ジェスチャー制御ロボット：Arduino UNOでハンズフリー操作

コンポーネントと用品

Arduino UNO	×	1
SparkFun 3軸加速度センサー ブレークアウト - ADXL335	×	1
RFモジュール 434MHz	×	1
HT12D（デコーダーIC）	×	1
HT12E（エンコーダーIC）	×	1
SparkFun デュアルHブリッジ モータードライバー L298	×	1
汎用プロトタイピングPCB	×	1
リニアレギュレーター 7805	×	2
DCモーター（汎用）	×	1

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• Arduino IDE

このプロジェクトについて

更新：このプロジェクトの更新版はこちらで見つかります

イントロ

手で全てをコントロールできたら最高ですよね！椅子に座ったまま、ボスのように色々なものを操作できる。そんなクールなDIYハンドジェスチャー認識ロボットを作りました。手のジェスチャーでコマンドを出せばそれに従います。一見複雑そうですが、実はとてもシンプルです。このロボットは、以前作ったRFモジュールを使ったRCカーの改良版です。

ここでもロボットは送信機（トランスミッター）と受信機（レシーバー）の2部構成です。受信機側の回路は前回と同じで、送信機側に少し変更があります。ここでは送信機側をプログラムする必要があるため、Arduinoをプログラミングプラットフォームとして使います。ジェスチャー認識には加速度センサーを使います。さあ、作っていきましょう！

ロボットの動作デモ

これは何？どう動くの？

加速度センサー（ADXL335）とは？

簡単に言うと、加速度センサーは3軸（X、Y、Z）の加速度を測定するデバイスです。ここで使っているADXL335は3軸対応です。

ほぼすべてのスマートフォンに加速度センサーが搭載されています（スマホから取り出すわけではありません）。スマホのモーションゲーム（例：テンプルラン）で、スマホを左右に傾けるとキャラクターが左右に動くあれです。あれも加速度センサーで実現しています。

スマホにはジャイロスコープという別のセンサーもありますが、今回は不要です。

どうやってジェスチャーを認識する？

ロボットの脳はArduino Uno（ATmega328）で、あらかじめプログラムされたコードが走っています。手のジェスチャー/動きは、加速度測定デバイスである加速度センサー（ADXL335）で認識します。

加速度センサーが手のジェスチャー時にX、Y、Z座標を読み取り、Arduinoに送ります（ここではZ軸は不要で、XとYの2座標のみ使用、Zは無視）。Arduinoは座標値をチェックし、4ビットコードをエンコーダーIC（HT12E）に送信。エンコーダーがデータをトランスミッターに渡し、無線で送信。レシーバーで受信した4ビットコードをデコーダーIC（HT12D）が受け取り、モータードライバーIC（L298）に渡します。モータードライバーが2つのモーターを必要な方向に回転させます。

電源回路を作る

まず電源回路から始めます。送信機用と受信機用の2つの電源回路が必要です。受信機側は12V電源が必要（12Vモーターを使用のため）、送信機側は9V電池で動作可能です。

右側が受信機側の電源回路図です。この図に従って配線してください。1kΩ抵抗を介してLEDを追加すれば、電源状態を示せます。

• IC 7805：12Vを5Vに降圧（12Vが手に入らない場合は9Vでも可）
• 0.1μFと470μFのコンデンサ
• ステータスLED用1kΩ抵抗

送信機（リモコン）を作る

送信機部は、手のジェスチャーを検出する加速度センサーと、データをArduinoに送る部分で構成されます。Arduinoは加速度センサーから受け取ったデータに基づいてエンコーダーICにデータを送り、トランスミッターから送信されます。以下の回路図通りに配線してください：

これは送信機のイメージ図です：

Arduinoにコードをアップロード

更新版のコードはこちらです。（注：元記事ではコードが省略されています。GitHub等で完全版を参照してください）

受信機を作る

受信機回路は、2つのIC（HT12Dデコーダー、L293Dモータードライバー）、RFレシーバーモジュールで構成されます。

上記の受信機回路図通りに配線してください。受信機基板には2つのLEDがあり、1つは受信機への給電時、もう1つは送信機への給電時に点灯します。HT12D付近のLEDが点灯すれば有効な伝送（VT）が行われています。点灯しない場合は配線かRF-TX-RXモジュールに問題があります。

受信機側の詳細については、この記事を参照してください。

どんなジェスチャーを認識する？

このロボットは5種類のジェスチャーを認識します：前進、後退、左、右、停止。下の写真を見ると分かりやすいです。

ジェスチャー制御ロボットの操作を楽しんでください！

小型化して永続化する

Arduino Unoを手に装着するには大きすぎます。また、別のプロジェクトでArduinoを使いたいときに外すと、古い作業が失われてしまいます。それが嫌なので、永続化する方法を考えました。この記事で、Arduinoプロジェクトを小型化する方法を解説しています。

スタンドアロン版のPCBレイアウトはこちらからダウンロード（ミラー版）：

• standalone_etch_copper_top_mirror1.pdf
• standalone_etch_copper_top1.pdf

Atmega8 MCUにコードを移植したビデオです。MCUの出力をLEDで示しています。

新しいプロジェクトは私のブログで公開しています。

質問があればこちらにコメントをどうぞ。ブログの方を定期的にチェックしているので、そちらの方が返信が早いです。