モータドライバの使い方〜完成
前編：構想〜パーツ組み立て
前編では、チェーンプログラムロボットをArduino Nanoで動かすための、準備的な作業を行いました。今回はその続きで、チェーンプログラムロボットを完成させて制御できるようにします。完成まであともうひと踏ん張りですので、頑張っていきましょう！
完成図・チェーンプログラムロボット
■目次
●モータドライバBD65496MUVの使い方
●Arduino Nanoとモータドライバの接続
●電源の接続
●モータの配線
●頭の取り付けと配線
●プログラムの書き込みと動作の確認
●Scratchで子供と一緒に遊ぼう
モータドライバBD65496MUVの使い方
まずは、モータを動かす方法を考えます。チェーンプログラムロボットには「FA-130」というモータが使われており、このモータを回転させるには数百mAの電流を流すことが必要です。しかし、Arduino Nanoはピン1つあたり最大で40mA・全体で200mAまでしか電流を流すことができず、モータとArduino Nanoとを直接に接続することはできません。そこで、モータドライバを介して接続しましょう。
今回はBD65496MUV搭載モータドライバを使いますので、はじめにこのモジュールの使い方を紹介しておきます。なお、買ってきた時点ではピンは半田付けされていませんので、自分で半田付けします。
モジュール1つにつき、1つのモータを制御することができます。モータ用の電源として2V〜16Vのものを使うことができ、さまざまなモータと組み合わせることができます。
12本のピンのうち、図1のように9本のピンを使ってモータを制御します。INAのピンにPWMの信号を送ると、そのデューティ比×モータ用電圧が、OUTA／OUTBに出力されます。また、OUTA／OUTBのどちらがプラスになるかは、INBに与える信号で決まります（表1）。
図1 BD65496MUVの接続方法
| INA | OUTA | OUTB |
| HIGH | ＋ | － |
| LOW | － | ＋ |
表1 INBに与える信号とOUTA／OUTBのプラス／マイナスの関係
例えば、図2のようにArduino NanoとBD65496MUVを接続するとします（INA／INBを、それぞれ3番／4番ピンに接続）。また、モータ用電源として9Vの電池を接続したとします。
この状況で、リスト1のプログラムを実行します。analogWrite関数はPWM出力を行う関数で、引数に255を渡すとデューティー比が100％になります。ここでは引数に153を渡していますので、153÷255＝0.6から、デューティ比が60％のPWMが出力されます。したがって、モータに加わる電圧は、疑似的に9V×60％＝5.4Vになる、ということです。
図2 Arduino NanoとBD65496MUVの接続の例
digitalWrite(4, HIGH);
リスト1 モータドライバを制御する例
Arduino Nanoとモータドライバの接続
それでは、チェーンプログラムロボットの組み立ての続きに入りましょう！まず、ブレッドボード上でArduino Nanoとモータドライバを接続します。
チェーンプログラムロボットでは、左右の車輪をそれぞれ別のモータで回転させるようになっています。そこで、モータドライバを2つ使って、左右のモータを別々に制御できるようにします。
BD65496MUVにはPWMを送りますが、Arduino NanoでPWM出力に対応しているピンは、3／5／6／9／10／11の6本あります。これらのうち、3番と5番を使うことにします。また、2番と4番を、モータドライバのINBに接続しました（図3）。Arduino Nanoの隣にあるモータドライバで、右車輪のモータを制御、その右にあるモータドライバで左車輪のモータを制御します。
図3 Arduino Nanoとモータドライバの接続
なお、実際の配線の際には一般的なジャンプワイヤではなく、単線の堅いジャンプワイヤを使って、ブレッドボード上を這うように配線することをお勧めします（写真1）。このあとで電源やロボットの頭を接続していきますが、単線を使った方が配線が混乱しにくくなります。
写真1 Arduino Nanoとモータドライバを接続したところ
また、図3ではモータドライバの「PWM（MODE）」のピンをブレッドボードのプラスのラインに接続していますが、写真1だと接続していないように見えます。実際はモータドライバの裏側を利用して、図4のように配線しました。
図4 PWM（MODE）ピンの接続（赤い線は実際にはモータドライバの裏側に配線）
電源の接続
今回のロボットのように、USBケーブルから電源を取りにくいものを作ることもあります。その場合は、作りたいものに何らかの電源を組み込み、そこから電力を供給するようにします。
今回は、電源として乾電池を使用します。Arduino Nanoの電源は、006P電池（9Vの長方形の電池）から取ります。Arduino Nanoには「VIN」というピンがあって、7〜12Vの電源を接続することができます。VINに006P電池のプラスを接続し、GNDにマイナスを接続すれば、動作させることができます。
また、ロボット同梱のモータ（FA-130）は定格では1.5〜3Vで駆動するものですが、今回は高めの電圧をかけられるよう、単3乾電池3本（1.5V×3で4.5V）を使います。
電池は電池ボックスに収め、そこからブレッドボードに配線します。秋月電子通商で「ジャンパーワイヤ付きバッテリースナップ」というものが売られていて、これと電池ボックスを組み合わせると、ブレッドボードに電池を接続する際に便利です。
006Pの電池ボックスとしては、ELPAの「PP-006NH」というものを使いました。電池をはめ込んだ後、バッテリースナップを取り付けられるようになっています。また、単3の電池ボックスでバッテリースナップを取り付けられるものは、秋月電子通商で販売されています。
まず、単3用の電池ボックスにバッテリースナップを取り付け、ユニバーサルプレートの片方の端にねじ止めします。その際、ジャンプワイヤがユニバーサルプレートの中央の方に向くようにします。
そして、ユニバーサルプレートの反対側に006Pの電池ボックスを取り付けます。これもバッテリースナップをつけたときに、ジャンプワイヤがユニバーサルプレートの中央を向くようにします（写真2）。電池をつけた側を下にして、チェーンプログラムロボットに乗せます。
写真2 電池ボックスと電池を取り付けたところ
単3電池からの赤／黒の線は、ブレッドボード上でArduino Nanoの1〜12番ピン側にあるプラス／マイナスのラインに接続します。
また、9V電池からの黒い線は、ブレッドボートのマイナスのラインを経由して、Arduino Nanoの「VIN」のピンがある側のGNDピンに接続。一方の赤い線は、Arduino Nanoとモータドライバの間の空きラインに接続しましょう（図5、写真3）。このあとロボットの頭の部分を取り付けますが、頭にあるスイッチを通して、Arduino NanoのVINに接続するようにします。
図5 電池ボックスとブレッドボードとの接続
写真3 電池ボックスからの線をブレッドボードに接続したところ
モータの配線
次に、モータをブレッドボード上のモータドライバに配線します。
モータからは黄色と青の線が出ています。図6のように、右車輪のモータからの線は、黄色をOUTA、青をOUTBに接続します。一方、左車輪からの線は、青をOUTA／黄色をOUTBに接続します（写真4）。
図6 モータの配線
写真4 モータの配線が終わったところ
頭の取り付けと配線
次に、ロボットの頭の部分を取り付けていきます。頭につけたサーボモータ（SG90）／WS2812B／スイッチは、図7のようにブレッドボードに接続します。
図7 サーボモータ（SG90）／WS2812B／スイッチの配線
SG90からは赤／茶色／オレンジの3本の線が出ています。赤と茶色は電源用の線で、それぞれをArduino Nanoの5V／GNDのラインに接続します。また、オレンジは制御用の信号を送る線ですが、これはArduino Nanoの12番ピンに接続します。
WS2812BのVDD／GNDからの線は、Arduino Nanoの5V／GNDのラインに接続します。また、片方のWS2812BのDATA INにも線を取り付けましたが、その線はArduino Nanoの13番ピンに接続しています。
線を接続し終わったら、頭の部分を土台にはめ込んで、ねじで固定します（説明書の19番の手順を参照）。
これで、Arduino Nano版のチェーンプログラムロボットが完成です（写真5）！長時間の組み立てお疲れさまでした。
写真5 Arduino Nano版のチェーンプログラムロボットが完成したところ
プログラムの書き込みと動作の確認
最後に、Arduino Nanoにプログラムを書き込んで、ロボットを動かしましょう。
●Adafruit NeoPixelライブラリの組み込み
WS2812Bを制御するために、「Adafruit NeoPixel」というライブラリを使います。
「第50回 フルカラーLEDテープを使ったちょっとお洒落な電子工作 〜Arduinoでパーツやセンサを使ってみよう」の回でインストールしている方は、そのライブラリを使うことができます。
まだインストールしていない方は、以下の手順でインストールしてください。
①Arduino IDEを起動します。
②「スケッチ」→「ライブラリをインクルード」→「ライブラリの管理」メニューを選びます。
③ライブラリマネージャが起動しますので、キーワードの欄に「NeoPixel」と入力します。
④「Adafruit NeoPixel」ライブラリが見つかりますので、「インストール」ボタンをクリックします（図8）。
図8 Adafruit NeoPixelライブラリのインストール
●ベースとなるプログラム
まず、ベースとなるプログラムを用意します。これはリスト2のようになります。
setup関数では、以下のようにロボットを初期化します。
①モータは停止
②SG90は90度にし、頭が正面に向くようにする
③WS2812Bは消灯
loop関数は空になっていますが、この中身によって、ロボットの動きを制御することができます。
なお、プログラムの書き込みが終わった後は、Arduino NanoからUSBケーブルを抜いて、チェーンプログラムロボット本体のスイッチをオンにすると、電池を電源としてロボットを動作させることができます。
リスト2 ベースのプログラム
●モータを動かす
モータドライバの制御の流れは、「モータドライバBD65496MUVの使い方」のところで解説した通りです。
モータを回す速さは、3／5番ピンのPWM出力で値で決めます。リスト2の中で、この2つのピンにはそれぞれ「LEFT_A」「RIGHT_A」の定数名を付けていますので、それを使ってピン番号を指定します。
4.5Vの電池を接続していますので、定格上限の3Vでモータを回すには、デューティ比が3分の2のPWM信号を出力します。また、定格下限の1.5Vでモータを回すなら、デューティー比が3分の1のPWM信号を出力します。
analogWrite関数で255を指定するとデューティ比が1になりますので、3分の2なら170（＝255÷3×2）、3分の1なら85（＝255÷3×1）を指定します。
また、左右のモータの方向は、2／4番ピンに出力する値で決めます。これらのピンにはそれぞれ「LEFT_B」「RIGHT_B」の定数名を付けています。
例えば、loop関数をリスト3のようにすると、右車輪と左車輪のそれぞれのモータに、定格上限の3Vの電圧をかけて、ロボットを前進させることができます。
また、リスト3の3行目を関数を「digitalWrite(RIGHT_B, LOW);」に変えると、左車輪は前進、右車輪は後退になりますので、その場で右旋回するような動きになります。
リスト3 ロボットを前進させる
●頭を動かす
頭を動かすには、「sg90.write(角度)」のような関数を実行して、サーボモータの角度を指定します。
例えば、loop関数をリスト4のようにすると、頭を左右に振る（角度を0度〜180度の間で段階的に増減させる）ことを繰り返します。
リスト4 頭を左右に振る
●WS2812Bを点灯する
WS2812BのLEDの色を決めるには、以下のような関数を実行します。
pixels.setPixelColor(番号, pixels.Color(赤, 青, 緑));
「番号」には、左右の目を表す番号を指定します。左／右それぞれの目の番号に対して、リスト2の先頭で「LEFT_EYE」「RIGHT_EYE」の定数を定義していますので、それを使うことができます。
また、「赤」「青」「緑」には、RGBの光の三原色の強さを、それぞれ0〜255の範囲で指定します。
そして、左右の目の色を決めたら、「pixels.show();」の関数を実行して、LEDを点灯させます。
例えば、loop関数をリスト5のようにすると、左右の目が赤→緑→青→白と順番に点灯し、その動作を繰り返します。
リスト5 左右の目を光らせる
●サンプルのプログラム
ここまでに解説してきたことを組み合わせることで、ロボットにさまざまな動作をさせることができます。例えば、以下の動画のようなコミカルな動きをさせることもできます。
このプログラムは以下のアドレスからダウンロードすることができますので、ぜひお試しください。
https://www.h-fj.com/deviceplus/chain_program_robot_demo.zip
チェーンプログラムロボットをArduino Nanoで制御した例
Scratchでお手軽に制御してみよう
Arduino Nanoは、Scratchと組み合わせてプログラムを作ることもできます。
初めてプログラミングに触れる場合や、子供と一緒にこのロボットで遊びたい時は、Scratchの方が視覚的にも分かりやすいので、お勧めです。モータとサーボモータの制御をScratchで行うことができます。
詳しい手順は省略しますが、以下のようにすることで、Scratchでこのロボットを制御することができます。
①パソコンにScratch Offline Editorをインストールします。
②「Scrattino2」というArduino用Scratch拡張をインストールします。
（ダウンロード元： https://github.com/yokobond/Scrattino2/releases）
③Scrattino2を起動し、Arduino Nanoと接続しておきます。
④Arduino IDEで、「ファイル」→「スケッチ例」→「Firmata」→「StandardFirmata」を開き、Arduino IDEに書き込みます。
⑤Scrattino2のダウンロード元から「scrattino2_resources.zip」をダウンロードし、そのZipファイルの中にある「scrattino.sb2」ファイルをScratchで開きます。
⑥Scratchの「スクリプト」の「その他」に、Arduinoを制御するためのブロックがありますので、それらを組み合わせます。
図9は、実際にScratchでスクリプトを作ってみた例です。ロボットを前後に動かしながら、頭を左右に振るという動きをします。
なお、WS2812Bの制御は、Scrattino2が対応していないので、残念ながら行うことはできません。ただ、単色の一般的なLEDに変えれば、Lチカと同じ仕組みになりますので、Scratchで制御できます。
図9 Scratchでロボットを動かす例
まとめ
Arduino Nanoでチェーンプログラムロボットを動かせるようになりましたが、いかがだったでしょうか？プログラム次第でいろいろな動きをさせることができますので、皆様もぜひ試行錯誤してみてください。
また、今回の例のように、Arduino Nanoはコンパクトで何かに内蔵するのに便利です。Arduino Nanoでいろいろと作ってみると良いでしょう。
今回の連載の流れ
前編：構想〜パーツ組み立て
後編：モータドライバの使い方〜完成（今回）
