - 48;  // ASCII to数値
          if ((tmpValue < 0) || (tmpValue > 9)) tmpValue = 0;
          actuatorPosition[currentActuator] = actuatorPosition[currentActuator] * 10 + tmpValue;
          valueCharCount++;
        } else break;
      }
      if (tmpValue == kEOL || valueCharCount == kMaxCharCount) {
        #ifdef DEBUG
        Serial.print("read in "); Serial.println(actuatorPosition[currentActuator]);
        #endif
        actuatorPosition[currentActuator] = map(actuatorPosition[currentActuator], 0, 255,
                                                kActuatorScale[currentActuator][0],
                                                kActuatorScale[currentActuator][1]);
        #ifdef DEBUG
        Serial.print("scaled to "); Serial.println(actuatorPosition[currentActuator]);
        #endif
        updateActuator(currentActuator);
        currentState = psReadActuator;
      }
    }
  }
}

void updateActuator(int thisActuator) {
  actuatorSet[thisActuator].write(actuatorPosition[thisActuator]);
}

回路図

Arduino NanoのD4/D5にサーボ信号線、VCC/GNDを共通電源（外部5V推奨）から供給。USBでPCと接続し、SimToolsからシリアル通信。

まとめ

わずかArduino NanoとSG90サーボ2個（総額数千円）で、PCレーシングシミュレータと連動する2軸モーションプラットフォームが作れます。SimToolsという強力なミドルウェアがゲームデータ抽出・プロトコル変換を担うため、Arduino側はシンプルなシリアルパースとサーボ制御のみで済みます。初めてモーションシミュレータを自作する方の入門に最適なプロジェクトです。本格化する際は、サーボを大型化し、モータドライバ経由で駆動電流を確保し、フレーム剛性を高めるのが次のステップになります。