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micro:bit Lab.【マイクロビット】

micro:bit Lab.では、micro:bit【マイクロビット】に関する情報を紹介しています。

全方向へ移動可能な四輪駆動ロボット
9-3

メカナムホイールロボットの制御

2019-06-252019-06-26

各ホイールの回転方向を制御することで、前進・後進・左右への回転だけでなく、車体の向きを固定したまま左右へ移動したり、斜め方向へ進むことができるメカナムホイールを紹介します。

メカナムホイールとは

メカナムホイールの特徴

メカナムホイールは、ホイールの車軸に対して、45度の角度で樽形の小型ローラーが配置された特殊なホイールです。図9-3-1は、Nexus Robot製のスチールメカナムホイール(48mm)です。スチールのプレートに8個の樹脂(TPR)ローラーが取り付けられています。

図9-3-1.メカナムホイール(Nexus Robot製)
図9-3-1.メカナムホイール(Nexus Robot製)

ロボット(台車型)にメカナムホイールを搭載する場合、一般的な自動車と同じように車体の四隅にホイール(合計4個)を配置します。4個のホイールは、モーターなどの独立した駆動系にそれぞれ接続され、必ず四輪駆動となります。

各ホイールの回転方向を組み合わせることで、前進・後進・左右への回転だけでなく、車体の向きを固定したまま左右へ移動したり、斜め方向へ進むことができます。メカナムホイールを搭載することで、まさに全方向へ移動可能な四輪駆動ロボットとなります。

購入時の注意点

購入時(または取り付け時)の注意点として、ローラー軸の向きがあります。メカナムホイールのローラー軸には、向きの異なる2種類があり、それぞれ2個ずつ、合計4個が1つのセットとなります。購入時には、4個セットで販売されているものがおすすめです。

48mmスチールメカナムホイール4コセット(14209)

直径48mmの小型のメカナムホイール4個(左2個、右2個)セットです。

Nexus Robotの国内正規代理店であるロボットショップ(ヴイストン株式会社)にて「48mmスチールメカナムホイール4個セット(14209)」が販売されています。

図9-3-2.ローラーの向きが異なる2種類のメカナムホイール
図9-3-2.ローラーの向きが異なる2種類のメカナムホイール

メカナムホイールの取り付け

メカナムホイールの取り付けは、車体を上から見て、各ホイールのローラー軸が車体の中心へ向くように取り付けます。

図9-3-3.メカナムホイールの取り付け方法
図9-3-3.メカナムホイールの取り付け方法

なお、モーターなどの駆動系への取り付けには、取付軸のサイズ(径)に合わせた専用ハブが必要です。各ホイールに一つずつ合計4個必要になります。メカナムホイールの購入時にお忘れなく。

図9-3-4.メカナムホイールの専用ハブ
図9-3-4.メカナムホイールの専用ハブ

全方向への移動が可能

メカナムホイールは、各ホイールの回転方向を制御することで、ステアリングなどの機構を使わずに全方向への移動が可能です。ただし、メカナムホイールの性能を発揮するには、すべてのホイールが床面と接地する必要があるため、原則として平地での走行となります。(多少の不整地なら、サスペンションを搭載することで安定した走行ができるかもしれません。)

では、各ホイールの回転方向と車体の移動方向の関係について見てみましょう。まず、前進と後進です。ホイールの回転方向をすべて同じにすることで、車体が同方向へ移動します。

図9-3-5.メカナムホイールの前進と後進
図9-3-5.メカナムホイールの前進と後進

次に回転です。ホイールの回転方向を左右別にすることで、車体が右回転(または左回転)します。

図9-3-6.メカナムホイールの回転
図9-3-6.メカナムホイールの回転

車体の向きを固定したまま、左右へ平行移動することができます。

図9-3-7.メカナムホイールの平行移動
図9-3-7.メカナムホイールの平行移動

同じく、車体の向きを固定したまま、斜め方向へ前進(または後進)することができます。

図9-3-8.メカナムホイールの斜め移動(1)
図9-3-8.メカナムホイールの斜め移動(1)
図9-3-9.メカナムホイールの斜め移動(2)
図9-3-9.メカナムホイールの斜め移動(2)

いかがでしょうか。四輪の回転方向を制御することで、全方向への移動が可能になるのは驚きですね。

micro:bitで制御するには

micro:bitで制御するには

micro:bitを使って、メカナムホイールを搭載した四輪駆動ロボットを動かすには、各ホイールが接続されたモーターなどの駆動系を別々に制御する拡張ボードが必要です。つまり、4個のモーターが接続できるインタフェースを搭載した拡張ボードということになります。

図9-3-10.micro:bitでメカナムホイールを制御する構成
図9-3-10.micro:bitでメカナムホイールを制御する構成

これにぴったりの拡張ボードが、DFROBOTの「Micro:bit Driver Expansion Board」です。M1~M4までのモーター端子4個を備えています。

図9-3-11.Micro:bit Driver Expansion Board(DFROBOT)
図9-3-11.Micro:bit Driver Expansion Board(DFROBOT)

この拡張ボードは「付録3-10.Micro:bit Driver Expansion Board」で詳しく紹介しています。

メカナムホイールロボットの制御(目次)

  1. 準備するもの
  2. メカナムホイールロボットを組み立てる
  3. メカナムホイールロボットを制御する(プログラミング)
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