自宅でロボットを作る方法

PDF形式でダウンロード
PDF形式でダウンロード

ロボットの自作に興味がありますか？自作可能なロボットは多種多様です。まずは、A点からB点へ移動するという単純な作業を実行するロボットを作ってみたいと思う人がほとんどです。アナログ部品を集めるところから始めたり、スターターキットを購入したりするなどして、一からロボットを作ることができます。ロボットの自作は電子工学とコンピュータプログラミングの両方の学習にうってつけの方法です。　

パート 1
パート 1 の 5:
ロボットを組み立てる

  1. 1123333 1というタイトルの画像
    1
    部品を集める　基本的なロボットを組み立てるには、以下のようないくつかの単純な部品が必要です。全部ではないにしても、これらの部品のほとんどは、地元の電子工作部品販売店や多数のオンラインショップで入手できます。基本的なロボット製作キットには、これらの基本的な部品がまとめて入っているかもしれません。ここで紹介するロボットにははんだ付けは不要です。
    • Arduino Uno（または他のマイクロコントローラー）[1]
    • 連続回転サーボ×2個
    • サーボに接続できるホイール×2個
    • キャスターローラー×1個
    • はんだ付け不要のブレッドボード×1個（両側に+と-の2本の線が並んでいるブレッドボードを探しましょう）
    • 距離センサー（4ピンコネクタケーブル付きのもの）×1個
    • プッシュボタンスイッチ×1個
    • 10kΩ抵抗×1個
    • USBケーブル（A-Bタイプ）×1本
    • ブレイクアウェイヘッダ×1セット
    • 電池ホルダー（単三電池6本用、9V DCジャック付き）×1個
    • ジャンパー線×1セットまたは22ゲージ配線
    • 強力な両面テープまたは熱接着剤
  2. 1123333 2というタイトルの画像
    2
    電池パックをひっくり返して平らな面を上向きにする　ひっくり返した電池パックの平らな面をロボットを組み立てる土台として利用します。
  3. 1123333 3というタイトルの画像
    3
    2個のサーボを電池パックの端の上に揃えて並べる　電池パックの線が出ている方の端の上に2個のサーボを配置します。各サーボの回転機構が電池パック側面の外側を向くようにして置きましょう。ホイールが真っすぐに進むようにするためには、サーボをきっちりと揃えて並べることが重要です。サーボの配線が電池パックの後ろ側から出てきているはずです。
  4. 1123333 4というタイトルの画像
    4
    テープや接着剤でサーボを貼り付ける　[2] 　サーボを電池パックにしっかりと貼り付けましょう。サーボの裏面がバッテリーパックの裏面とぴったり重なるように配置します。
    • サーボが電池パック裏面の半分を占めている状態になるはずです。
  5. 1123333 5というタイトルの画像
    5
    電池パックの空いているスペースにブレッドボードを横向きに貼り付ける　ブレッドボードを電池パックの前面から少しはみ出るように、また両側面から張り出すように配置し、しっかりと固定しましょう。ブレッドボードのA列がサーボ側に来ているはずです。
  6. 1123333 6というタイトルの画像
    6
    サーボの上にArduinoマイクロコントローラーを載せる　2個のサーボが適切に取り付けられていれば、サーボ自体の面が平らになっているはずです。この平らな面に、USBコネクタと電源コネクタが後ろ側（ブレッドボードから離れる方向）に来るように、Arduinoを貼り付けます。Arduinoの前面は、ほんのわずかだけブレッドボードと重なるはずです。
  7. 1123333 7というタイトルの画像
    7
    サーボにホイールを取り付ける　サーボの回転機構にホイールをしっかりと押し込みます。最適な駆動を実現するために、ホイールはできるだけきつくフィットするように設計されているため、押し込むにはかなりの力が必要かもしれません。
  8. 1123333 8というタイトルの画像
    8
    ブレッドボードの底面にキャスターを取り付ける　本体をひっくり返すと、ブレッドボードが電池パックから少しだけはみ出ている部分があるはずです。このはみ出ている部分に、必要に応じてスペーサーを使用して、キャスターを取り付けましょう。キャスターは前輪として機能し、ロボットがどの方向にも簡単に回転できるようにします。[3]
    • ロボット製作キットを購入した場合は、キャスターが地面と接触するように調節するためのスペーサーが付属しているかもしれません。
    広告

パート 2
パート 2 の 5:
ロボットの配線をする

  1. 1123333 9というタイトルの画像
    1
    3ピンヘッダーを2つ切り離す　サーボをブレッドボードに接続するために、3ピンヘッダーを2つ使います。ピンをヘッダーから押し出して、ピンがヘッダー両側から等距離に出ている状態にしましょう。
  2. 1123333 10というタイトルの画像
    2
    2つのヘッダーをブレッドボードE列、1～3番、6～8番に差し込む　しっかりと差し込みましょう。[4]
  3. 1123333 11というタイトルの画像
    3
    黒いケーブルが左側（1番と6番ピン）に来るように、サーボのケーブルをヘッダーに接続する　これにより、サーボとブレッドボードが接続されます。左側のサーボを左側のヘッダー、右側のサーボを右側のヘッダーに接続していることを確認しましょう。
  4. 1123333 12というタイトルの画像
    4
    C2およびC7ピンから電源用の赤いライン（+）のピンに赤いジャンパー線を接続する　必ずブレッドボード後ろ側（本体に近い方）の赤いラインを使いましょう。
  5. 1123333 13というタイトルの画像
    5
    B1およびB6ピンから青いライン（グラウンド）のピンに黒いジャンパー線を接続する　必ずブレッドボード後ろ側の青いラインを使いましょう。赤いラインのピンに配線しないようにしましょう。
  6. 1123333 14というタイトルの画像
    6
    Arduinoの12番および13番ピンからA3およびA8ピンに白いジャンパー線を接続する　この配線によって、Arduinoがサーボを制御してホイールを回転できるようになります。
  7. 1123333 15というタイトルの画像
    7
    ブレッドボード前側にセンサーを取り付ける　センサーはブレッドボード外側の電源ラインではなく、最初の文字列（J）に差し込みます。この列のちょうど真ん中にセンサーを差し込み、その両側のピンの数が同数になるようにしましょう。
  8. 1123333 16というタイトルの画像
    8
    I14ピンからセンサー左側にある青いラインの最初のピンに黒いジャンパー線を接続する　この配線により、センサーが接地されます。
  9. 1123333 17というタイトルの画像
    9
    I17ピンからセンサー右側にある赤いラインの最初のピンに赤いジャンパー線を接続する　この配線により、センサーが給電されます。
  10. 1123333 18というタイトルの画像
    10
    I15ピンからArduinoの9番ピン、I16ピンから8番ピンに白いジャンパー線を接続する　この配線により、センサーからマイクロコントローラーに情報が送信されます。
    広告

パート 3
パート 3 の 5:
電源の配線をする

  1. 1123333 19というタイトルの画像
    1
    ロボット本体をひっくり返して、電源パック内の電池が見える状態にする　電池パックの線が左下に来るように、電池パックの方向を合わせましょう。
  2. 1123333 20というタイトルの画像
    2
    左から2番目の電極のバネの根元に赤い線を接続する　必ず電池パックの方向が正しい方向であることを確認しましょう。
  3. 1123333 21というタイトルの画像
    3
    右端の電極のバネの根元に黒い線を接続する　この黒い線と前のステップの赤い線は、Arduinoに適切な電源を供給する役割を果たします。[5]
  4. 1123333 22というタイトルの画像
    4
    ブレッドボード右端の赤いラインと青いラインのピンに、さきほどの赤い線と黒い線をそれぞれ接続する　黒い線は青いラインの30番のピン、赤い線は赤いラインの30番のピンに接続しましょう。
  5. 1123333 23というタイトルの画像
    5
    ArduinoのGNDピンから後ろ側の青いラインのピンに黒い線を接続する　青いラインの28番ピンに黒い線を接続しましょう。
  6. 1123333 24というタイトルの画像
    6
    後ろ側と前側の青いラインの29番ピン同士を黒い線で接続する　Arduinoを損傷させてしまう可能性があるため、赤いラインを接続しないようにしましょう。
  7. 1123333 25というタイトルの画像
    7
    前側の赤いラインの30番ピンからArduinoの5Vピンに赤い線を接続する　この配線によって、Arduinoが給電されます。
  8. 1123333 26というタイトルの画像
    8
    24～26番ピンの間にある隙間をまたぐようにプッシュボタンスイッチを差し込む　このスイッチによって、電源の配線を抜かなくても、ロボットをオフにすることができるようになります。
  9. 1123333 27というタイトルの画像
    9
    H24ピンからセンサー右側にある赤いラインのピンに赤い線を接続する　赤いライン上の利用可能な一番近いピンに接続しましょう。この配線によって、ボタンが給電されます。
  10. 1123333 28というタイトルの画像
    10
    H26ピンと青いラインを抵抗で接続する　抵抗は数ステップ前に接続した黒い線のすぐ隣のピンに接続しましょう。
  11. 1123333 29というタイトルの画像
    11
    G26ピンからArduinoの2番ピンに白い線で接続する　この配線によって、Arduinoがプッシュボタンの押下を登録できるようになります。
    広告

パート 4
パート 4 の 5:
Arduinoのソフトをインストールする

  1. 1123333 30というタイトルの画像
    1
    Arduino IDEをダウンロードして展開する　Arduino IDEはArduinoの開発環境です。これを使って、命令をプログラムしてArduinoマイクロコントローラーにアップロードすることができます。Arduino IDE は「arduino.cc/en/main/software」から無料でダウンロードできます。ダウンロードしたファイルをダブルクリックして解凍し、中のフォルダをアクセスしやすい場所に移動しましょう。実際にはプログラムはインストールしません。「arduino.exe」をダブルクリックして、解凍したフォルダに入っているプログラムを実行するだけです。[6]
  2. 1123333 31というタイトルの画像
    2
    電池パックをArduinoに接続する　電池パックのジャックをArduinoのコネクターに差し込んで給電しましょう。
  3. 1123333 32というタイトルの画像
    3
    USB経由でArduinoをパソコンに接続する　おそらくWindowsはArduinoを認識しません。
  4. 1123333 33というタイトルの画像
    4
    .⊞ Win+Rを押して、devmgmt.mscと入力する　デバイスマネージャーが起動します。
  5. 1123333 34というタイトルの画像
    5
    ［ほかのデバイス］の項目で［不明なデバイス］を右クリックし、［ドライバーソフトウェアの更新］を選択する　このオプションが見当たらない場合は、［プロパティ］をクリックして［ドライバー］タブを選択し、［ドライバーの更新］をクリックしましょう。
  6. 1123333 35というタイトルの画像
    6
    ［コンピューターを参照してドライバーソフトウェアを検索］を選択する　Arduino IDEに付属しているドライバーを選択できるようになります。
  7. 1123333 36というタイトルの画像
    7
    ［参照］をクリックして、さきほど解凍したフォルダに行く　解凍したフォルダ内に［drivers］フォルダがあります。
  8. 1123333 37というタイトルの画像
    8
    ［drivers］を選択して［OK］をクリックする　不明なソフトに関する警告が表示されても、そのまま継続しましょう。
    広告

パート 5
パート 5 の 5:
ロボットのプログラミングを行う

  1. 1123333 38というタイトルの画像
    1
    IDEフォルダ内の「arduino.exe」ファイルをダブルクリックしてArduino IDEを起動する　空白のプロジェクトが表示されます。
  2. 1123333 39というタイトルの画像
    2
    以下のコードを貼り付けて、ロボットが直進するようにする　以下のコードは、Arduinoがロボットをひたすら直進させるためのコードです。 
    #include <Servo.h> // このプログラムに「サーボ」ライブラリを追加します。

// 以下で2つのサーボオブジェクトを作成します。
Servo leftMotor;
Servo rightMotor;

void setup()
{
    leftMotor.attach(12); // 誤ってサーボのピン番号を変えてしまった場合は、ここで切り替え可能です。
    rightMotor.attach(13);
}


void loop()
{
    leftMotor.write(180); // 180はサーボに回転を継続しながら、フルスピードで前進するように指示します。
    rightMotor.write(0); // これらが共に180の場合は、サーボが反転するため、ロボットは円を描くように動作します。0はサーボにフルスピードで後退するように指示します。
}
  3. 1123333 40というタイトルの画像
    3
    プログラムを構築してアップロードする　プログラムを構築して接続しているArduinoにアップロードするには、画面左上隅にある右向き矢印のボタンをクリックします。
    • プログラムがアップロードされると、ロボットはひたすら前進し続けるため、ロボットを持ち上げておくとよいかもしれません。
  4. 1123333 41というタイトルの画像
    4
    キルスイッチ機能を追加する　キルスイッチを有効にするには、コード内の「void loop()」の部分の「write()」機能の上に、以下のコードを追加しましょう。 
    if(digitalRead(2) == HIGH) // ボタンが押されているときに、Arduinoの2番ピンに記録します。
{
    while(1)
    {
        leftMotor.write(90); // 90はサーボのニュートラルポジションであり、回転を止めるように指示します。
        rightMotor.write(90);
    }
}
  5. 1123333 42というタイトルの画像
    5
    コードをアップロードしてテストする　キルスイッチを追加したコードをアップロードして、ロボットの動作をテストできます。プッシュボタンボタンスイッチを押すまで、ロボットは前進を続け、スイッチを押した時点で止まります。全コードは以下の通りです。 
    #include <Servo.h>

// 以下で2つのサーボオブジェクトを作成します。
Servo leftMotor;
Servo rightMotor;

void setup()
{
    leftMotor.attach(12); 
    rightMotor.attach(13);
}


void loop()
{
    if(digitalRead(2) == HIGH) 
    {
        while(1)
        {
            leftMotor.write(90); 
            rightMotor.write(90);
        }
    }

    leftMotor.write(180); 
    rightMotor.write(0); 
}
    広告

サンプルコード

以下のコードは、ロボットに取り付けられているセンサーを使用して、障害物に遭遇するたびにロボットを左に回転させるコードです。コードの各部分の機能詳細については、コード内のコメントを参照しましょう。以下のコードはプログラム全体です。 

#include <Servo.h>

Servo leftMotor;
Servo rightMotor;

const int serialPeriod = 250;       // コンソールへの出力を0.25秒に1回に制限します。
unsigned long timeSerialDelay = 0;

const int loopPeriod = 20;          // センサーの読み取り頻度を20ms（周波数50Hz）に設定します。
unsigned long timeLoopDelay   = 0;

// ArduinoのピンにTRIGとECHO機能を割り当てます。違うピンに接続した場合は、ここの数字を変更しましょう。
const int ultrasonic2TrigPin = 8;
const int ultrasonic2EchoPin = 9;

int ultrasonic2Distance;
int ultrasonic2Duration;

// ロボットができる2つの動作（前進または左回転）を定義します。
#define DRIVE_FORWARD     0
#define TURN_LEFT         1

int state = DRIVE_FORWARD; // 0 = 前進（デフォルト）、1 = 左回転

void setup()
{
    Serial.begin(9600);
  
    // センサーピン設定
    pinMode(ultrasonic2TrigPin, OUTPUT);
    pinMode(ultrasonic2EchoPin, INPUT);
    
    // モーターをArduinoピンに割り当て
    leftMotor.attach(12);
    rightMotor.attach(13);
}


void loop()
{
    if(digitalRead(2) == HIGH) // キルスイッチを検出します。
    {
        while(1)
        {
            leftMotor.write(90);
            rightMotor.write(90);
        }
    }

    debugOutput(); // デバッグメッセージをシリアルコンソールに出力します。
    
    if(millis() - timeLoopDelay >= loopPeriod)
    {
        readUltrasonicSensors(); // センサーに計測と測定した距離の保存を指示します。
        
        stateMachine();
        
        timeLoopDelay = millis();
    }
}


void stateMachine()
{
    if(state == DRIVE_FORWARD) // 障害物が検出されない場合
    {
        if(ultrasonic2Distance > 6 || ultrasonic2Distance < 0) // ロボットの正面に何もない場合、ultrasonicDistanceは負の値になります。
        {
            // 前進
            rightMotor.write(180);
            leftMotor.write(0);
        }
        else //  正面に障害物がある場合
        {
            state = TURN_LEFT;
        }
    }
    else if(state == TURN_LEFT) // 障害物が検出された場合は、左回転します。
    {
        unsigned long timeToTurnLeft = 500; // 90度回転するには約0.5秒間かかります。ホイールのサイズが例とは異なる場合は、ここを調整する必要があるかもしれません。
        
        unsigned long turnStartTime = millis(); // 回転を開始した時間を保存します。

        while((millis()-turnStartTime) < timeToTurnLeft) // timeToTurnLeft が経過するまで、このループに留まります。
        {
            // 左回転します。両方の値が180に設定されるとき、ロボットは回転します。
            rightMotor.write(180);
            leftMotor.write(180);
        }
        
        state = DRIVE_FORWARD;
    }
}


void readUltrasonicSensors()
{
    // これはultrasonic 2用です。別のセンサーを利用する場合は、これらのコマンドを変更する必要があるかもしれません。
    digitalWrite(ultrasonic2TrigPin, HIGH);
    delayMicroseconds(10);                  // 少なくとも10ms間、trig pinをhighの状態に保持します。
    digitalWrite(ultrasonic2TrigPin, LOW);
    
    ultrasonic2Duration = pulseIn(ultrasonic2EchoPin, HIGH);
    ultrasonic2Distance = (ultrasonic2Duration/2)/29;
}

// 以下はコンソールでのデバッグエラーのためのものです。
void debugOutput()
{
    if((millis() - timeSerialDelay) > serialPeriod)
    {
        Serial.print("ultrasonic2Distance: ");
        Serial.print(ultrasonic2Distance);
        Serial.print("cm");
        Serial.println();
        
        timeSerialDelay = millis();
    }
}

関連記事

画像検索で簡単に人物を特定する
 
画像検索で簡単に人物を特定する
ウェブサイトの公開日を調べる
 
ウェブサイトの公開日を調べる
ワイヤレスマウスを接続する
 
ワイヤレスマウスを接続する
テレビでNetflixからログアウトする
 
テレビでNetflixからログアウトする
DVDプレーヤーを接続する
 
DVDプレーヤーを接続する
 
キズの付いたCDを修復する
winmail.datを開く
 
winmail.datを開く
EMLファイルを開く
 
EMLファイルを開く
海外でのブラックハートの絵文字の使用海外での🖤（ブラックハート）の絵文字の使用
XMLファイルを開く
 
XMLファイルを開く
DLLファイルを開く
 
DLLファイルを開く
AndroidでSMSを別の端末に移行する
 
AndroidでSMSを別の端末に移行する
電気の配線のプラスとマイナスを見分ける
 
電気の配線のプラスとマイナスを見分ける
 
Excel でアルファベットの小文字を大文字に一括変換する
広告

出典

  1. ↑ https://www.robotshop.com/community/tutorials/show/how-to-make-a-robot-lesson-4-understanding-microcontrollers
  2. ↑ https://learn.adafruit.com/Cardboard-Robot-Inchworm/add-the-electronics
  3. ↑ http://makezine.com/projects/building-a-simple-arduino-robot/
  4. ↑ http://www.ladyada.net/learn/arduino/lesson3.html
  5. ↑ https://www.arduino.cc/en/main/standalone
  6. ↑ https://learn.sparkfun.com/tutorials/installing-arduino-ide/all

このwikiHow記事について

wikiHowは「ウィキ」サイトの一つであり、記事の多くは複数の著者によって共著されています。 この記事は、匿名の筆者を含む78人が執筆・推敲を行い、時間をかけて編集されました。 この記事は3,201回アクセスされました。
カテゴリ: パソコン・電子機器
記事のサマリーX

自力で移動するシンプルなロボットを作るには、ロボット製作キットを購入するか、電子工作部品販売店で必要な部品を購入して組み立てましょう。必要な部品は、マイクロコントローラー、これはロボットの頭脳として機能する小型コンピューターです。さらに、ホイールを動かす連続回転サーボ2個、サーボに接続できるホイール2個、キャスターローラー、回路となるはんだ付け不要の小さいブレッドボード、電池ホルダー、距離センサー、プッシュボタンスイッチ、ジャンパー線を用意します。まず、電池パックの端に両面テープや熱接着剤でサーボを取り付けましょう。サーボの回転機構が電池パック側面の外側を向くようにします。次に、ブレッドボードをバッテリーパックのサーボの隣に両面テープや熱接着剤で取り付けましょう。サーボの上部の平らな面にマイクロコントローラーを載せてしっかりと固定します。それから、サーボの回転機構にホイールをしっかりと押し込みましょう。ブレッドボードの前方にキャスターを取り付けます。キャスターは前輪として機能し、ロボットがどの方向にも簡単に回転できるようにします。ブレッドボード前面に距離センサーを差し込みましょう。ロボットを配線し、サーボ、マイクロコントローラー、スイッチ、バッテリーパックをブレッドボートに接続します。USBケーブルを使ってマイクロコントローラーをコンピューターに接続しましょう。コンピューターからマイクロコントローラーに基本的なコントロールプログラムをアップロードします。このロボットは、前や後ろに進み、止まり、回転して障害物をよけることができます。平らで滑らかな面でロボットをテストし、完成度を確認しましょう。 Arduinoソフトウェアを使う方法などについては記事を参考にしましょう。

他言語版
このページは 3,201 回アクセスされました。

この記事は役に立ちましたか？

広告