Paradiseの何でも工作室 2021年10月

ESP32 Evo2タイプロボットを作るその３

お知らせ！
10月22日現在、ここに使ったステッピングモータと同じ品が、メルカリで2個（税・送料込み）1100円で出ています。
先ずは動画をご覧下さい。

その３　ソフトウエアーについて
このESP32 Evo2 TypeにはがGitHubに公開されたB-ROBOT_EVO2_ESP32を利用させて頂きました。
ghmartin77さんに感謝いたします。

ダウンロードについて
①次のURLからZIPファイルをダウンロードします。
GitHubのESP32_EVO2_ESP32を開く
②開いたページの緑表示のCODEをクリックし、ダイヤログのDownloadZIPを実行します。
③ダウンロードしたZIPファイルを適当なディレクトリーに解凍します。
④解凍したファイルの上から2番目のディレクトリーBRobotEvo2ESP32を開きます。
⑤開いたディレクトリー1番上のINOファイルBRobotEvo2ESP32.inoはダミーで注釈のみです。
英文の注釈通り意図的に空にしている故、配慮が必要です。
作者の意図を尊重し、あえてファイル名を記しませんが、ソースファイルがどれか直ぐに解ると思います。

ライブラリーの修正
先に解凍したBRobotEvo2ESP32ファイル内のdefinesをテキストエディタ等で開き、ハードウェアが使用する
ピン番号に書き換える必要があります。
前回に記した回路図の所でも少し述べましたが、この回路の通り配線をした場合は図内で記したピン番号に
変更します。その他は使用するハードウェアに合わせます。
変更箇所は11から19行目です。
11 #define PIN_ENABLE_MOTORS 12　⇒　32
12
13 #define PIN_SERVO 17　⇒　16
14
15 #define PIN_MOTOR1_DIR 27　⇒　27
16 #define PIN_MOTOR1_STEP 14　⇒　26
17
18 #define PIN_MOTOR2_DIR 25　⇒　33
19 #define PIN_MOTOR2_STEP 26　⇒　25
変更が終われば保存して終了します。

ライブラリーの追加
先に解凍したBRobotEvo2ESP32ファイルからライブラリー以外の2個を除き、Arduinoがインストールされた
ディレクトリーへ移動し、その下層のlibraryディレクトリーへBRobotEvo2ESP32を直接貼り付ければOKです。
注意
Arduinoのlibraryディレクトリー内に他のMPU6050ライブラリーが存在する場合、追加したMPU6050と競合して
コンパイルエラーが出ます。この場合は、先に入ってたMPU6050ライブラリーを別のディレクトリーへ退避させると
解決します。

使用充電池について
今回使用した格安ステッピングモータはコイルの抵抗値が約5Ωと低いため、電流を流し過ぎるとモータや
ドライバーICの発熱が起き、無駄な電流消費を招きます。
使用したモータドライバーA4988の仕様書では、モータ電圧 min 8.0Vとありますが、今回使用したモータでは
電圧を上げ過ぎると発熱を起こすため、あえて7.4Vのリチウムイオン充電池を使用していますが、
7V以上の電圧が有れば正常に動作します。（6年前の初期B-ROBOTから同じ方法を使用して確認すみです）
但し、容量が多い電池の使用と早めの充電が必要で古い電池はNGです。

モータードライバーの電流調整
モータードライバー基板に付いたVR（ポテンションメータ）を回してステッピングモータに流れる電流を調整します。
①電源回路へ直列に電流計を接続します。
②片方のステッピングモータのコネクターを外します。
③ロボットを水平に寝かせて電源スイッチを投入します。
④暫くするとサーボモータに取り付けたアームが数回小刻みに動いたら手で持ち上げ、
角度を水平から少し起こすとモーターが回転を始めます。
⑤この無負荷で回転する時の電流値を約200mA前後（マイコン等回路全ての消費電流）となるように
VRを回して調整し、ロボットを水平に戻したり起こしたりしながら行います。（電流値には個体差あり）
片方が終われば、反対側のモータも同じ値に調整すれば完了です。

コントロールソフトについて
Evo2ロボットのコントロールには、jjrobots社のB-Robot用スマートフォンアプリが利用可能です。
iPhoneとAndroidの両方がサポートされて、夫々のAPPストアにてダウンロード出来ます。
APPの使用は営利を伴わなければOKだと思いますが自己責任で行って下さい。

以上、ESP32 Evo2タイプロボットを作られる方の参考になれば幸いです。
by Paradise

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ESP32 Evo2タイプロボットを作るその２

先ずは動画をご覧下さい。

その２　本体の組み立て
この作品は再現性を重点に出来るだけ市販部品を使って組み立てました。

主なパーツを揃える
39㎜ステッピングモータ　×2　（シャフトが長いので13㎜に切断しています）
A4988ステッピングモータ・ドライバーモジュール　×2 （Amazon 5個 849円）
アルミ電解コンデンサー 35V100㎌　×2　（秋月電子1個 15円）
GY-521　ジャイロセンサー　×1 （Amazon 価格色々、最安 5個 999円）
SG90　マイクロサーボモータ　×1 （秋月電子1個 440円）
ユニバーサル基板　片面ガラスCタイプ72X47.5㎜　×1　 (秋月電子 1枚 60円）
基板スペーサー丸型30㎜　×4　（秋月電子丸型両メネジ RFB 3-30 1個 50円）
ホイール　マイクロサーボ用60㎜　×2 （秋月電子1個 160円）
ホイールハブ 5㎜モーターシャフト用ハブ X2 （秋月電子2個入540円）
電池ボックス　A123用　×2　（秋月電子1個 40円）
ROHM　スイッチング式３端子レギュレータユニット　BP5293-50 ×1　（秋月電子1個 260円）
3.3V 800mA ３端子レギュレータユニット　×1　（Amazon 10個 560円）
アクリル板　ｔ2、t3、t5 少々
その他にピン・ソケット、配線材、ビス、超強力両面テープ等少々

上部アクリル板の寸法図
材料はアクリル板に限らずベニヤ板でもOKです。

アクリル板に部品の取り付け
予め上部のアクリル板に電池ボックスとサーボモータを両面テープにて貼り付けておきます。

モータに補強版の取り付け
左右モータをアクリル板を補強材にして超強力両面テープにて貼り合わせます。
モータ後部には5㎜厚のアクリル板13X13㎜を2枚用意して、モータシャフトを避けて画像のように張り合わせます。
次に底板に厚さ2㎜のアクリル板50ｘ30㎜を両面テープにて接着します。

基板固定用アクリル板の取り付け
最後に基板取り付け用アクリル板を両面テープにて接着しますが、モータのリード線を通し位置を正確に決めます。
この作業で左右のモータが動かなく固定されます。

コントロール基板の取り付け
コントロール基板の取り付けには厚さ3㎜のスペーサーを使いますが、円でなくても正方形にM3の穴を開けた物を
4個用意します。
次にアクリル板の下側からM3ｘ10㎜のビスを通し、スペーサーを介して基板を載せ、長さ30㎜の金属スペーサーにて
画像のようにコントロール基板を固定します。

電源部の取り付け
先に組み立てた電源部を金属スペーサーに載せてM3ｘ6㎜のビスで固定します。
画像では、転倒時に電池が飛び出さないようにマジックテープで止めるようにしています。

後部の様子
ここまで出来たらモータのリード線を基板に接続出来ますが、リード線の順番は左から、赤、青、黒、緑を接続します。

ホイールの準備
今回使ったホイールは1個160円（秋月電子）にて購入の直径60㎜のマイクロサーボ用です。また、シャフトへの
取り付けには同じく秋月電子で購入のアルミ製ホイールハブ（5㎜モーターシャフト用ハブ（2個入540円））です。
少し高価ですが自分で加工出来ない方には便利です。画像左側のホイールに白く光るのがハブです。
このホイールには2個の取付穴と対角にもう2個下穴が開いていてM3のピンバイスで直ぐに貫通出来ます。
尚、私はホイールのサーボモータ取り付け穴をM5ドリルで貫通して使用しています。
最初にも記しましたが、モーターシャフトが20㎜と長いので金鋸で切断して13㎜長にしています。

完成画像１

完成画像２

次回はソフトウェアについての要点を掲載予定です。

皆さまの参考になれば幸いです。
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ESP32 Evo2タイプロボットを作るその１

その１　コントロール基板を作る
今回の製作モデルには、先に紹介しましたステッピングモータの使用を前提ですが、他のモータでも
昇圧回路の追加等で対応できます。

Pylon slalomを練習中

手組基板例
前回作ったESP32 Original Unitを使いユニバーサル基板に電源回路、モータードライバー、ジャイロセンサーを
手配線しました。

回路図
この配線パターンで組み立てた場合は、definesライブラリー内のピン番号の設定を図内リストを参考に変更します。
5Vの３端子レギュレータにはROHM社のDC/DC型モジュールを使っています。電源電圧を上げた場合でも発熱が
無く安心して使えます。3.3Vの方は800mAのコンデンサー実装型（Amazonにて購入）の安価なモジュールです。

基板裏側から見た配線図
手組配線される方は参考にして下さい。電源関係の配線が交差する所は片方を表側へ迂回させています。
信号線は0.32㎜径のラッピングワイヤーを使っています。

基板裏側の見本
上の配線図とほぼ同じに仕上がっていますが、細かい部分ではアレンジしています。
使用したユニバーサル基板は、秋月電子の片面ガラスCタイプ72X47.5㎜を、片側をカットして幅61㎜にて使用。

CNC切削用プリントパターン例　（実物サイズは55X55㎜）
片面基板なので3ヶ所ジャンパー線が必要です。上側ENABLEは表ジャンパー、I2CのSCL,SDAは裏ジャンパーです。
参考にして下さい。

次回は全体の組み立てについて掲載します。

皆さまの参考になれば幸いです。
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ESP32モジュールを使った汎用ユニットを作る

ESP32 Evo2タイプロボットを作る前に！
ESP32は単体のモージュールの他、Dev Kitが種々販売されていますが、Dev Kit類はサイズが大きくて
組み込み用としては不向きです。
小さいタイプとしてM5シリーズのM5 Stack Atom LiteやM5 Stamp pico Mateなど有りますが、
使用できるGPIOが少ない割に結構高価です。そこで、これらに準じたユニットを作る方法を紹介します。

オリジナルユニットと既存品の比較
上面：左端が今回作ったESP32を載せたユニットで、大きさはほぼAtom Liteと同じです。
利用可能なGPIOは、オリジナルが13個、Atom Liteが8個、Pico Mateが9個です。（書き込み関係含まず）

下面：オリジナルの基板下面にはピンヘッダ8ｘ2とプログラム書き込み用のUSBシリアル端子を設けています。
画像下側のピンソケットは秋月電子にて購入の低メスタイプで高さを低くするのに有効です。

ESP32Dのピンマップ

オリジナルユニットの配線図と組み立て方
両側の端子のみ表示、下部の端子は不使用のため省略しています。（画像をクリックで拡大します）
3.3V電源線とGND線には0.5㎜径の錫メッキ線を使用、信号線は全て0.32㎜径のワイヤーラッピング用を使っています。
ESP32Dは秋月電子で1個330円で購入。新しいタイプのESP32Eは360円です。

部品の準備
基板：秋月電子の片面ガラス・薄型ユニバーサル基板Ｃタイプ（72X48ｍｍ）メッキ仕上げ（日本製）60円を
８×９穴を残して周囲を切断します。この基板は厚さが薄いので両面にカッターを入れると綺麗に折れます。

ピンヘッダ：これも秋月電子にて購入のピンヘッダ 1X40（40Ｐ、35円）から８ピンを2本をニッパー等で切断します。
完成高さを低くするためにピンヘッダの足を6.1㎜から3㎜短くしますが、先端を切断すると後の仕上げが大変なので
ラジオペンチを使いハンダ側へ3㎜押し込むと、ハンダ側が3㎜伸びるのでその分をニッパーで切断、高さを揃えます。

ピンソケット：これも秋月電子にて購入の分割ロングピンソケット 1X42 （42P、80円）の6ピン分を切断しますが、
切断箇所両面にカッターで切り込みを入れて折り曲げると綺麗に切断出来ます。

組立作業　注意：組立には順番が有ります。
①ピンヘッダの取り付け
カットしたユニバーサル基板のハンダ面を上にして8ピンのピンヘッダをハンダ付けしますが、ブレッドボードに
ピンヘッダを差し込み、ピンが傾かないように行えば正確に仕上がります。（ピンヘッダには1～16の番号を表示）

②USBシリアル用ソケットの取り付け
次に下面の画像（クリックで拡大します）を参考にして裏側に6ピンソケットを瞬間接着にて固定します。
③電源の配線
3.3VとGND２か所は0.5㎜の錫メッキ線を使い尖端にループを作り、ピンヘッダにハンダ付けした後、少し長めに
切断しておきます。
④USBシリアルソケットへの配線
次にGND、3.3V電源線とTXD、RXD、EN、IO0の信号線をUSBシリアルソケットへ配線しますが、配線図右側を
参考に行います。各配線を表側へ引き出す穴はピンヘッダの一つ内側です。
ENのプルアップ抵抗10KΩ1/6Wのリード線を15番ピンと14番ピン横の穴に通して表側に引き出しておきます。
抵抗の3.3V側とEN側をUSBシリアルソケットの3.3V及びENに接続します。
TXD、RXDはクロス接続するのでUSBシリアルソケット側から配線を始め、2番ピン、3番ピン横の穴から表側に
配線を少し長めに引きだしておきます。
IO0（書き込み＝Download mode）ラインは、直ぐ横の穴がUSBシリアルソケットにより塞がれているので6番ピン横の
穴から表側に引き出しておきます。
⑤ESP32の取り付け方法
ESP32の金属面に幅10㎜、厚さ1.1㎜の強力両面テープを貼り、裏返しにして接着しますが、両面テープの厚みが
薄いと基板との間隔が狭く、後の配線作業が難しいので2枚重ねるか薄板の下駄をはかせると良いでしょう。
⑥ESP32への配線とハンダ付けについて
表側に引き出した各リード線をESP32の端子にハンダ付けしますが、少し長めに出してあるので寸法を合わせて切断、
先端の被覆を剥がしGPIO端子の角に沿って芯線を折り曲げてハンダ付けします。しかし、先端が細いICチップ用の
コテ先でないと隣の端子とブリッジするので細心の注意が必要です。
⑦ピンヘッダとESP32各GPIO端子の接続
配線図左側（表面）を参考にピンヘッダ2番から14番と各GPIOをハンダ付けしますが、リード線の被覆を剥がし芯線の
先端にループを作り、ピンヘッダにはめ込んでハンダ付けします。
ピンヘッダとGPIO端子の距離が近くて難しいと思いますが慎重に作業を行います。また、芯線をGPIO端子角で折り
曲げてハンダ付けすると接触面が増えて剥がれ難く仕上がります。

プログラム書き込み用アダプターについて
USBシリアルソケットのピン配置をM5 Stamp Pico Mateに準拠しました。アダプターの回路は下図と共通です。

細かな作業ですが、1つ作っておけば使いまわしが出来るので便利だと思います。

次回はESP32 Evo2タイプロボットの作り方を掲載予定です。
皆さまの参考になれば幸いです。
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ESP32　Evo2タイプ倒立振子型ロボットの製作

格安ステッピングモータ入手を機に3台追加して4兄弟になりました。

先ずは動画をご覧下さい

2号機の外観
2号機はアクリル板を補強材に両面テープにてモーターを連結、四角いアクリル板を基板スペーサーを使い
上下2段に配置、コントロール部と電池ボックスを取り付け、上側アクリル板にサーボモータを接着した
簡単な構造にしました。ホイールとハブは市販品を使い自作出来ない方にも製作が可能な作り方としました。
コントロール部のプリント基板は昨年1号機を作った時の予備品（M5 Stack Atom Lite用）を使用。
電池は3.7V123Aタイプのリチウムイオン充電池を2個使用、今回使ったステッピングモーターの仕様が
不明ですが、電圧を上げ過ぎないよう注意が必要です。私は昇圧をせずに電池の電圧をそのまま使用しました。
詳細は次回に掲載します。

3号機の外観
こちらは、側板に厚さ3㎜、上下の仕切り版には厚さ5㎜のアクリル板を使用し、M2タップタイトで連結しました。
充電池は16340型3.7Vを2個使用。123Aタイプよりも少し長いが、123A用電池ボックスに辛うじて入ります。
1号機、2号機にはM5 Stack Atom Liteを使いましたが、昨年は700円程だったのが今は倍ほどに値上がり！
今回から、330円で買えるESP32Dチップを手組配線しました。ホイールは1号機と同じ65㎜径を使用。