汎用電動機制御基板をつかってロボットカーを製作してみよう！【ハード編】

https://github.com/bit-trade-one/ADRPT8C_Generic_Motor_Controller

↑サンプルプログラムはこちらから！↑

汎用電動機制御基板を利用して自律型のロボットカー略してラズ☆ロボ・カーを製作します。ロボットカー単体としては左右の距離センサと、左右のＤＣモータが、それぞれ独立して動いています。

動画では単体で動いていますが複数をリンクさせてセンサ情報を、ラズパイ、ＮＯＤＥ－ＲＥＤ、ＭＱＴＴと経由して、もう一体の相手ロボットに送ることで、シンクロして連動させることができます。

今回製作でとりあげる汎用電動機制御基板について、要点をあげると入出力6ch（アナログ入力、デジタル入出力兼用）5V対応アナログ入力2ch、PWM出力8ch、モータ出力2chをサポートしバランスの取れた入出力対応が特徴に思います。
arduino等、5V系の豊富なＩ２Ｃモジュールに対応できるようにＩ２Ｃ　5Ｖ系に対応しＰＷＭで３ピンのサーボモータ（例：ＳＧ９０）を、直接接続も可能です。
そういったわけで、ロボットカーを製作する過程で、必要な機能をまとめた製品となっていますが、アナログ入力と、ＤＣモータ制御を一枚の基板で対応しているものは、なかなか見つからないと思います。

また、ソフトウェアエンジニアさんから、はんだ付けをできるだけしないでラズパイを扱いたいという要望がありましたので24極スクリューレス端子台を使いはんだ付けを不要としました。

その他、ロボットカーを製作する上で、モータ電源を、外部だけでなく、内部の５Ｖ電源も切り替えられるようにしＤＣモータの回転の向きが分かりづらく苦労したので、モータの回転方向の信号に色を変えてＬＥＤで表示し、実際にモータをつながなくてもデバッグできるよう工夫しました。

時計回り：clock　wise（ＣＷ）　反時計回り：Counter　clock　wise（ＣＣＷ）

信号の見える化：時計回り：clock　wise（CW）
　反時計回り：Counter　clock　wise（CCW）

このように実験で楽しく遊べるロボットカーが、汎用電動機制御基板を使用することで、比較的簡単に製作することができます。

ロボット・カーを動かすには、多くの分野の技術を知る必要がありますが、本記事ではその技術、ノウハウを順番に説明していきます。

ハード：必要なハードの構成
ソフト：使用しているデバイス用のpythonプログラム
システム：ロボット・カーを動かすためのＮＯＤＥ－ＲＥＤプログラム

ハード：必要なハードの構成
ラズパイで、ロボットカーを作るには、センサで、周りの情報を入力し、モーターを動かす必要があります、ラズパイには、GPIOでデジタル入出力はできますが、アナログ入力、ＤＣモータ出力を実現するために、ラズパイの上に汎用電動機制御基板を追加する必要があります。
ハードの全体図を示します
汎用電動機制御基板の主要機能を示します。【汎用入出力】・アナログ入力　6ch、12bit 入力範囲：0～3.3V・アナログ入力　2ch、12bit 入力範囲：0～6.6V・デジタル入出力6ch　ラズパイのGPIO　入出力範囲：0～3.3V【PWM出力】・8ch：　12bitPWM　出力範囲：0～5V、ＬＥＤ表示付き【モータ出力】・2ch：出力電流 1.2A　モータ電源範囲：2.5～13.5V正転/逆転/ショートブレーキ/ストップ制御機能付き PWM出力、ＬＥＤ表示付き【Ｉ２Ｃ入出力】・3.3Ｖ系と5Ｖ系の両方の仕様に対応
全体→制御基板　回路図を下記に示します。
rasp-test-bench2_v11p_20170807_web_sch
次に、制御基板と、距離ｾﾝｻ、ＤＣモータとの接続の回路図を下記に示します
rasp-test-bench2_v11_20170721

端子図を下記に示します

必要な部品を下記に示します

部品をいろいろ揃えます。

ラズパイ３本体１PCS
汎用電動機制御基板１PCS
タミヤ製ダブルギヤボックス（左右独立4速タイプ）Item No：70168 モータ２ケ付き 1PCS
タミヤ製オフロードタイヤセットItem No：70096 １PCS
タミヤ製ボールキャスターItem No：70144 1PCS
電池ボックス（単３*2）ＤＣモータ用 1PCS
モバイルバッテリ（ラズパイ稼働用） 1PCS
マイクロＵＳＢケーブル 1PCS
距離センサシャープ測距モジュール　ＧＰ２Ｙ０Ａ２１ＹＫ 2PCS
Ｌ字金具２枚（距離ｾﾝｻ取付用） 1PCS

そのほか、車体となるボードが必要になります。今回はこちらの適当なボードを使用しました。