ArduinoとWiiリモコンで動く超手抜きロボット

これまでArduinoはセンシングにばかり使っていたのでたまには他のものにも使ってみたかったわけだが、今回はその念願が叶い、自走ロボットの制御部として利用することとしてみた。

もともとは某大学で「ロボットを作ろう！」というテーマのワークショップをやることがきっかけだったのだが、いきなり自走するロボットを作ろうとしても、手元に何もお手本がないのはやりにくい。そこで海外の通販サイトでキット販売されている「Boe Bot」なるものを取り寄せてみた。サーボモータ2つとベーシックで動くマイコン、いくつかのセンサと筐体とが同梱されて15000円ほど。学生（おそらく高校生）向けの教材として売られているので、テキストが充実しており、きちんと内容の順序に従って取り組めば40時間ほどかかる（と、テキストには記載されている）ものを、ロボットの作成部分だけに省略して2時間足らずで完成させる。これのプログラムをいじって一通り遊んだ後、操縦系をArduinoに変更することとした。機材の汎用性／一般性を重視したためだ。ちなみに、元々のベーシックベースの開発言語もそこそこ使いやすいものであった。

Arduinoへの移植については、instructables.comに掲載されていたこの記事を最初は参考にした。この記事でもBoe Botがベースになっているので、移植自体はさほど困難はない。記事では超音波センサを使い、障害物をよけて自律移動するロボットを作っている（それ自体もBoe Botのオプションで販売されている）が、今回は自律移動型ではなく、リモコン操作型のものをつくることとした。これは私自身の研究側の都合である。

リモコン操作といえば、赤外線で動くものがすぐに思いつくが、赤外線のリモコンは受光部が裏を向いてしまうと反応が悪くなるので、Bluetoothで操縦することを目指すこととした。Bluetoothでリモコンといえば、手っ取り早く思いつくのがWiiリモコンである。思い返せば5年くらい前にWiiリモコンHackがネット上で話題になったのが、今の電子工作の再ブームであったり、Maker Faireだったりの源流だったのではないかとも思う。私自身、電子工作に手をつけたのはこれがきっかけだった。

Wiiリモコンは手元にたくさん数があるが、Arduinoとこれを、PCを経由させずに直接繋ぐ方法を調べてみた。方法論としては2つある。ひとつは、Sparkfunで売られている「Bluetooth Mate Gold」などのBTモジュールを使う方法、もうひとつは、同じくSparkfunで売られているUSBホストシールドにBTドングルをつけて行う方法である。前者はどういうわけかうまくいかなかったので、後者を選択する。

BTのハードウェア周りについては、ネットで探したこのページとこのページを参考にすることとした。どうやらCircuit@Homeというサイトで取り扱っているUSBホストシールドを動かすライブラリはSparkfunのUSBホストシールドと互換がないようなので、Sparkfunのシールドを改造する必要があるらしい。だいぶ前に購入していたUSBホストシールドを引っ張り出し、先のページに記載されている方法で改造を施す。リセットボタンがユルユルで意図せずリセットがかかってしまうようだったのでこれを取り除いた。シールドにBTドングルを取り付け、ひとまずBT関係はこれで完了。

サーボ関係は、USBホストシールドでデジタルの7～13ピンが使われてしまうということなので、PWMに対応した5、6番ピンにサーボを繋ぐ。Arduinoに変えたことでサーボの原点設定が変わるらしいので、サーボの可変抵抗をいじって原点調整をする。ハードウェア関係は以上で終了である。

続いてプログラム関係。先のUSBホストシールド用のライブラリは、Arduinoのバージョン1.0以降に対応していないらしいので、Arduinoのバージョンを下げて（私は0022を使った）コーディングすることとした。先のUSBホストシールド用のライブラリと、Wiiリモコン用のライブラリをArduinoのlibrary以下に配置する。サンプルコードはこれを参考にするが、キー入力などの変数名についてはヘッダファイルを参照しながら検討した。

簡単な動作プログラム自体はすぐにできたのだが、一番苦戦したのはやはりサーボの挙動に関する部分のコードである。通常のラジコンカーは、モーターで車輪の回転を制御しつつ、サーボで車輪の向きを制御するのだが、今回のロボットは左右の車輪の回転数違いで向きを制御するものである。要は内側と外側の車輪の回転数の違いで内輪差を作って方向転換をするのだが、これを固定値で決められれば簡単なのだが、アクセルの押し加減と連動して変化させなければならないのでちょっと面倒くさい。結果的には思うような制御ができるところまではいったが、果たしてこれで正解かどうかはまだわからない。加減速の具合も、単なる線形ではなく、サインカーブに準じるようにするなどした。などなどひっくるめて、WiiリモコンでArduinoのサーボを制御するプログラムを書いた。

実装してしばらくデバッグしてみた。BTの接続が時々切れて制御不能になるときがあるが、それ以外は安定した挙動を見せている。接続切れに対する対応はコード部分で対応できるかも知れない。おまけの機能として、iPhoneを固定するパーツを3Dプリンタで出力してみた。Airplayでテレビ画面にカメラ映像を映し出すことで、ロボット目線の映像を大画面で見ることができる。なんだかんだでAirplayは便利だし、応用の範囲も広いのではないかと思う。

自走型のロボットは、サーボやモーターなどの駆動部と、外部環境を認識するセンサやリモコンからの制御を受信するセンサ／通信部、これらを制御するマイコン部との3つに区分される。今回これを作ってみて思ったのは、一番手に入りにくい部品はセンサやサーボではなく、シャーシ部分のパーツであったということである。デジタルが全く関係のないところで大きなハードルがある。今回もBoe Botを使った理由のひとつに、手っ取り早くシャーシを手に入れることができるからというものがあった。ロボット研究では300[mm]角サイズのロボットを使いたいので、上物をどれくらいの大きさにするかにもよるが、シャーシの大型化とサーボの高トルク化は今後の課題だ。