【初めてのロボット開発】Arduino互換のWi-Fi通信機能搭載の二足歩行ロボット”ピッコロボIoT”を始めてみよう!!

ロボット
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最近プログラミングが小学校の授業で始まったり、副業でプログラムを始めている方が増え、”プログラミング”重要性は年々上がっています。

そんな中で”ロボット開発をしてみたい!”という方も多くいると思います。

はてなくん
はてなくん

ロボット開発をしてみたいけど、どんな知識が必要なの?

どんなものから始めたらいいんだろう?

Web開発やアプリ開発でPC上だけで動かせるプログラミングも手軽で面白いですが、実際にモノを動かしてみたいという方にぜひ読んで頂きたいと思います。

初心者が楽しめるロボット開発についてまとめていきます。

  • ロボット開発で学べる知識について
  • 初心者にオススメのロボット紹介
  • 初心者用ロボット”ピッコロボIoT”の入門編

 

ロボット開発で学べる知識(必要な知識)について

そもそもロボットとはどのようなものを指すものでしょうか?

漫画、アニメではアトムやドラえもん。最近ではPepperくんやaiboなどを身近で見たことがあるでしょうか。

経済産業省ではロボットを「センサー、知能・制御系、駆動系の3つの要素技術を有する、知能化した機械システム」と定義しています。

  • センサー:カメラやマイク、圧力センサなど人の目、耳、触覚などにあたる感覚器
  • 知能・制御系:センサー情報・動作の解析などのコンピュータ部分。人の脳の役割
  • 駆動系:移動やジェスチャーに使うモータなど人の関節、筋肉にあたる動力

つまり、ロボット開発はあらゆる技術の総合格闘技と言えます。

上記の3要素を制御するためにはさらに「プログラミング、電気回路、機械工学」の専門知識が必要になります。

工学系の知識を広くつけるにはロボット開発を行うことは非常に有効です。

私自身、情報系(プログラミング寄り)の大学院を出ていますが、学生時代ロボット開発を行う中で回路設計やモータ制御、3Dプリンタを使ったロボットハンドの作成など様々な技術に触れてきました。

ロボット開発を通してプログラミングに限らず工学技術(電気、機械)を広く身につけることができます!まさにSTEAM教育の全体を網羅したような勉強になるといえます。

まずはロボットのキットのようなものから始めていき、プログラミングの基礎からロボットを動かす楽しみを知っていければ良いと思います!

 

初心者にオススメのロボット紹介

学習用途からプロトタイプ開発まで幅広く使われているArduinoというマイコンボードを使用したロボットを紹介していきます。

Arduinoを使う理由としては、ArduinoIDEという開発環境が無料で提供されており、センサーやアクチュエータの接続が簡単化されているボードが多く世に出ているためです。

まず、1つ目は、

ピッコロボIoT

二足歩行で歩く姿は可愛らしく、デザインも愛着を持つことができます。超音波センサや人感センサも搭載しておりプログラミングを楽しむ入門編にはピッタリのロボットです。

Wi-Fi通信やサーボモータ出力などのI/Oが強化された新ボード「V-duino」を搭載しています。V-duinoはArduino互換のESP-WROOM -02をCPUとし、さらにARMマイコンを搭載することにより、一枚でサーボモータ制御、センシング、ワイヤレス通信を安定して行うことができます。

 

次に、

ELEGOO UNO R3スマートロボットカーV3.0+

専用のリモコンやスマートフォンでラジコンのように操作することもでき、付属のセンサで追従や障害物回避なども行えます。自律走行などに興味がある人はまずココから初めても良いでしょう。

初心者がプログラミング、エレクトロニクスの組み立て、およびロボットの知識に関する実践経験を得るための教育キットです。ロボット勉強の統合ソリューションであり、電子工作教育のために作られています。
ボードに3つのライントラッキングモジュール、保護ボード付きのバッテリもアップグレードしたので、お客様御自分の電子センサーも同じ拡張ボードに取り付けることができます。

 

さらに、

SunFounder ロボットアームキット

このロボットアームは手元のハンドル操作とPC(Arduino)の2つの方法で簡単にコントロールできます。ホルダーの先端には、尖った鋸歯状のエッジを持つ構造で、対象物をしっかり掴むことができます。アーム制御は空間把握が必要になるため操作は難しいですが物体把持などできることが多くなります。

柔軟なロボットアーム。ホルダーは3.54インチ260度まで開く、腕の半径方向180度、肘の動きの範囲180度、台座回転は180度までです。 4軸設計により、アームは柔軟に動き、任意の方向に物体をつかむことができます。
101 in 1:このロボットアームキットは、Arduion用 R3メインボード、高トルクのサーボ4つ、耐久性と飛散防止プレート、拡張ボード、4つのポテンショメーターボタンなどを含まれています。

ロボカーとアームを合体させたりすると楽しさも倍増しそうですね!

 

初心者用ロボット”ピッコロボIoT”の入門編

先ほど紹介したロボット中でピッコロボIoTについて、どのようなことができるか遊び方の一例を紹介していきます。

まず、ピッコロボIoTの製品仕様が以下になります。

【製品仕様】
・外形:212(H)×133(W)×92(D) [mm]
・重量:約480g(バッテリ搭載時)
・自由度:合計4自由度(頭1、腰1、脚2)
・サーボモータ:標準サーボモータ Type2×4
・CPU:V-duino
・本体材料:MDF
・動作電圧:サーボモータ 5V, ロジック 3.3V
・電源:5V ACアダプタ、または、単3ニッケル水素充電池×4本(別売)
・対応OS:Windows, MacOS X, Linux(Arduino IDE対応環境必須)
・インターフェース:サーボ×10、センサー×3、超音波センサー×1、I2C×1、UART×1、USB ×1、圧電ブザー×1(UARTとUSBはバスを共用)
・その他:ソフトスイッチ、バッテリー電圧監視機能、サーボ補間機能 Arduino IDEでプログラム可能

 

頭部には人感センサが搭載されており、数m先でも人が通ると検知して反応することができます。

その両サイドには光検知センサが搭載されています。頭を撫でるように手で覆うと光の量が減り手が近づいたことに反応します。

さらに胸には超音波センサが搭載されていて2cm〜450cmの距離を測ることができます。歩いていても壁を検知して方向を転換することが可能となります。

 

頭部横にはLEDが搭載されており、点灯することができます。

体の動作用サーボモータは4つ搭載されています。首、胴体、足。

 

頭部の裏は開閉でき、中にはロボットの脳にあたるマイコンボード”V-duino”が入っており、センサやLED、サーボモータとつながっています。また、電池も頭部内に収まっています。

 

Wi-Fiを繋ぐことでこのようにスマートフォンでの操作も可能になります。

ピッコロボの動作を指示しているだけでなく画面下部ではセンサ値も表示しています。

 

ピッコロボのプログラミング開発はArduinoIDEというArduino用の開発環境で行うことができます。

専用のボード”V-duino”を使用しているのでボード情報をインストールすることで対応可能です。

 

スマートフォンでの操作にはこのような画面を作成することができ、ピッコロボを直接操作することもできます。また、センサー値はリアルタイムで監視することができます。

 

その他にもプログラムすることでセンサー値に応じてピッコロボを制御することもできます。

例えば、人感センサが反応したらピッコロボが動き出し、超音波センサーで壁に当たらないように歩行させ、頭を撫でるように光センサーの光を遮ったらピッコロボが停止するように制御することもできます。

 

”ピッコロボIoT”というだけあったWi-Fiと繋がることが大きな拡張性を持たせています。

遠隔操作をすることもできる点を考えるとプログラミングのスキル次第では様々なアプリケーションを実現することができます。

まとめ

ロボット開発について興味を持っていただけたでしょうか?

ロボットを動かすということは幅広いスキルをつけることになります。

また、想像次第であらゆる遊び方ができるのもロボット開発の面白みだと思います。

今回ピッコロボIoTがどのように動くか簡単に説明したので、次回はセットアップについて詳細を載せていきます。さらにプログラミング次第でどのような遊び方があるか紹介していきます。

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