オムニホイールのWi-Fiラジコンカーを3Dプリンターで自作した(ESP32)

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メカナムホイールのWi-Fiラジコンを作ったところで、今度はオムニホイールを試してみたくなった。


しかしながら、いつまでもThingiverseでデータを見繕い、それを出力しているだけでは芸がない。


なので、オムニホイールとラジコン本体のフレームについては、3DCADを使って一から自作することにした。


その他のパーツ(モーターなど)については、もちろん既製品を利用する。

Arduino Uno互換機を使ってメカナムホイールのラジコンカーを作った
スマホで操作できるメカナムホイールのWi-Fiラジコンカーを作った(ESP-WROOM-02)


動作

思っていたより軽快に動作したので満足した。


使用パーツ一覧

パーツ 使用品
ESP32 ESP-WROOM-32開発ボード
車体 自作パーツ
タイヤ 自作パーツ
モーター プラスチックギヤードモーター
モータードライバ Dual DCモータードライブキット
バッテリー Anker PowerCore 5000
電池ケース 単3×4 スイッチ・カバー付
ブレッドボード SAD-101 ニューブレッドボード
ジャンパワイヤ オス-オス

自作オムニホイール

ホイールの設計

Fusion360を使って、オムニホイールを設計した。


(ホイール本体)



(ローラー)



今回の経験により、わりと複雑な形のものでも自力で設計できるようになってきた。


Thingiverse:4WD Omni Wheel Robot Car

ホイールの出力

設計したオムニホイールを3Dプリンタで出力した。ちなみに、ホイールはPLAで、ローラーはTPUで出力した。


(ホイール外側)



(ホイール内側)



(ローラー面)



(ローラー)

自作フレーム

フレームの設計

ラジコンを作るにあたって、フレームも自作してみた。


(フレーム本体部)



(モーターマウント部)




Thingiverse:4WD Omni Wheel Robot Car

フレームの出力

設計したフレームを3Dプリンタで出力した。

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(フレーム本体)



(モーターマウント部)



(モーターをマウントした状態)






(フレームを組み立てた状態)



(オムニホイールとモーターを組み付けた状態)



1台目としておすすめの3Dプリンター(半完成品でほとんど組立不要)


配線


本体完成

配線を終え、本体が完成した。


プログラム

#include <WiFi.h>

const char* ssid     = "nova";
const char* password = "novanova";

const int AIN1_UL = 32;
const int AIN2_UL = 33;
const int PWMA_UL = 25;
const int BIN1_DL = 26;
const int BIN2_DL = 27;
const int PWMB_DL = 14;

const int AIN1_UR = 12;
const int AIN2_UR = 13;
const int PWMA_UR = 23;
const int BIN1_DR = 22;
const int BIN2_DR = 21;
const int PWMB_DR = 19;

const int STBY_L = 18;
const int STBY_R = 5;

const int CHANNEL_0 = 0;
const int CHANNEL_1 = 1;
const int CHANNEL_2 = 2;
const int CHANNEL_3 = 3;

const int LEDC_TIMER_BIT = 8;   // PWMの範囲(8bitなら0〜255、10bitなら0〜1023)
const int LEDC_BASE_FREQ = 490; // 周波数(Hz)
const int VALUE_MAX = 255;      // PWMの最大値

WiFiServer server(80);

/*void ledcAnalogWrite(uint8_t channel, uint32_t value, uint32_t valueMax = 255) {
  // calculate duty, 8191 from 2 ^ 13 - 1
  uint32_t duty = (8191 / valueMax) * min(value, valueMax);

  // write duty to LEDC
  ledcWrite(channel, duty);
}*/

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    
    pinMode(AIN1_UL,OUTPUT);
    pinMode(AIN2_UL,OUTPUT);
    pinMode(BIN1_DL,OUTPUT);
    pinMode(BIN2_DL,OUTPUT); 
    pinMode(AIN1_UR,OUTPUT);
    pinMode(AIN2_UR,OUTPUT);
    pinMode(BIN1_DR,OUTPUT);
    pinMode(BIN2_DR,OUTPUT);

    pinMode(STBY_L,OUTPUT);
    pinMode(STBY_R,OUTPUT);

    ledcSetup(CHANNEL_0, LEDC_BASE_FREQ, LEDC_TIMER_BIT);
    ledcSetup(CHANNEL_1, LEDC_BASE_FREQ, LEDC_TIMER_BIT);
    ledcSetup(CHANNEL_2, LEDC_BASE_FREQ, LEDC_TIMER_BIT);
    ledcSetup(CHANNEL_3, LEDC_BASE_FREQ, LEDC_TIMER_BIT);

    ledcAttachPin(PWMA_UL, CHANNEL_0);
    ledcAttachPin(PWMB_DL, CHANNEL_1);
    ledcAttachPin(PWMA_UR, CHANNEL_2);
    ledcAttachPin(PWMB_DR, CHANNEL_3);

    delay(10);

    // We start by connecting to a WiFi network

    Serial.println();
    Serial.println();
    Serial.print("Connecting to ");
    Serial.println(ssid);

    WiFi.begin(ssid, password);

    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        delay(500);
        Serial.print(".");
    }

    Serial.println("");
    Serial.println("WiFi connected.");
    Serial.println("IP address: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());
    
    server.begin();

    digitalWrite(STBY_L, HIGH);
    digitalWrite(STBY_R, HIGH);

}

int value = 0;

void loop(){
 WiFiClient client = server.available();   // listen for incoming clients

  if (client) {                             // if you get a client,
    Serial.println("New Client.");           // print a message out the serial port
    String currentLine = "";                // make a String to hold incoming data from the client
    while (client.connected()) {            // loop while the client's connected
      if (client.available()) {             // if there's bytes to read from the client,
        char c = client.read();             // read a byte, then
        Serial.write(c);                    // print it out the serial monitor
        if (c == '\n') {                    // if the byte is a newline character

          // if the current line is blank, you got two newline characters in a row.
          // that's the end of the client HTTP request, so send a response:
          if (currentLine.length() == 0) {
            // HTTP headers always start with a response code (e.g. HTTP/1.1 200 OK)
            // and a content-type so the client knows what's coming, then a blank line:
            client.println("HTTP/1.1 200 OK");
            client.println("Content-type:text/html");
            client.println();

            // the content of the HTTP response follows the header:
            client.print("<html>");
            client.print("<head>");
            client.print("<meta charset=\"UTF-8\">");
            client.print("<meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width,initial-scale=1,minimum-scale=1\">");
            client.print("<style>");
            client.print("table td{ padding:15px; }");
            client.print("</style>");
            client.print("</head>");
            client.print("<body>");
            client.print("<table>");
            client.print("<tbody align=\"center\">");
            client.print("<tr><td><input type=\"button\" value=\"⇖\" style=\"font-size:32px;\" onclick=\"location.href='/UL';\"></td>");
            client.print("<td><input type=\"button\" value=\"⇑\" style=\"font-size:32px;\" onclick=\"location.href='/FW';\"></td>");
            client.print("<td><input type=\"button\" value=\"⇗\" style=\"font-size:32px;\" onclick=\"location.href='/UR';\"></td>");
            client.print("<tr><td><input type=\"button\" value=\"⇐\" style=\"font-size:32px;\" onclick=\"location.href='/SL';\"></td>");
            client.print("<td><input type=\"button\" value=\"■\" style=\"font-size:32px;\" onclick=\"location.href='/ST';\"></td>");
            client.print("<td><input type=\"button\" value=\"⇒\" style=\"font-size:32px;\" onclick=\"location.href='/SR';\"></td>");
            client.print("<tr><td><input type=\"button\" value=\"⇙\" style=\"font-size:32px;\" onclick=\"location.href='/LL';\"></td>");
            client.print("<td><input type=\"button\" value=\"⇓\" style=\"font-size:32px;\" onclick=\"location.href='/BK';\"></td>");
            client.print("<td><input type=\"button\" value=\"⇘\" style=\"font-size:32px;\" onclick=\"location.href='/LR';\"></td>");
            client.print("</tbody>");
            client.print("</table>");
            client.print("<table>");
            client.print("<tbody align=\"center\">");
            client.print("<tr><td><input type=\"button\" value=\"↻\" style=\"font-size:32px;\" onclick=\"location.href='/TR';\"></td>");
            client.print("<td><input type=\"button\" value=\"↺\" style=\"font-size:32px;\" onclick=\"location.href='/TL';\"></td>");
            client.print("</tbody>");
            client.print("</table>");
            client.print("</body>");
            client.print("</html>");
            // The HTTP response ends with another blank line:
            client.println();
            // break out of the while loop:
            break;
          } else {    // if you got a newline, then clear currentLine:
            currentLine = "";
          }
        } else if (c != '\r') {  // if you got anything else but a carriage return character,
          currentLine += c;      // add it to the end of the currentLine
        }

        // Check to see if the client request was "GET /H" or "GET /L":
        if (currentLine.endsWith("GET /UL")) {
          UL(200);               // 左斜め前
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /FW")) {
          FW(200);                // 前進
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /UR")) {
          UR(200);               // 右斜め前
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /SL")) {
          SL(200);                // 左
          }
        if (currentLine.endsWith("GET /ST")) {
          ST();               // 停止
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /SR")) {
          SR(200);                // 右
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /LL")) {
          LL(200);               // 左斜め後ろ
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /BK")) {
          BK(200);                // 後退
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /LR")) {
          LR(200);               // 右斜め後ろ
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /TR")) {
          TR(200);                // 右旋回
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /TL")) {
          TL(200);               // 左旋回
        }
      }
    }
    // close the connection:
    client.stop();
    Serial.println("Client Disconnected.");
  }
}

void FW(int pwm) {
  Serial.println("forward");
  if (pwm > VALUE_MAX) {
    pwm = VALUE_MAX;
  }
  ledcWrite(CHANNEL_0, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_1, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_2, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_3, pwm);
  digitalWrite(AIN1_UL, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UL, HIGH);
  digitalWrite(BIN1_DL, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DL, HIGH);
  digitalWrite(AIN1_UR, HIGH);
  digitalWrite(AIN2_UR, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DR, HIGH);
  digitalWrite(BIN2_DR, LOW); 
}

void TR(int pwm) {
  Serial.println("turn right");
  if (pwm > VALUE_MAX) {
    pwm = VALUE_MAX;
  }
  ledcWrite(CHANNEL_0, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_1, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_2, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_3, pwm);
  digitalWrite(AIN1_UL, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UL, HIGH);
  digitalWrite(BIN1_DL, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DL, HIGH);
  digitalWrite(AIN1_UR, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UR, HIGH);
  digitalWrite(BIN1_DR, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DR, HIGH);
}

void TL(int pwm) {
  Serial.println("turn left");
  if (pwm > VALUE_MAX) {
    pwm = VALUE_MAX;
  }
  ledcWrite(CHANNEL_0, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_1, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_2, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_3, pwm);
  digitalWrite(AIN1_UL, HIGH);
  digitalWrite(AIN2_UL, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DL, HIGH);
  digitalWrite(BIN2_DL, LOW);
  digitalWrite(AIN1_UR, HIGH);
  digitalWrite(AIN2_UR, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DR, HIGH);
  digitalWrite(BIN2_DR, LOW);
}

void BK(int pwm) {
  Serial.println("back");
  if (pwm > VALUE_MAX) {
    pwm = VALUE_MAX;
  }
  ledcWrite(CHANNEL_0, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_1, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_2, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_3, pwm);
  digitalWrite(AIN1_UL, HIGH);
  digitalWrite(AIN2_UL, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DL, HIGH);
  digitalWrite(BIN2_DL, LOW);
  digitalWrite(AIN1_UR, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UR, HIGH);
  digitalWrite(BIN1_DR, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DR, HIGH); 
}

void SR(int pwm) {
  Serial.println("sideways right");
  if (pwm > VALUE_MAX) {
    pwm = VALUE_MAX;
  }
  ledcWrite(CHANNEL_0, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_1, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_2, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_3, pwm);
  digitalWrite(AIN1_UL, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UL, HIGH);
  digitalWrite(BIN1_DL, HIGH);
  digitalWrite(BIN2_DL, LOW);
  digitalWrite(AIN1_UR, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UR, HIGH);
  digitalWrite(BIN1_DR, HIGH);
  digitalWrite(BIN2_DR, LOW); 
}

void SL(int pwm) {
  Serial.println("sideways left");
  if (pwm > VALUE_MAX) {
    pwm = VALUE_MAX;
  }
  ledcWrite(CHANNEL_0, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_1, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_2, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_3, pwm);
  digitalWrite(AIN1_UL, HIGH);
  digitalWrite(AIN2_UL, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DL, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DL, HIGH);
  digitalWrite(AIN1_UR, HIGH);
  digitalWrite(AIN2_UR, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DR, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DR, HIGH);
}

void UR(int pwm) {
  Serial.println("upper right");
  if (pwm > VALUE_MAX) {
    pwm = VALUE_MAX;
  }
  ledcWrite(CHANNEL_0, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_1, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_2, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_3, pwm);
  digitalWrite(AIN1_UL, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UL, HIGH);
  digitalWrite(BIN1_DL, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DL, LOW);
  digitalWrite(AIN1_UR, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UR, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DR, HIGH);
  digitalWrite(BIN2_DR, LOW);
}

void UL(int pwm) {
  Serial.println("uppper left");
  if (pwm > VALUE_MAX) {
    pwm = VALUE_MAX;
  }
  ledcWrite(CHANNEL_0, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_1, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_2, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_3, pwm);
  digitalWrite(AIN1_UL, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UL, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DL, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DL, HIGH);
  digitalWrite(AIN1_UR, HIGH);
  digitalWrite(AIN2_UR, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DR, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DR, LOW);
}

void LR(int pwm) {
  Serial.println("lower right");
  if (pwm > VALUE_MAX) {
    pwm = VALUE_MAX;
  }
  ledcWrite(CHANNEL_0, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_1, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_2, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_3, pwm);
  digitalWrite(AIN1_UL, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UL, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DL, HIGH);
  digitalWrite(BIN2_DL, LOW);
  digitalWrite(AIN1_UR, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UR, HIGH);
  digitalWrite(BIN1_DR, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DR, LOW);
}

void LL(int pwm) {
  Serial.println("lower left");
  if (pwm > VALUE_MAX) {
    pwm = VALUE_MAX;
  }
  ledcWrite(CHANNEL_0, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_1, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_2, pwm);
  ledcWrite(CHANNEL_3, pwm);
  digitalWrite(AIN1_UL, HIGH);
  digitalWrite(AIN2_UL, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DL, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DL, LOW);
  digitalWrite(AIN1_UR, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UR, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DR, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DR, HIGH);
}

void ST() {
  Serial.println("stop");
  digitalWrite(AIN1_UL, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UL, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DL, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DL, LOW);
  digitalWrite(AIN1_UR, LOW);
  digitalWrite(AIN2_UR, LOW);
  digitalWrite(BIN1_DR, LOW);
  digitalWrite(BIN2_DR, LOW);
}

まとめ

  • オムニホイールを自作した
  • 自作オムニホイールを使ってWi-Fiラジコンを作った
  • 次は、ドローンを作る