ルービックキューブを解くロボットを作ろう！4 ハードウェア編

この記事はなに？

この記事は連載しているルービックキューブを解くロボットを作ろう！という記事集の一部です。全貌はこちら
1. 概要編
2. アルゴリズム編
3. ソフトウェア編
4. ハードウェア編(本記事)

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今回の記事の内容

今回の記事では、私が作った2x2x2ルービックキューブを解くロボットSoltvvoのハードウェアの解説をします。

全体

全体の写真をお見せします。

アーム

最初に一番重要なところをお見せしましょう。まず動いている様子をご覧ください。これは私のツイートです。

#2x2x2solver_nyanyan
このロボットはどんなぐちゃぐちゃなルービックキューブも自動で揃えてくれます。その様子をお見せしましょう。 pic.twitter.com/3AiXDi2tXL

— にゃにゃん (@Nyanyan_Cube) June 24, 2020

このアームは前後に動くことでキューブを掴んだり離したりします。ステンレス棒をガイドとして、サーボモーターを使って原始的な方法で前後させます(図)。

また、銀色と黒色の四角いものはステッピングモーターと呼ばれ、角度と角速度を自由に設定して回せるモーターです。

アームのキューブに触れる部分は1mm厚のアルミ板を削って曲げて作りました(図)。部品の加工にはCNCフライス盤を使いました。

カメラ

キューブの状態はカメラを使って認識します。カメラはとても安いwebカメラを仕入れたのでそれを分解し、基板の状態で使いました。また、カメラの周りにはLEDを大量に設置し、照明としました(図(Soltvvo1号機製作中、真ん中にあるのがカメラを載せた基板))。

回路

回路を紹介します。

構成

まずロボットの構成をお見せしましょう。

ここで、Raspberry PiはRaspberry Pi 4(2GBRAM)というシングルボードコンピュータ(つまり普通の(?)コンピュータ)、ATMEGA328Pは有名なマイコン(マイクロコントローラ)で、Arduinoというマイコンボードに使われているものです。今回はArduino Unoとして使います。

ステッピングモーター周り

ステッピングモーターを回すには専用のドライバが必要です。今回はA4988というドライバを使いました。このドライバの使い方はこちらのサイトに詳しく書いてあります。基板(図)上の赤い4つついているものがステッピングモータードライバです。

サーボモーター周り

サーボモーターはATMEGA328P1つあたり2つしかつけないので、特にIC(PCA9685等)を介した接続はしませんでした。ArduinoのServoライブラリを使って動かします。

電源

このロボットでは大本の電源を秋月の12VACアダプターで取ります。ここから5V3Aを2つ作ります。降圧にはこちらを使いました。電源基板は写真の通りです。

まとめ

今回の記事ではハードウェアについて軽くご説明しました。もしわからないことがございましたらコメントをください。

長い記事集でしたが今回で「ルービックキューブを解くロボットを作ろう！」も終わりです。ここまで読んでくださりありがとうございました。