Raspberry Pi でブラウザから操作できるラジコン戦車を作る! – 準備するもの その 2 –


■準備するもの – その 2 –

前回は、まず、

・Raspberry Pi 本体を動かすために必要なもの

を準備した。

ラズパイで戦車を作るには、他にも、

・動力源となる DC モーターやギアボックス
・それらを配線するための各種道具や工作用器具
・車体となるもの

などが必要となる。

よって今回は、準備するものの第二弾として、

・ラジコン戦車として動かせるようにするもの

について記載する。

具体的に必要なものは、以下のとおりとなっている。

■動力源として必要なもの

  1. DC モーター付きギアボックス
  2. モータードライバー

■動力源を動ける様にするために必要なもの

  1. ジャンパワイヤ
  2. ブレッドボード
  3. 抵抗
  4. はんだごて
  5. micro USB 電源 DIP 化キット

■車体となるもの

  1. 車輪
  2. ユニバーサルプレート
  3. スペーサー

以下、各々について詳しく説明していく。



DC モーター付きギアボックス

まずは DC モータ付きギアボックス。

これが唯一の動力源となる。

ラジコン戦車の動作としては、最低限、

・前進
・後退
・右旋回
・左旋回
・停止

が出来ないといけない。

特に、旋回動作を行うためには、

右旋回:右側車輪を後退方向に、左側車輪を前進方向に進める。
左旋回:右側車輪を前進方向に、左側車輪を後退方向に進める。

という動作が必要になる。

このため、DC モーター二つと、

それに対応できるギアボックスが必要となる。

これを実現するために、今回利用したのはこれ。

タミヤ 楽しい工作シリーズ No.168 ダブルギヤボックス 左右独立4速タイプ (70168)

タミヤ 楽しい工作シリーズ No.168 ダブルギヤボックス 左右独立4速タイプ (70168)
by カエレバ

これ一つあれば、組み立て方法次第で 4 段階の速度を選択できる。

実物はこんな感じ。

組み立て方法については、追って記載していく。

なお、これを購入すれば、DC モーターもちゃんと 2 個ついてくる。

なので動力源としてはこれで十分。



モータードライバー

今回のラジコン戦車では、

ラズベリーパイ本体にある GIPO を使い、DC モーターを制御する。

この際、GPIO を直接 DC モーターにつないでしまうと、

どうも GPIO から出力できる電流の限界を越えてしまい、

ラズパイ自体が壊れてしまう可能性が高い模様。

ということで、こういった事態を避けつつ、

DC モーターを制御するためには、

モータードライバー

を使う。

今回使ったのは、これ。

ラズパイで作ろう!ゼロから学ぶロボット製作教室電子部品セット その2(連載第4回向け)

ラズパイで作ろう!ゼロから学ぶロボット製作教室電子部品セット その2(連載第4回向け)
by カエレバ

 

これを使うことで、ラズパイからの High/Low/PWM 信号を

DC モーターの正回転、逆回転、停止、速度調整などとして

利用することが出来る。

実物(ジャンパワイヤは除く)はこんな感じ。

これも必ず必要な部品なので、揃えておく必要がある。

なお、私の場合、

配線時に必要となるジャンパワイヤが必要だったこともあり、

上述のものを購入したが、

ジャンパワイヤなどは結構揃っているならば、

秋月電子にいけば 2 個 300 円ぐらいで購入できる模様。

秋月電子通商
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02001/

ネット通販だと送料がかかるため、結局 amazon 等で

買うのと変わりないが、直接お店にいけるとか、

別のものと合わせて購入する、等があれば、

秋月で購入した方が安く済むかもしれない。



ジャンパワイヤ

Raspberry Pi から DC モーターを動かすためには、

Raspberry Pi の GPIO から、

後述するブレッドボードを経て、

DC モーターまでを配線しないといけない。

また、DC モーターと電源も配線でつなぐ必要がある。

その際に必要となるのが、これ。

Aukru 3本セット ブレッドボード・ジャンパーワイヤー ジャンパー線 / ケーブル オス-オス/ オス-メス/ メス-メス Arduino Raspberry pi 用
by カエレバ

 

ラズベリーパイの GPIO とブレッドボードを接続するためには、

メス – オスのジャンパワイヤが最低 6 本必要。

ブレッドボード上で配線を構築するには、

オス – オスのジャンパワイヤが最低 7 本必要。

ブレッドボード上の配線と DC モーターを接続するためには、

オス – オスのジャンパワイヤが追加で 4 本必要。

メス – メスのジャンパワイヤは不要だが、

まぁあっても大して邪魔にはならないし、

今後他にも電子工作をする場合等は使うかもしれないので、

とりあえず上述のセットがあればよいと思う。



抵抗

DC モーターを動かす際、

モータードライバーを使う、

と述べたが、これを使うにあたっても、

配線をショートさせないために、10KΩの抵抗がいる模様。

私が購入したのはこれ。
SODIAL(R) 100 x 1 / 4W 250V 10K Ohmアキシャルリード炭素膜抵抗

SODIAL(R) 100 x 1 / 4W 250V 10K Ohmアキシャルリード炭素膜抵抗
by カエレバ

 

結局二本しか使わないので、こんなにいるのか、という話だが、

まぁしょうがない。

あと、10KΩじゃなくてもいいのかもしれないが、

ひとまずこれで動いたので、ここではこれを紹介する。



ブレッドボード

DC モーター、モータードライバー、電源、ラズパイを

各々接続するためには、先ほど紹介したジャンパワイヤに加え、

それを差し込んでジャンパワイヤ同士などをつなぐための

ブレッドボード

が必要になる。

私が購入したのはこれ。

Rasbee SY-170 ミニブレッドボード カラフルブレッドボード 5個 [並行輸入品]

Rasbee SY-170 ミニブレッドボード カラフルブレッドボード 5個 [並行輸入品]
by カエレバ

 

正直 5 枚も要らない。

というか、実際一枚しか使っていない。

が、普通のブレッドボードより小さいため、

車体に載せるのに便利がよい。

あと、あったらあったで、

他のものを作るときに使えばよいか、

ということもあり、とりあえずこれを購入。

購入してみておもったのだが、

配線は多少やりにくく、密集してしまうものの、

取り立てて大きな不便はなかった。

また、やはり車体に搭載した結果を考えると、

普通のブレッドボードよりもこちらの方でよかったと思う。



はんだごて

ブレッドボードとジャンパワイヤがあれば、

大体の配線は実施できる。

なので、はんだごてを使わなくても、

動くものは作れなくはない。

ただ、現実的にやってみると、やはり

DC モーターとジャンパワイヤ(オス – オス)

の接続がすぐに外れてしまう。

セロハンテープで止めてみたりしたが、

DC モーターが動かずに配線を見直したりする際、

結構な確率で外れてしまっており、

それに気づくまでに結構時間を浪費する、

といったことが頻繁に起こって、イライラした。

本当ははんだごてまで買いたくはなかったのだが、

致し方なく調べてみると、800 円程度で

USB 電源、かつちょっと大きなシャーペン程度の

大きさのものがあったので、これならばと思い、購入。

買ったのはこれ。

15秒で使える!! 高出力 8W こて先 3mm コンパクト 安全スイッチ ハンダ USB給電式 半田こて 半田ごて
by カエレバ

 

実物はこちら。

実際に使ってみたが、USB 電源なので結構気軽に使えるし、

なにより、「電子工作やってます感」満載になる。

利便性と自己満足の両方の観点から、

持っていないならば買っておいた方がよいだろう。

なお、はんだ自体(写真中のばねのようなもの)は

上述のはんだごてセットの中に付属しており、

ラジコン戦車を作るにはこの量で十分。

なので、(私はそれを知らずに購入してしまったが)

別途はんだを購入する必要は特にないので注意が必要。
*他の用途で購入するなら別によいが。



micro USB 電源 DIP 化キット

DC モーターの電源としては、以下のような、

単三電池 4 本を直列に接続できる電池ボックス

Haobase 電池ホルダー 電池 ホルダー 4×1.5V 単三電池ケース 単3形*4本 6V用 ボックス スイッチ カバー 4本
by カエレバ

 

を使うのが一般的。

ただ、私はひねくれものなので、

・そうしょっちゅうラジコン戦車を動かさないと思う
・そうするといざ動かそうと思ったら電池切れとかいやだ
・電池を取り替えるのにいちいち車体をばらすのも面倒
・ラズパイ用モバイルバッテリーは必須だから、それを利用したい

ということから、

・DC モーターの電源をモバイルバッテリーから取得する

ということを実現したかった。

で、これをやろうと思うと、

・ブレッドボード上に micro USB の挿し口を作る

ということを実現しないといけない。

これを実現してくれるのが、micro USB 電源 DIP 化キット。

【ノーブランド品】メス マイクロ USB → DIP 5ピン ピンボード 2.54mm マイクロ USB 10個
by カエレバ

 

実物はこんな感じ。

正直な所、10 個も要らないし、

ハンダ付けは必要だし、
*こちらは実はハンダ付けなしでも一応使える

とは思ったのだが、はんだごては購入したし、

何か失敗した時にはスペア代わりに使えるし、

ということで、これを購入した。

実際、ブレッドボード上で micro USB 電源化した後、

一旦抜こうと思ったら、結構スムーズに抜けず、

元々ついていたはんだがはがれてしまう、という事態も起こった。

はんだがあるからハンダ付けしなおしてもよかったのだが、

それで壊れてもこまるので、二個目を使う、などという

状況もあったので、10 個入りのこちらを買ってよかったと思う。

なお、既に出来合いのものを使いたければ、

値段は 900 円ぐらいしてしまうが、

こういうものもあるらしい。

ブレッドボード用5V電源ボード Micro-B版 ヒューズ付き
by カエレバ

 

私は実際に使っていないのでなんともいえないが、

色々面倒そうだと思う人は、こちらを使ってもよいだろう。



車輪

最後は車体その物を作る材料。

私は初め、

タミヤ 楽しい工作シリーズ No.108 タンク工作基本セット (70108)

タミヤ 楽しい工作シリーズ No.108 タンク工作基本セット (70108)
by カエレバ

 

を購入し、作り始めた。

これには、

・各種車輪とキャタピラ、
・DC モーターとギアボックス(一個だけなので前進・後退のみ可)
・車体となる板
・電池ボックス(単三電池二本の直列接続)

が付属していたため、最初にやるにはこれがよいかと考えた。

が実際やってみると、私の頭ではどう考えても諸々搭載しきれない。

ギアボックスだけで板の前半分は使われるし、

後半分は電池ボックスでほぼ終了。

残りのラズパイやモバイルバッテリー、

配線したブレッドボードや監視カメラと合体させる際の

パンチルト可能なカメラマウントなどが載せられないのである。

ということで、最終的には後述するとおり、

車体をユニバーサルプレートに置き換えている。

で、そうなると車輪部分が必要になる。

私の場合は前述のとおり、既に購入したものから

部品として流用したが、車輪だけであれば、

以下のようなものが存在する。

タミヤ 楽しい工作シリーズ No.100 トラック&ホイールセット (70100)

タミヤ 楽しい工作シリーズ No.100 トラック&ホイールセット (70100)
by カエレバ

 

よって、車輪としてはこれを準備すればよいと思う。



ユニバーサルプレート

続いては車体そのものを作るための材料を揃える。

前述したとおり、車輪を支える車体だけでは、

・パンチルト可能なカメラマウント(監視カメラとの合体用)
・ラズベリーパイ本体
・配線したブレッドボード
・モバイルバッテリー

などが載せきれない。

よって、車輪を支える車体の上に、もう一段、

各種の装置を載せるための台が必要となる。

これを実現するため、今回は

タミヤ 楽しい工作シリーズ No.157 ユニバーサルプレート 2枚セット (70157)

タミヤ 楽しい工作シリーズ No.157 ユニバーサルプレート 2枚セット (70157)
by カエレバ

 

を利用した。

実物はこちら。

これだと、一枚目を車輪を支える下段として利用し、

二枚目をその他の装置を支える上段として利用できる。

また、車輪を支えるための部品も付属しているため、

車体として利用するにはもってこいの部品である。

よって、車体としてはこちらを購入しておけばよいだろう。



スペーサー

車輪、車体と揃ったので、十分かと思いきや、

実はそうではない。

車体部分で示した写真をみてもらえれば分かるが、

ユニバーサルプレートには、

プレートが二枚ついているにも関わらず、

これを多段化するために必要な部品が存在しない。

つまり、一枚目のプレートで一段目を作っても、

二枚目のプレートを二段目とすることがこのままでは出来ない。

これを実現するためには、

一段目(下段)の上に二段目(上段)を載せるための

柱の役割をしてくれる部品が必要だ。

これをスペーサーという。

最初は、どれぐらいの大きさのものが、

大体いくつ位必要なのか、が分からなかったので、

ひとまず以下のようなセットを購入した。

Kuman 180個 M3ねじ ナット六角スペーサー ナイロンねじ ブラック キット arduinoとRaspberry PI 3に適用回路基板 K79
by カエレバ

 

実物はこんな感じ。

値段は 1,000 — 1,500 円と、

他の部品に比べると若干高くなっている。

正直全部必要なわけではないし、

購入はだいぶ迷った。

が、結果的には購入しておいて正解。

もちろん、実際にはこれらの中身のうち

ごく一部の部品しか使っていない。

が、実際問題として、

車体に各パーツをどのように載せようか

は必ず悩む所であり、色々組み替えたりする。

その際、スペーサーを追加して下段と上段の高さを変えたり、

スペーサー自体を各パーツの支えにしたり、と

あーでもない、こーでもないと思いながら

結構いろんな部品を使ってみたくなる。

そういうときに、スペーサーやネジを

決め打ちで何個、と購入するのではなく、

こういったのセットを購入しておいたおかげで、

結果的に結構色々試すことができた。

今から買うなら、こういうセットの方が、

何かと使い勝手がよいと思う。



まとめ

前回に引き続き、今回は第二段として、

・ブラウザで操作できるラジコン戦車

を作る上で、

・ラジコン戦車を形づくるためのもの

を記載した。

今回は、

・実際に動くもの

を作るため、必要な部品がさすがに多くなっている。

しかしながら、ブレッドボードやジャンパワイヤ、

はんだごてや micro USB 電源 DIP 化キットなど、

他にも電子工作をする場合には利用可能なものも多いため、

今回すべてを使い切らなくても、あるとよいかと思う。

ここまでの Point!・動力源は DC モーター付きギアボックス、モータードライバーが必要!
・配線は、ブレッドボード、抵抗、ジャンパワイヤ、電源 DIP 化キット、はんだ、を使う!
・車体はユニバーサルプレート二枚組、多段にするにはスペーサー、後は車輪で OK!

次回は、Raspberry Pi 自体の初期設定について記載する。




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