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Raspberry Pi Zero + Arduino連携のカメラ付きリモコン戦車

概要

※改良版の【改良版】Raspberry Pi Zero + Arduino連携のカメラ付きリモコン戦車を作成しました(2019/10/8追記)
Raspberry Pi Zero + Arduino連携のカメラ付きリモコン戦車を製作しました。
Raspberry Piだけでも実現可能ですが、「モーター制御はマイコンに任せる」ということをやってみたくなり、Raspberry Piからのシリアル通信でArduinoを制御してみました。
1作目のRaspberry PIを使用したRC戦車の製作の改良です。
(バッテリー・モータの配置を変えて重心が前に移り、走行性能が改善しました。(2019/3/17))
DSC_0004.JPG

構成

  • Raspberry Pi Zero WH ーー> WebIOPi 、カメラ画像のストリーム、ngrokによるインターネット公開
  • Arduino Uno互換機 ーー> DCモータの制御(L293D)、サーボの制御(カメラ台)
  • Raspberry PiとArduinoをUSB接続し、Arduinoへのシリアル通信および給電を行う。

機能

  • 前進・後進各4速、超信地旋回
  • カメラ上下左右首振り可能
  • 起動時にコンソール画面のURLをslackに投稿

必要なもの

  • Raspberry Pi Zero(今回の構成では、GPIOピンを使いません)
  • ELEGOO UNO R3 ボード ATmega328P ATMEGA16U2 +USBケーブル Arduino用
  • 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.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.157 ユニバーサルプレート 2枚セット (70157)
  • Rasbee オリジナル L293D モーター ドライブ シールド
  • HiLetgo OV5647 5MP Raspberry Pi 3 カメラ OV5647 HDカメラモジュール
  • サインスマート(SainSmart) v1.3 Camera Cableカメラケーブル for Raspberry Pi Zero
  • SG90 Servo SG90サーボ用ミニ2軸 オリジナル FPV 特殊なナイロン PTZ(NOサーボ) カメラマウント A838
  • デジタル・マイクロサーボ SG90 *2
  • 0.01μfコンデンサ
  • Anker PowerCore 13000 (13000mAh 2ポート 大容量 モバイルバッテリー)

ソースコード

Raspberry Pi側プログラム
- Raspberry Pi側は、WebIOPiで操作画面を表示し、操作を受け付けることと、mjpg-streamerで動画配信するのみです。JavaScriptで操作画面のボタンからコマンドを生成し、pythonでシリアル通信します。
- 安定して操作するには、直進安定性が良くなくてはなりません。モーターのデューティー比率の調整はカット&トライになるので、画面更新で変更を反映できる、JavaScript側で設定した方が便利です。
Arduinoスケッチ
- Arduino側では、シリアル通信で受けたコマンドをもとに、DCモータ・サーボモータを制御します。

デバイス名の固定

今回はRaspberry PiとArduinoを連携しますが、プログラム内でデバイス名を指定するので、デバイスが毎回同じ名前で認識される必要があります。以下のサイトを参考に、Arduinoのデバイス名を固定しました。
usb-serial のデバイスファイル名を固定する方法

動作デモ

0.jpg
障害物超え
0.jpg
操縦動画(Arduino自動運転戦車を追跡)
Arduino自動運転戦車の記事

作ってみた感想

  • Raspberry Piのみの構成と比べると、操作ボタンを連打したときもハングせず、安定して動作するようです。
  • Arduino互換機は、ATmega328Pのタイプを使用した方が認識に苦労しないので無難です。
  • バッテリーを小型化するために、2ポートの「Anker PowerCore 13000」を使用しました。1ポートでRaspberry Pi、Arduino、サーボを駆動し、もう1ポートでDCモータを駆動します。
  • ArduinoのUSBポートがタイプBですが、タイプBのケーブルには短くて細いものがあまりないようです。車のサイズに合わせるため、タイプAメス-タイプBオスの変換アダプタと、タイプAオス-MicroBオスのリール型ケーブルを使いました。変換アダプタが高いのが難点です。
  • シリアル通信で受けた文字列をArduinoで識別する際、ポインタを使って文字を区切っている制作例が多いのですが、私は苦手なので、String関数で作成しました。
  • 当初、Raspberry Pi3 + Arduino Mega + L298Nモータシールド + RE-260RAモータの組み合わせで大型の車を試作しましたが、動かしているうちにUSB接続のArduinoを認識しなくなる問題が頻発しました。また、消費電力が大きいことから電池の数が多くなり(Raspberry Pi用モバイルバッテリー、モータ用単3*8、Arduino用006Pの3種)、実用に耐えない代物になってしまいました。Arduinoの認識が不安定な理由は不明ですが、Raspberry Piにいろいろなソフトが入っていたので、初期化して使用した方が良かったかのもしれません。ちなみに今回の構成では、認識には全く問題ありません。
  • もともと、モーターが後部にあったことから重心が後寄りで、超堤能力に難がありました。いろいろな製作例を参考にして、駆動輪を上にして、バッテリーを車体中央に据えることで、バランスが向上し、走行性能が大幅に向上しました。バッテリーの幅が広く、そのままではキャタピタに干渉してしまうのですが、キャタピラの輪の中にバッテリーを収めることで解決しました。(2019/3/17追記)

参考にしたサイト

作者のサイト

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