ロボットカーを組み立ててみたいと思います。ロボットカーの組み立てには、電子工作は勿論のこと、普通に「工作」の部分も必要になります。その辺り、筆者が苦手とする部分なので、出来合いのキットを活用して凌ぎたいと思います。
ロボットカーとは、マイコン制御でプログラムした通りに動かしたり、センサで障害物を避ける、地面の黒線上を走行させる、無線通信で操縦する、などの動作が可能な、車型の模型の総称です。
実在の車を模して造られた、無線で手動操縦するタイプの模型は、「ラジオコントロールカー」等と呼ばれます。似ていますが、ここで言う所のロボットカーとは少し違うもの、と言って良いでしょう。
似通ったものも含めて、何種類か挙げてみましょう。
アクリル板などを購入してきて、筐体から自分で切り出して作るとか、凝り始めるとキリがありません。本HPは「電子工作」がテーマなので、「電子」の付かない、普通の「工作」部分は、キットなど出来合いの部品で済ませたいと思います。
前節で挙げた様に、車型の模型にも色々な種類があります。自分で工作する事に絞って、検討してみました。
筆者は、今まで「電子工作」を実施してきていて、ロボットカーみたいな普通の「工作」は、どちらかと言うと苦手、かつ、初心者🔰です。なので、ザ・ロボットカー的なイメージが有って、初心者向きな二輪駆動ロボットカーを選択したいと思います。
筆者にとって、「電子工作」部分は何とか対処できるのですが、普通の「工作」部分で、筐体や駆動系を0から作り込む事は、実力的に困難です。そこで、筐体や駆動系の部品だけがセットになった「プラットフォームキット」を選択して購入したいと思います。
「電子工作」部分で、その他の必要な部品は、今まで買い揃えてきた部品の中から流用して組み立てる方針とします。
すべての部品がセットになったキットも販売されているので、ご自身の力量や手持ち部品の品揃えと相談の上、選択してください。
「全部入りのキット」には、不要な(あるいはすでに所持している)部品が含まれている製品や、不要な機能が付属している製品等が有って、割高となる場合があります。
一方、それぞれ必要な部品を単品で買いそろえる場合も、割高になりがちです。しかし、今まで買い揃えてきた部品を流用可能な場合、購入が必要な新規部品を絞ることができ、安く揃える事ができるかもしれません。
個々の状況を整理して、各自判断して見てください。
購入したキットについては、こちらでご確認ください。キットの内容を確認しておきましょう。
内容確認：
筐体と駆動系の部品だけがセットになった、最低限のキットです。18×10×4[cm]程の段ボール箱の中に、部品毎にチャック付きビニル袋に入って、丁寧に梱包されていました。簡単な組み立て図と、部品リストが記載されたA5サイズの紙が同梱されていました。
電源も制御用マイコンも、他には何も付属していないので、自前で別途揃える必要があります。ただ、筆者が苦手とする、普通の「工作」部分である、筐体や駆動系の作り込みは充足するので、当方のニーズにはピッタシでした。
電気的に動く部品(モータ)が有りますので、これだけ動作確認しておきましょう。組み立てた後で初期不良に気が付くと面倒ですので……。
モータは、昔使って見た事のある130型のブラシDCモータなので、充電池や乾電池などから電源を供給すれば勝手に回転します。電池ボックスから直接、電源を接続して見ました。2個共ちゃんと回転しました。初期不良は無かったようです。安心して組み立てに移ることができます。
では、組み立てて行きましょう。キット内容でご紹介した通り、組み立てに際して参考にできる資料は、簡単な組み立て図が1枚のみです(下図)。
※プラットフォームキット同梱資料から引用。
ただ、組み立てに必要な、ねじやナットなどは、それとなく、組み立てに使う部品と共にチャック付きビニル袋に収められていました。それをヒントとして組み立てたところ、それほど難しい事は有りませんでした。
組み立て手順：
以下図が、完成したロボットカーの筐体部分(プラットフォーム)です。
※ロボットカーの前／後についての考察は、こちらを参照。
綺麗な赤い機体が完成しました。この状態で重量を測定したところ、約160gでした。筐体のベース版が金属製なのと、スペーサなどもすべて金属製で、モータとタイヤが2組なので、思ったより重たいのでした。
筐体が金属なので、剛性が高く、耐久性も高いのが特長です。その裏返しで、重たい分、モータの負荷が増大して電池の持続時間が短くなるなどの短所が懸念されます。
ブラシDCモータをロボットカーの動力として制御する場合には、モータドライバと呼ばれる部品を使って、回転のON／OFFや、回転方向などを制御して使う事になります。
昔、ブラシDCモータを制御した、以下記事などで使用したモータドライバがあります。
「#3-8 ブラシDCモータ」
「#6-3 1/fゆらぎ扇風機」
こちらのArduinoスタータキットに含まれていた、型名L293DというICチップです(下図)。
L293Dデータシートを検索する(別ウインドウが開きます)
L293Dには、保護ダイオード付きのドライバが4個搭載されています。ドライバが4個なので、以下、いずれかの使い方が可能です。
今回は、二輪駆動ロボットカーの制御が目的なので、２）の使い方をします。詳しくは、こちらの記事をご参照ください。
モータドライバ周りの回路は以下図の通りです。
「#6-3 1/fゆらぎ扇風機」の記事で設計した回路です。
この回路をブレッドボードなどに構築して、準備します(下図)。
中央のミニブレッドボード(赤色)がモータドライバモジュール(L293D)です。右に映り込んでいるブレッドボード(緑色)は、制御モジュール「UNO 3.3V化328duino」です(詳細は次回)。
今回のロボットカーに必要な電源は二種類あります。
これまでの電子工作では、USBケーブルなどから電源を供給していました。だかしかし、有線で電源を供給するロボットカーなんて魅力半減なので、電池やバッテリなどの電源を使用する事となります。
プラットフォームキットの販売ページからダウンロードしたブラシDCモータのデータシートを参照して、仕様を以下にまとめます。
| 製品名 | Plastic Double-Shaft DC Motor Gear Box(1:48) | |
| 型名 | FT-DC-130D(1:48) | |
| ギア比 | 1：48 | |
| 動作電圧 | 3〜6[V] | |
| 無負荷電流 | 150mA @3V | 200mA @6V |
| 無負荷回転速度 | 130rpm @3V | 200rpm @6V |
| ストールトルク | 1.5[kgf・cm] @3V | 2[kgf・cm] @6V |
| ストール電流 | 1,150mA @3V | 1,200mA @6V |
所謂130型ブラシDCモータにギアボックスが付いたギア付モータで、ギア比は1：48です。
ブラシDCモータは電源を接続するだけで勝手に回転するので、すごく簡単です。一方で上表の通り、ストール電流が1,200mA @6Vも流れるので、電源設計は、すごく難しかったりします。
上表で「無負荷電流」とは、何の負荷も加えない状態で、モータを自由に回転させた場合に流れる電流値を指します。言い換えると、そのモータを回転させるのに要する一番小さい電流値です。多少なりとも負荷がかかると、これより電流値が増大します。負荷が大きくなるにつれて電流値が増大して行き、最大では「ストール電流」が流れます。
「ストール」とは、モータの回転が止まった状態の事を指します。「ストール電流」とは、モータを回転させようと電力を供給した状態で、回転子を手で押さえて止めるなど、回転を停止させた場合に流れる電流の事です。負荷が最大となって、回転が停止した状態と考えられます。
モータを停止した状態から回転させようとして、電力を供給開始した瞬間にも同様に、ストール電流が流れます。
電池やバッテリなどの電源を想定する場合、1,200mAなんていう電流は、とてつもなく巨大な電流です。電源に、その電流を供給する能力が足りなかった場合、電圧が降下するなどの異常状態が発生します。
モータを回転開始しようとした時に電源電圧の低下が起き、同じ電源でマイコンなども駆動していると、マイコンにリセットがかかってしまう等の不具合が生じます。
ただね、これ(前節)、「スペック面は」という但し書き付きなのです。実物では以下の様な状態が考えられます。
等々、不確定要素が多すぎる為、安全策で「スペック面」を満たした設計をしようと考えると、「モータ用とマイコン用の電源を別々に確保する」のが基本となります。
今回、小さな筐体のロボットカーに複数の電源を搭載するのは不格好だな、と思っています。従って、マイコン用とモータ用の電源を分離せず、同じ電源から供給して様子を見てみようと思います。後で「やっぱりダメみたいだね」と言って、電源を分離することになるかも？だけど、ここは故意犯で進めます。
その電源は、単三型充電池1.2V×4直列で4.8Vを供給可能な電池ボックスを使います(下図)。
さて、どんな結末になるか、次回、実験して見たら判るでしょう。
今回のお買い物は、以下の通りです。
秋月電子通商のネットショップで購入しました。以前Cmod A7ボード(FPGA)を購入した時にも使ったお店で、二回目の利用です。送料分が割高で勿体なかったので、他にも細々とした部品を同時購入しておきました。それらのご紹介は、また追々……。
配送業者は佐川急便(500円)とヤマト運輸(600円)から選択できるようになっていました。わざわざ高い方の配送業者なんて選ぶ人、居るのかな？だって、差額の100円で電池ボックスとバッテリスナップが買えてしまうじゃぁないですか？筆者は勿論、安かった方の佐川急便を選択しました。佐川急便さん、ありがとうｍ（１＿＿）ｍ。
もう一息で基本的なロボットカーの走行実験に辿り着くことができます。その様子は次回ご報告いたします。
