スマートArduino自販機の自作：完全DIYメカトロニクスガイド

概要

ArduinoベースのDIY自販機をゼロから製作します。MDF板の切断・組み立てから電子部品配線、Arduinoプログラミングまで全工程を解説。4つの排出ユニット（連続回転サーボ）、ステッピングモーター駆動のキャリアシステム、LCD、選択ボタン4つ、コイン検出器を搭載。

キャリアシステムは必須ではありませんが、プロジェクトをより興味深く、複雑にすることで学習効果を高めています。電子工学・メカトロニクス専攻学生の卒業制作や、Arduino愛好家のチャレンジに最適です。

筐体製作

8mm厚MDF板を円鋸でカット（寸法は自作3Dモデルから取得）。Thangsで3Dモデル公開中。

開口部はジグソーで切り出し（円鋸がない場合はジグソーで全工程可能）。小型パーツもジグソーで加工。危険を伴う工具なので十分注意してください。

木工用ボンドとネジで組み立て（下穴→皿取り→3mmネジ）。90°アングルクランプとFクランプで固定しながら作業。

レールシステム（キャリア機構）

アルミパイプでX-Y 2軸レールを構築。水平レール：外径16mm×27cm×2本。垂直レール：外径20mm×45cm×3本。木板にフォースナービットで溝を切り、パイプを固定。

スライダーは21×21cm木板に8mm穴を開け、M8ネジロッドと22mmベアリング（水平用は16mmベアリング）で構成。組み付け後ガタつきがあったため、レール溝を拡張し垂直方向にスロットを追加、ネジロッドでレール間距離を詰めて解消。

左側に水平タイミングベルト用プーリー取り付けボルトと、垂直レール用ベアリング2個を追加。右側に水平移動用ステッピングモーター（NEMA 17）をブラケット込みで垂直スライダーに固定。

水平スライダーに商品コンテナを木片で自作取り付け。エポキシでレール溝補強、側面板追加で剛性アップ。垂直レール間に組み込み、垂直移動用ステッピングモーターを天板に、下部にプーリーを取り付けタイミングベルト張架。

排出ユニット

φ7cmスプレー缶に3mm金属線を巻いてヘリカルコイルを作成、グルーガンで連続回転サーボ（DS04-NFC）に固定。4ユニット分製作。

フロントパネル

蝶番でドア取り付け、マグネットキャッチャーで施錠。大開口は5mmアクリル、右側小開口は薄アルミ板（ボタン4穴、コイン投入口、LCD窓をドリルと糸ノコで加工）。電子部品をアルミ板に実装後、5mmボルトでドアに固定。

キャリア原点復帰用マイクロスイッチ2個、コインガイド（滑り降り誘導）を接着。コイン検出は赤外線近接センサー（コイン通過でLOW出力）。

回路図

12V/2A以上電源（ステッピング2台とLEDストリップ用）。バックコンバーター（LM2596）で12V→5V降圧し、サーボ4台、LCD、センサー、ボタン、スイッチに供給。ステッピングはA4988ドライバー制御。ボタンとマイクロスイッチはArduino内部プルアップ使用（押下でLOW）。ジャンパーワイヤーで配線（少々煩雑だが動作良好）。ドアにLEDストリップ2本追加で内部照明。

必要な部品

• DC-DC LM2596バックコンバーター
• 16×2 LCD
• 360°連続回転サーボモーター ×4
• ステッピングモーター NEMA 17 ×2
• A4988ステッピングドライバー ×2
• 赤外線近接センサー
• タクトスイッチ ×4
• マイクロリミットスイッチ ×2
• Arduinoボード（Uno等）

Arduinoコード

LiquidCrystalとServoライブラリをインクルード。LCDピン、サーボ4台、ステッピングピン、コイン検出器、ボタン4つ、マイクロスイッチ2つを定義。

#include <LiquidCrystal.h>
#include <Servo.h>
LiquidCrystal lcd(27, 26, 25, 24, 23, 22);
Servo servo1, servo2, servo3, servo4;

#define dirPinVertical 0
#define stepPinVertical 1
#define dirPinHorizontal 2
#define stepPinHorizontal 3
#define coinDetector 9
#define button1 13
#define button2 12
#define button3 11
#define button4 10
#define microSwitchV 15
#define microSwitchH 14
int buttonPressed;

setup()でLCD初期化、サーボアタッチ、ピンモード設定（ボタン/スイッチはINPUT_PULLUP）。起動時にマイクロスイッチでキャリアを原点復帰（垂直・水平それぞれwhile文でスイッチ押下まで移動、その後微調整）。

// 垂直原点復帰
digitalWrite(dirPinVertical, HIGH);
while (true) {
  if (digitalRead(microSwitchV) == LOW) { moveUp(70); break; }
  digitalWrite(stepPinVertical, HIGH); delayMicroseconds(300);
  digitalWrite(stepPinVertical, LOW); delayMicroseconds(300);
}
// 水平原点復帰
digitalWrite(dirPinHorizontal, LOW);
while (true) {
  if (digitalRead(microSwitchH) == LOW) { moveLeft(350); break; }
  digitalWrite(stepPinHorizontal, HIGH); delayMicroseconds(300);
  digitalWrite(stepPinHorizontal, LOW); delayMicroseconds(300);
}

loop()メインフロー：

1. LCDに「Insert a coin!」表示
2. コイン検出（近接センサーLOW）まで待機
3. 「Select your item / 1, 2, 3 or 4?」表示
4. ボタン押下待機（内部プルアップなのでLOW検出でbreak）
5. 「Delivering...」表示
6. switch文で押下ボタンに応じた位置へキャリア移動→該当サーボ回転（950ms）→原点復帰
7. 「Item delivered!」表示→2秒待機→ループ先頭へ

switch (buttonPressed) {
  case 1: // 位置1（最上段・左）
    moveUp(4900); delay(200); moveLeft(1700); delay(300);
    servo1.writeMicroseconds(2000); delay(950); servo1.writeMicroseconds(1500); delay(500);
    moveRight(1700); delay(200); moveDown(4900); break;
  case 2: // 位置2（最上段・右）
    moveUp(4900); delay(200);
    servo2.writeMicroseconds(2000); delay(950); servo2.writeMicroseconds(1500); delay(500);
    moveDown(4900); break;
  case 3: // 位置3（中段・左）
    moveUp(2200); delay(200); moveLeft(1700); delay(300);
    servo3.writeMicroseconds(2000); delay(950); servo3.writeMicroseconds(1500); delay(500);
    moveRight(1700); delay(200); moveDown(2200); break;
  case 4: // 位置4（中段・右）
    moveUp(2200); delay(200);
    servo4.writeMicroseconds(2000); delay(950); servo4.writeMicroseconds(1500); delay(500);
    moveDown(2200); break;
}

移動カスタム関数（moveUp/Down/Left/Right）は、方向ピン設定後、指定ステップ数分パルス出力（300μs HIGH/LOW）するシンプルな実装。A4988を1/4ステップ設定にしており、実測で垂直4900ステップ、水平1700ステップ等を決定。

void moveUp(int steps) {
  digitalWrite(dirPinVertical, LOW);
  for (int x=0; x